Ученые вуза придумали, как сделать добычу нефти более эффективной и экологичной

08:00, 5 июня 2019

Это стало возможным благодаря использованию керамических материалов из атомной отрасли [видео]

Тестирование экспериментальной установки идет полным ходом. Фото: Илья Сафаров.

Ученые Уральского федерального университета разработали технологию, которая позволяет фильтровать загрязненную нефтью воду, чтобы затем вновь использовать ее на нефтяных месторождениях. На данный момент в Екатеринбурге полным ходом идет тестирование экспериментальной установки, которая может радикальным образом изменить процесс добычи нефти, сделав его более эффективным и экологичным. Впрочем, как показала практика, спектр применения такой технологии может быть гораздо шире — вплоть до извлечения белка из молочной сыворотки и даже получения новым способом сухого молока.

«Одна из главных проблем современной нефтедобычи в том, что после откачки нефтесодержащей жидкости из скважин и первого отбора из нее нефти остается очень большой объем загрязненной воды, — говорит один из разработчиков Вячеслав Еременко. — Затем эту воду нельзя просто вернуть в скважину, поскольку для этого она должна быть очищена до определенного уровня. И тут возникает сразу две проблемы. Первая состоит в том, что полученную воду нужно куда-то деть. Также необходимо привезти новую партию чистой воды, чтобы продолжать нефтедобычу. Наша технология позволяет сделать производственный цикл замкнутым и многократно использовать имеющуюся воду».

По словам Вячеслава Еременко, важнейшая изюминка разработки — технология так называемой тангенциальной фильтрации с использованием керамических фильтров. Фильтр представляет собой трубку, в которую подается загрязненная жидкость. В процессе прохождения через трубку чистая вода стекает по ее внешним стенкам, а загрязненная проходит внутри. Такие изделия из керамики уже давно используются в атомной отрасли и зарекомендовали себя с самой лучшей стороны. Размер отверстий подобного фильтра составляет от 1 мкм до 1 нм. В первом случае мы имеем мембрану с порами, каждая из которых в 1 000 раз меньше толщины человеческого волоса. Отдельные модификации могут быть еще меньше — до 1 млн толщины волоса (1 нм).

Принцип работы установки следующий. Загрязненная жидкость с помощью насосов поступает в контур из труб и резервуара с керамическими фильтрами. Пройдя через камеру с фильтрами, загрязненная вода вновь попадает в контур и после определенного числа циклов выводится в отдельную емкость. Фактически это уже будет нефть. В другую емкость отводится очищенная вода, которую можно вновь закачивать в нефтяные скважины.

«У тангенциального режима фильтрации существует несколько важных отличительных особенностей относительно тупиковой фильтрации, — говорит Александр Черепанов. — Ключевое отличие в том, что поток фильтруемой жидкости движется параллельно фильтрующей поверхности, в то время как поток фильтрата движется перпендикулярно этой поверхности. Это позволяет значительно увеличить время между регенерациями мембраны чистящими средствами, так как загрязнения осаждаются на поверхность гораздо медленнее».

Тонкопористые керамические мембраны, используемые в фильтрах, изготавливаются методом спекания при сверхвысоких температурах металлокерамических материалов. Для спекания применяются диоксид титана, оксид алюминия, диоксид циркония и другие керамические и металлические порошки в разных сочетаниях. Процесс спекания происходит при температуре более 1 600℃. Применение керамических мембран в роли фильтрующего элемента обеспечивает сразу ряд важных преимуществ: возможность изготовления мембраны с порами очень небольших размеров, высокая стойкость в широком диапазоне pH, высокая термическая устойчивость, устойчивость к абразивным частицам, а также высокая механическая прочность и простота очистки.

Технология тангенциальной фильтрации на керамических фильтрах позволяет эффективно разделять потоки подавляющего большинства жидких материалов для их очистки или выделения полезных веществ с целью их дальнейшего использования. Описанные выше преимущества делают крайне эффективным ее применение для утилизации жидких отходов различных предприятий.

Данная технология является перспективной для предприятий, стоки которых содержат загрязняющие вещества в виде взвешенных частиц. Обработка стоков таким методом позволяет полностью очищать жидкости от нежелательных примесей и приводить их концентрацию до заданных экологических норм. Использование керамики дает возможность работать с широким диапазоном жидкостей разной кислотности и температуры — от отходов сельского хозяйства до отходов нефтяных компаний и некоторых расплавов.

«Мы провели ряд экспериментов по работе с творожной сывороткой на предприятиях Свердловской области, — говорит Александр Черепанов. — Сыворотка считается отходом производства творога. Применение фильтрации на тангенциальных керамических фильтрах позволяет выделить из сыворотки остаточный белок и вернуть его в процессы производства. Это помогает не только снизить опасность стоков молочного завода, но и приносит прибыль предприятию за счет увеличения объемов продукции».

Научная группа проекта под руководством Александра Черепанова войдет состав научно-образовательного центра мирового уровня, создаваемого в Уральском регионе в рамках национального проекта «Наука».