ИНСТИТУТ
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
ИВС

Соглашение № 14.613.21.0069. «Утилизация асфальтеновых остатков переработки нефти в процессе получения полимерных нанокомпозитов с улучшенными эксплуатационными свойствами» (1 этап, 2017 г.)

Уникальный идентификатор соглашения: RFMEFI61317X0069. 

Дата подписания соглашения: 23.10.2017

Период выполнения проекта: 23.10.2017 — 30.06.20

Плановое финансирование проекта: 96 млн. руб. Из них:
Бюджетные средства: 48 млн. руб.
Внебюджетные средства: 48 млн. руб.

Получатель/Исполнитель: Институт высокомолекулярных соединений РАН

Соисполнитель: Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Иностранный партнер: Universidad Pontificia Bolivariana, Colombia

1. Цель проекта

Целью проекта является разработка фундаментальных и практических основа создания нового типа композитных материалов с контролируемыми эксплуатационными свойствами на основе термопластичных полимерных связующих, наполненных асфальтенами.

2. Основные результаты проекта

В рамках проведенных патентных исследований показано, что задача определения эффективности использования асфальтенов в качестве нанонаполнителей полимерных связующих является актуальным направлением исследований, а её решение может позволить разработать новые современные композитные материалы.

В результате проведения работ выявлено, что одним из наиболее перспективных методов компьютерного моделирования нанокомпозитов, содержащих асфальтены, является атомистическая молекулярная динамика. Однако для проведения расчетов таким методом необходима доработка используемых силовых полей, связанная с расчетом парциальных зарядов атомов в исследуемых системах на основе квантово-химических подходов.

Для использования асфальтенов в качестве нанонаполнителей полимерных связующих и предотвращения возможности их агрегации может потребоваться химическая модификация молекул исследуемых асфальтенов. Для этого могут применяться методы, используемые при модификации известных углеродных нанонаполнителей, таких как углеродные нанотрубки.

Разработана методология выделения асфальтенов из нефтяного сырья различного происхождения с помощью осадителей, включающая описание этапов процесса, характеристики оборудования и регламент контроля процесса выделения асфальтенов. Установлено, что эффективными растворителями для извлечения асфальтенов могут являться кремнийорганические жидкости, например, гексаметилдисилоксан. Выделение асфальтенов из нефтяного сырья с помощью трех групп методов позволило установить, что метод экстракции неэффективен, метод термической обработки энергоемок и приводит к умеренному выходу асфальтеновых остатков, тогда как методы осаждения позволяют получить асфальтены с наибольшим выходом.

Установлено, что, исходя из массы выделенных асфальтенов и расхода использованных осадителей, наиболее эффективным методом выделения асфальтенов может являться осаждение с использованием именно гексаметилдисилоксана. Показано, что для достижения наибольшего выхода асфальтенов необходим 15-ти кратный избыток гексаметилдисилоксана. При этом выход достигает 32-39 мас. %, что позволило наработать образцы асфальтенов в количестве 30-40 г для выполнения дальнейших этапов проекта.

Установлена возможность классификации асфальтенов по двум типам критериев: источнику получения и архитектуре химического строения. Описаны основные структурные свойства асфальтенов в соответствии с моделью Йена-Муллинса, включая особенности как отдельных молекул асфальтенов, так и их наноагрегатов и кластеров. Рассмотрены экспериментальные методы изучения свойств асфальтенов на различных уровнях их структурной организации, описываемой в рамках модели Йена-Муллинса, а также работы, посвященные изучению поведения асфальтенов в полимерах. Установлено, что агрегационное поведение асфальтенов в полимерах зависит от химической структуры как полимеров, так и асфальтенов, а также от процедуры получения исследуемых систем. Определено, что каждый из этих факторов необходимо учитывать при разработке полимерных нанокомпозитов, наполненных асфальтенами.