Методы «зеленой» химии: новые экологичные решения в области нефтепромысловых реагентов.

В последнее время происходит переход от административных методов, предписывающих контролировать нежелательные выбросы и уничтожать образующиеся в результате химических процессов вредные вещества, к принципиально иным методам – методам «зеленой» химии. «Зеленая» химия в своем лучшем воплощении – это вид искусства, позволяющего не просто получить нужное вещество, но в идеале получить его таким путем, который не вредит окружающей среде ни на одной стадии производства. Разумеется, само вещество также должно быть дружелюбным биосфере.
Использование методов «зеленой» химии приводит к снижению затрат на производство, хотя бы уже потому, что не требуется вводить стадии уничтожения и переработки вредных побочных продуктов, использованных растворителей и других отходов, поскольку их просто не образуется. Сокращение числа стадий ведет к экономии энергии, и это тоже положительно сказывается на экологической и экономической оценке производства. Важно отметить, что взгляд на проводимые исследования с точки зрения «зеленой» химии может оказаться полезным в чисто научном плане. Часто такая смена системы воззрений позволяет ученому увидеть собственные исследования в новом свете и открыть новые возможности, что на пользу науке в целом[1].
К «зеленой» химии, с точки зрения химика, можно отнести любое усовершенствование химических процессов, которое положительно влияет на окружающую среду. В современной литературе [2] сформулированы двенадцать принципов «зеленой» химии, которыми следует руководствоваться исследователям, работающим в данной области.
Можно разделить проблемы, находящиеся в компетенции «зеленой» химии, на два направления. Первое связано с переработкой, утилизацией, уничтожением экологически опасных побочных и отработанных продуктов химической и других отраслей промышленности таким образом, чтобы ликвидировать экологическую опасность или хотя бы снизить ее до приемлемых величин.
Другое направление, более перспективное, связано с разработкой новых промышленных процессов, которые бы позволяли обойтись вовсе без экологически опасных продуктов (в том числе побочных) или свести их использование и выделение к минимуму (рис.1).

Рис.1 Схема получения и превращения продуктов, отвечающих принципам «зеленой» химии
Значимой отраслью современной химической промышленности является производство продуктов, используемых в процессах нефтепромысла и транспортировки нефти. Ниже будут рассмотрены некоторые классы нефтепромысловых реагентов и приведены примеры имеющихся среди них коммерческих продуктов, отвечающих требованиям «зеленой» химии.
Деэмульгаторы
Одним из важнейших классов реагентов, применяемых при подготовке нефти являются деэмульгаторы, представленные на сегодняшний день анионо(катионо)активными и неионогенными ПАВ, например блоксополимеры окиси этилена и пропилена, оксиэтилированные амины, высшие жирные спирты, алкилфенолы и др [3]. Даже при относительно небольшом расходе реагентов (40—100 г/т) довольно остро стоит проблема утилизации отходов поверхностно-активных веществ, производимых многими тысячами тонн современной химической промышленностью.
В свете этого были получены деэмульгаторы на основе продукта лесохимического производства - таллового масла; однако эффективность их оказалась ниже, чем у деэмульгаторов на основе оксиэтилированных жирных кислот[4].
На основе ксилита (получаемого из отходов хлопкоочистительных заводов) и синтетических жирных кислот был получен неионогенный деэмульгатор [5], показавший в результате промышленных испытаний высокую эффективность.
Ингибиторы коррозии представлены самыми различными классами органических и неорганических соединений, подавляющее большинство которых является синтетическими, не встречающимися в природе [6]. Очевидно, что негативное влияние на биосферу биологически враждебных, трудноразлагаемых соединений трудно переоценить, особенно при широком спектре использования того или иного реагента, поэтому постоянно ведутся разработки новых ингибиторов коррозии, которые бы выгодно отличались от уже имеющихся не только эффективностью ингибирования, но и экологической безопасностью.
Например, разработан ингибитор коррозии на основе отходов производства растительного масла, не содержащий токсичных соединений и отличающийся низкой стоимостью при степени защиты 78-95 % [7].
Компанией BASF предложены «зеленые» ингибиторы коррозии на основе пропаргилового спирта. Их наиболее значимыми отличиями является не только дешевизна и нетоксичность, но и высокая ингибирующая активность, в 2-3 раза превышающая некоторые используемые продукты.
Ингибиторы солеотложений
Исторически доминирующими классами продуктов ингибирования солеотложений в нефте- и газодобыче являлись фосфорсодержащие вещества и синтетические водорастворимые полимеры. Их основными недостатками является токсическое воздействие на окружающую среду и бионеразлагаемость [8].
Компанией AkzoNobel был разработан принципиально новый класс материалов – гибридные полимеры (сополимеры полисахаридов и поликарбоновых кислот), которые объединяют в одной молекуле преимущества и синтетических и натуральных материалов.
Биоциды
Спектр ингибиторов-бактерицидов и фунгицидов применяемых для подавления жизнедеятельности микроорганизмов чрезвычайно разнообразен, однако среди них многие являются токсикантами не только по отношению к микроорганизмам, но и к теплокровным [9]. Например установлено, что бензотриазол, используемый в качестве бактерицида обладает высокой токсичностью по отношению к млекопитающим и некоторым членистоногим [10, 11].
Среди альдегидов при производстве дезинфектантов применение нашли формальдегид, глутаровый и ортофталевый альдегиды, имеющие широкий спектр активности (грамположительные и грамотрицательные бактерии, грибы, микобактерии, оболочечные/безоболочечные вирусы), включая споры. Препараты, имеющие в своем составе глутаровый альдегид приобретают улучшенные «цидные» свойства, не вызывают коррозии материалов инструментов, не повреждают ткани и поверхности, стабильны (что позволяет использовать растворы многократно), обладают хорошей проникающей способностью, быстрой разрушаемостью в сточных водах. Фактически дезинфектанты и стерилянты на основе глутарового альдегида были и остаются «золотым стандартом» во многих сферах жизнедеятельности человека [12].
В настоящее время среди основных направлений продуктов ГК Миррико активно разрабатываются реагенты и технологии, позволяющие значительно снизить потенциальный вред при их использовании. Продукты нефтепромысловой химии серий Decleave™ GL, Scimol™ GL и Descum-2™ GL не только более экологичны, чем традиционные реагенты, но также обладают меньшей токсичностью для организма человека, что позволяет снизить риски при их непосредственном применении, обладая при этом той же или большей эффективностью.

Использованная литература:

1. В.В.Лунин, П.Тундо, Е.С.Локтева, Зеленая химия в России, Изд. Московского Университета, 2004 230 с.
2. P.T.Anastas, J.C.Warner, Green Chemistry: Theory and Practice, Oxford University Press, New York, 1998, p.30
3. А.А.Ишмурзин, Р.А.Храмов, Процессы и оборудование системы сбора и подготовки нефти, газа и воды, Уфа, Изд-во УГНТУ, 2003, 145 с.
4. J. V.Karabinos, A.I. Ballum, J. Am. Oil Chem. Soc., 1954, 31 №1, с 71-74; №3, с 136.
5. Я.Г.Соркин, Я.И.Нелькенбаум, в сб. «Применение поверхностно-активных веществ в нефтяной промышленности», под ред. П.А.Ребиндера и др. Гостоптехиздат, 1963, с 252-264.
6. Д.Л.Рахманкулов, Д.Е.Бугай, А.Б.Лаптев, М.В.Голубев, Ингибиторы коррозии Т.1. Основы теории и практика применения, Уфа, Изд-во «Реактив», 1997, 295 с.
7. Д.Л.Рахманкулов, В.Н.Зенцов, Н.А.Гафаров, Д.Е.Бугай, А.И.Габитов, Ф.Н.Латыпова, Ингибиторы коррозии Т.3. Основы технологии производства отечественных ингибиторов коррозии, М, Изд-во «Интер», 2005, 346 с.
8. В.Е.Кащавцев, И.Т.Мищенко, Солеобразование при добыче нефти, М, 2004, 432 с
9. С.М.Бадюгин, Токсикология синтетических ядов, Казань, Медицина, 1974, 189 с.
10. В.Б.Прозоровский, Токсикология новых химических веществ, Фармакол. и токсикол. 1962. №1.
11. О.П.Вакулко, П.П.Пурыгин, Е.С.Селезнева, И.П.Иванов, Исследование мутагенной активности некоторых веществ группы N,N" -тиокарбонилбензотриазола. Тез. докл. обл. научно-техн. конф.“60-летию СССР – ударный труд, знание, инициативу и творчество молодых”, Куйбышев, 1983.
12. E.M.Scott, S.P.Gorman, Glutaraldehyde. Disinfection, sterilization and preservation, Block S.S. (Ed.), New-York, Lippincott Williams&Wilkins, 2001, P.361-383.