За последние годы у Новосибирского государственного университета (НГУ), который создавался как «кузница кадров» для российской науки и десятилетиями этому способствовал, добавилась новая задача. «Мы крайне заинтересованы во взаимодействии с индустриальными партнёрами, мы расширяем свою исследовательскую и образовательную повестку, переносим успешную модель взаимодействия с исследовательскими институтами на своих новых партнёров из реального сектора», ─ сформулировал задачу ректор НГУ, академик РАН Михаил Федорук на прошедшем в конце сентября 2024 года научно-производственном форуме «Золотая долина».
Потребности рынка всегда можно выявить через запросы, которые поступают от потенциальных партнеров. Сопоставив эту информацию с тем, какие наработки имеются в научных подразделениях университета, можно доводить текущие результаты до некого продукта, защищенного патентом. И вновь выходить на те компании, которые нуждаются в подобных решениях. Но при этом с решением в высокой стадии готовности, что способно значительно повысить интерес к сотрудничеству. Именно по такому механизму работает созданный в НГУ Центр трансфера технологий и коммерциализации (ЦТТК). Об этом «Континенту Сибирь» рассказал заместитель директора ЦТТК НГУ, кандидат технических наук Андрей Савченко.
Примером того, как действует такой подход, стала работа, проведенная в интересах ряда нефтегазодобывающих компаний.
Практически все российские нефтедобывающие компании при добыче тяжелых фракций нефти сталкиваются с серьезной проблемой – в трубах образуются асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО), которые могут привести к полной закупорке трубы, прекращению потока нефти из скважины и серьезным повреждениям установленного в ней насосного оборудования.
Стандартная процедура по устранению таких отложений подразумевает остановку работы скважины, извлечение из нее до двух километров труб, локализацию мест образования пробок и прочистку их методом выжигания. Часто это невозможно осуществить на месте и трубы приходится вывозить с месторождения на специальные площадки.
Альтернативное решение было разработано учеными Новосибирского государственного университета. В его основе лежит созданная профессором кафедры гидродинамики механико-математического факультета НГУ, доктором физико-математических наук Сергеем Сухининым горелка и химический состав для нее. Он призван обеспечивать режим горения для эффективного устранения отложений, не повреждая при этом самой трубы.
«Этот проект сразу имел четкую прикладную направленность. Мы провели технический совет с представителями компании «Газпромнефть» и в дальнейшем строили свою работу на основе полученного от них технического задания», ─ подчеркнул Андрей Савченко.
В дальнейшем, на основе этих изобретений были разработаны две технологии очистки труб без извлечения их из скважины. Первое решение разработано для сервисных компаний, оно предполагает спуск горелки внутрь скважины на обычном геофизическом кабеле, который часто используется при ее исследовании. Во втором варианте технологии, трос не используется, в скважину погружают специальные стержни, которые воспламеняются, достигнув нужной глубины и прожигают пробку. Этот способ нефтедобывающие компании могут использовать самостоятельно.
Есть у запатентованных технологий и другие особенности: температура горения рассчитана таким образом, чтобы гарантированно выжигать парафины, образовавшие пробку, а само горение направлено вниз, чтобы продукты горения поднимались вместе с газами вверх из скважины. В результате можно избежать ситуации, когда растопленная пробка загустевает вновь на другом участке скважины (что периодически случается при стандартных методах очистки), вынуждая повторять процедуру заново. Это особенно важно, когда речь идёт об удалении протяженных пробок, которые могут тянуться на десятки и сотни метров.
На сегодня, по оценкам разработчиков, технология имеет большие перспективы практического применения, в том числе – среди довольно крупных игроков на рынке. «Сейчас мы ведем переговоры о пилотных проектах по ее испытаниям в реальных условиях», ─ говорят разработчики.
Параллельно было представлено еще одно решение, где очистка скважин проводится с помощью бактерий. А точнее, штаммов-деструкторов нефти, поиск которых давно ведется учеными ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора (Кольцово) и НГУ. Из загрязненных нефтью почв в местах ее добычи (Ханты-Мансийский автономный округ, Ямало-Ненецкий автономный округ) были выделены микроорганизмы-деструкторы нефти, из которых отобраны штаммы, обладающие высокой нефтеутилизирующей способностью, относительно высокой скоростью роста при температуре 10 °C.
Далее сотрудники ЦТТК НГУ разработали технологию применения суспензии штаммов для очистки скважины и оборудования в ней. «Как известно, скважина заполнена жидкостью. Остановив ее работу на короткий промежуток времени, мы заливаем в эту жидкость наш концентрат, затем переключаем перелив жидкости в затрубное пространство, чтобы она начала циркулировать в скважине за счет работы насоса», ─ объяснил схему работы нового метода Андрей Савченко.
В итоге бактерии распространяются и приступают к разрушению имеющихся отложений, очищая тем самым все элементы добывающей скважины, включая самые труднодоступные.
Что важно, оба подхода к очистке снимают необходимость отключать скважину надолго и проводить достаточно трудоемкий и дорогой процесс извлечения оборудования на поверхность с последующими разбором и очисткой в специальных мастерских. С разработками был ознакомлен ряд крупных компаний из российской «нефтянки».
А еще эта работа вылилась в появление новых технических заданий, над которыми сейчас работают специалисты университета. Как стало известно «Континенту Сибирь», в настоящее время в рамках ЦТТК НГУ выполняется еще один большой проект в интересах российских добывающих компаний, результатов которого можно ожидать уже в следующем году. Тогда же должны стартовать и пилотные применения технологий, о которых рассказано выше.
Надо отметить, что Центр трансфера технологий и коммерциализации – не единственный формат взаимодействия с индустриальными партнерами. Бывает и так, что лаборатории факультетов НГУ участвуют в таких проектах напрямую. По такому пути пошла, например, кафедра физической химии факультета естественных наук (ФЕН) НГУ.
Ее партнером выступила компания «Ониум плюс» (резидент Сколково), задавшаяся целью найти способ переработки отходов из пластика в какой-то полезный продукт. Во время сортировки мусора остается большое количество неперерабатываемого пластика. Сейчас это все сжигается, в лучшем случае – отправляется на цементные заводы для замещения природного газа. Но глобального решения, что с ним делать, пока ни у кого нет.
Специалисты компании решили попробовать преобразовать такой пластик в синтетическое моторное топливо. Технология его получения состоит из нескольких стадий. Первая — пиролиз, термическая деструкция без доступа кислорода, которая осуществляется при температуре от 400 до 600 °C. На выходе получается неоднородная смесь углеводородов, содержащая большое количество загрязнений и ароматических соединений.
«Как проводить пиролиз, в принципе, хорошо известно. Но проблема в том, что само по себе пиролизное масло и его фракции непригодны к использованию в качестве топлива, из-за высокого содержания углеводородов эта субстанция может вывести из строя двигатели внутреннего сгорания. Исправить этот недостаток можно посредством применения каталитической технологии. С этой задачей представители заказчика и обратились к нам», ─ рассказала корреспонденту «Континент Сибирь» заведующая кафедрой физической химии ФЕН НГУ Екатерина Пархомчук.
В итоге благодаря совместным наработкам ученых НГУ и Института катализа СО РАН было найдено инновационное решение. Жидкий продукт пиролиза смешивается с водородом под давлением 40 атмосфер, смесь порционно поступает в реактор, внутри которого происходит каталитическая реакция в условиях высокого давления и высокой температуры. Из реактора по змеевику смесь продуктов попадает в сепаратор, где, остывая, разделяется на газ и жидкость. Газ уходит вверх, а жидкость постепенно конденсируется в накопителе. Его конструкция (с автопереливом) позволяет избежать существенного падения давления при выводе продуктов из процесса и стабильно накапливать их в течение длительных экспериментов.
«За три недели непрерывной круглосуточной работы мы выделили из продукта пиролиза около 3 литров жидкости, которая является аналогом качественного незамерзающего керосина», – резюмировала Екатерина Пархомчук.
Сейчас компания-партнер занята созданием пилотной установки с десятками микро-реакторов одновременно. Этот модуль позволит вести процесс с производительностью литры в час. В нем будут интегрированы все системы как на «большом» заводе. Такая установка должна заработать уже в следующем году.
А ученые университета продолжают свои исследования в этом направлении. «Наши первые опыты проводились с продуктами пиролиза чистого пластика без примесей хлора, серы. В реальности же захоронения на свалках могут их содержать, те же покрышки и все это сегодня никак не перерабатывается, а просто накапливается и вредные вещества поступают в атмосферу. Поэтому мы продолжаем совершенствовать каталитическую систему и сам процесс переработки такого особенного сырья. Это сложная, но интересная задача», – подчеркнула Екатерина Пархомчук.
Надо отметить, что такая технология не только важна с точки зрения утилизации вредных отходов, с которыми человечеству в любом случае надо что-то делать, но и имеет хороший коммерческий потенциал: только 5% исходного вещества превращается в газ, остальная масса превращается в качественное синтетическое топливо. А мировые объемы подобного мусора вполне сопоставимы с запасами богатого нефтяного месторождения.