Активное использование метода рентгеновской дифракции для исследования углеродистых материалов началось в 50-е годы нашего столетия. Обширный обзор ранних дифракционных исследований аморфных саж и углей выполнен С. Эргуном и В. Тьенсуу [1], а по нефтяным системам - С. Эрдманом и Ю. Вендером [2]. Б. Уоррен первым разработал и скорректировал форму, положение и интенсивность полос с размерами слоев [3]. Дж. Лэбут показал, что нефтяные асфальтены дают порошковую рентгенограмму, характерную для аморфных веществ [4]. Ф. Нелленштейн первым заметил полосу, соответствующую величине межплоскостного расстояния 0,35 нм, и подобие этой характеристики у нефтяных асфальтенов и аморфных саж [5].

В общем объеме добываемых нефтей доля вязких и высокозастывающих непрерывно увеличивается, причем по мере истощения месторождений она будет возрастать еще больше. Добыча, транспортировка и хранение таких нефтей представляет значительную сложность. В решение этой проблемы существенный вклад может внести магнитная обработка (МО). Безреагентность, экологическая чистота, простота в эксплуатации и быстрая окупаемость делают методы МО особенно перспективными.

Изучено влияние вибрационного воздействия на реологические свойства высокоструктурированных нефтяных дисперсных систем. Максимальное снижение значений реологических характеристик высокопарафинистой высокосмолистых нефтей было получено при 20 мин, а мазута - при 5 мин виброобработки. Отмечено, что вибровоздействие оказывается наиболее эффективным для нефтей с повышенным содержанием парафинов. Показано, что магнитная обработка способствует снижению температуры застывания нефти.

Изучено начало кристаллизации парафинов в различных типах нефтяных дисперсных систем с добавлением присадок низкочастотным вибрационным методом.

Исследованы изменения структурных характеристик молекул асфальтенов в зависимости от состава и химического типа нефтяной дисперсионной среды. Эксперименты проводили на модельных системах метанового и нафтенового типов. Показано, что с увеличением доли ароматических углеводородов в дисперсионной среде изменяются структурно-групповые характеристики средних молекул асфальтенов: молекулярная масса, количество ароматических и нафтеновых циклов, количество структурных блоков в молекуле.

Изложены результаты исследования закономерностей локализации современных нитроксильных спиновых зондов в реальных нефтяных системах и синтетических нефтяных образцах. Приведена интерпретация результатов экспериментов исходя из теории спектров ЭПР нитроксильных радикалов. На основе простейших моделей разработаны подходы к анализу коллоидной структуры нефтяных дисперсных систем (характеристика областей локализации молекул спиновых зондов). Представлены результаты тестирования ряда реальных нефтяных объектов с применением предложенной схемы анализа. Обсуждены возможные перспективы исследований нефтяных дисперсных систем с применением метода спинового зонда.

В книге методически обобщены собственные изыскания автора, результаты научных исследований, характеризующие сущность коллоидно-химических представлений и аналитических методов исследований, позволяющие понять особенности поведения НДС в реальных условиях их существования, в частности в процессах добычи, транспорта, переработки, хранения и применения. Представленное изложение материала предполагается в дальнейшем использовать при создании единых и общих принципов физико-химической механики нефтяных дисперсных систем в учебных курсах, связанных с технологией переработки углеводородного сырья.

Сравниваются результаты двух методик ИК-спектрометрического определения суммарного содержания нефтепродуктов в почве. Методами гравиметрии и ИК-спектрометрии поэтапно исследованы стадии извлечения нефтепродуктов из почвы в соответствии со стандартными методиками, что позволило определить влияние мицеллярных образований в нефтяных дисперсных системах на количество извлекаемых нефтяных углеводородов.

Изложены теоретические представления о физических и химических превращениях нефтяного сырья (тяжелой части нефти, гудронов, асфальтенов) в процессе переработки и нефтепродуктов при их эксплуатации. Обосновано разделение нефтяного сырья на молекулярные растворы и дисперсные системы. Описаны их свойства. Показана возможность регулирования физических превращений нефтяных компонентов, позволит интенсифицировать нефтетехнологические процессы. В основу излагаемых авторами представлений положена концепция "надмолекулярных структур", которая не стала общепризнанной в современной науке о коллоидах и может быть предметом дисскуссионного обсуждения. Предназначена для научных и инженерно-технических работников нефтеперерабатывающей промышленности и смежных с ней отраслей (нефтегазодобывающей, подготовки и транспорта нефти и газа). Полезна преподавателям, аспирантам, слушателям специальных факультетов, студентам старших курсов вузов нефтяного профиля.

Представлены результаты анализа ИК спектров растворов нефти Усинского месторождения в хлорсодержащих и ароматических углеводородах в области 3700-3200 см-1. Полосы поглощения растворов нефти отличаются по форме контура и по положению максимумов, что обусловлено влиянием растворителей. С увеличением доли растворителя с высоким потенциалом обменного взаимодействия (хлороформ, толуол) происходит разрыв отдельных водородных связей с дальнейшей их рекомбинацией или образованием новых связей.

В учебном пособии рассмотрены основные теоретические и технологические аспекты переработки нефти. Отражены базовые аспекты теории нефтяных дисперсных систем. Особое внимание обращено на прикладную кинетику и моделирование химических реакторов, а также на анализ и синтез химико-технологических систем. Приведены примеры расчетов технологического оборудования. Учебное пособие ориентировано на студентов, магистрантов и аспирантов, обучающихся в направлении технологии переработки нефти и газа. Может быть полезно широкому кругу инженерно-технических и научных работников, специализирующихся в области нефтепереработки и нефтехимии.

Предложен механизм структурообразования углеводородной дисперсной системы отработанных трансформаторных масел. Показано, что структурообразующими центрами дисперсной ситемы являются стабильные свободные радикалы. Установлена диспергирующая роль хлорида железа в коллоидной системе отработанного нефтяного масла.

В работе приведены данные по исследованию влияния растворителей на нефть Усинского месторождения кернов методом фотонной корреляционной спектроскопии. Показано, что поведение изученных систем полностью укладываются в концепцию спиновой природы смол и асфальтенов.

Книга включает в себя доклады, которые были представлены на VIII Международной конференции «Химия нефти и газа» (Томск, Россия, 24–28 сентября 2012 г.). В представленных докладах затрагиваются методические вопросы исследования нефтей и родственных природных объектов. Изложена информация о структуре и свойствах смолисто-асфальтеновых компонентов нефтей, о механизмах фазообразования в нефтяных дисперсных системах. Приводятся данные о молекулярном и изотопном составе углеводородных и гетероорганических соединений нефтей и рассеянного органического вещества пород различных нефтегазоносных провинций. Большое внимание уделено процессам катагенетического преобразования и биотрансформации нефтей и органического вещества осадочных пород. Рассмотрены различные аспекты решения проблемы повышения нефтеотдачи пластов, вопросы регулирования коллоидно-химических и реологических свойств вязких парафинистых нефтей Монголии и России и роль асфальтенов в этих процессах. Приводятся данные о формировании водо-нефтяных эмульсий и системе сбора обводненной продукции.Значительная часть работ посвящена перспективным физико-химическим технологиям подготовки и транспорта нефти, водонефтяных эмульсий и газа, моделированию дисперсии жидкости в пористой среде при покомпонентной закачке композиций для повышения нефтеотдачи. В докладах отражено современное состояние научно-исследовательских и опытно-промышленных работ в области каталитических методов переработки углеводородного сырья. Большое внимание уделено применению новых нетермических методов активации превращенийуглеводородов (плазмохимия, механохимия), обеспечивающих повышение глубины переработки нефти и природных углеводородных газов. Также рассматриваются вопросы получения ценных продуктов и материалов из природных битумов и битуминозных песков. Затронут широкий круг актуальных задач в области обеспечения экологической безопасности функционирования нефтегазового комплекса. Опубликованные материалы представляют несомненный интерес для научных сотрудников и специалистов инженерно-технического профиля, работающих в области геохимии, добычи, транспорта и переработки нефти и газа, а также для преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений соответствующих профилей.

С позиций спиновой химии и использования достижений современной квантовой механики рассмотрены процессы преобразования и закономерности построения ассоциатов в нефти и растворах нефтеподобных дисперсных систем.

С использованием оригинального математического аппарата одного из авторов статьи предложена и метрологически обоснована методика рентгенофазового анализа твердых нефтяных дисперсий на степень кристалличности.

Проведено изучение вод из разных населенных пунктов Томской области: г. Томск, г. Новосибирск, г. Владивосток, вод природных (родниковых), а также минеральных вод, поступающих в продажу - методом фотонной корреляционной спектроскопии (ФКС) в процессе нагревания. Для всех образцов наблюдается увеличение размеров частиц дисперсной фазы с ростом температуры. Аналогичная тенденция прослеживается и в модельных системах на основе солей СаSO4. Высказано предположение, что в качестве дисперсной фазы выступают частицы "солей жесткости".

Рассмотрено поведение масел, загущенных атактическим полипропиленом (АПП) при низких температурах. Показано положительное влияние наличия кристаллической фазы в АПП на вязкостно-температурные свойства загущенных масел при низких температурах.

В статье рассмотрены методические особенности приложения методов ЭПР и ЯМР 1Н к нефтяным системам, которые также важны при исследовании твердых компонентов: каустобиолитов, в особенности пород, содержащих признаки нефтяных систем. Приведены основные особенности коллоидной структуры нефтяных систем, которые окажутся полезными и при рассмотрении твердых веществ - материалов вмещающих пород и продуктивных толщ.

Проведены исследования региональной изменчивости содержания серы, смол, парафинов и фракций в нефтях с применением методов статистического и кластерного анализов. Использована информация из базы данных по химии нефти, которая в настоящее время включает более 8000 элементов нефтяной физико-химической и геологической информации по всем основным нефтеносным бассейнам Евразии. Выявлены меридианальные и широтные зависимости содержания перечисленных показателей состава нефти. Исследована региональная изменчивость свойств нефтей по совокупности показателей: содержания серы и смол, содержания серы и асфальтенов, содержания серы, смол и асфальтенов. Результаты исследований представлены на компьютерной карте Евразии.

Представлено современное состояние коллоидной химии, ее прикладное значение применительно к новым материалам и технологиям с учетом наиболее крупных научных достижений за последние 20-25 лет. Подробно изложены основы коллоидной химии: поверхностные и капиллярные явления, термодинамика поверхностей раздела фаз, адсорбция поверхностно-активных веществ, мицеллярные системы, электроповерхностные явления, устойчивость и молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем, ультрадисперсные системы («наносистемы»). Рассмотрены главные процессы коллоидной химии: коагуляция, коалесценция, седиментация, образование коллоидных структур. Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по химическим, биологическим, медицинским, геологическим специальностям.

Учебное пособие посвящено новой быстро развивающейся области физической химии и химической технологии дисперсных систем и материалов - физико-химической динамике. В отличие от традиционного подхода к изучению дисперсных систем и образуемых в результате их отверждения дисперсных материалов преимущественно в статических условиях, в предлагаемой читателю книге впервые теоретически и экспериментально обоснован и реализован принципиально новый подход к дпроцессам структурообразования в дисперсных системах и "синтеза" на их основе материалов в динамических условиях. В основе этого подхода лежит изучение динамики контактных взаимодействий между частицами дисперсных фаз в жидких и газовых дисперсионных средах, процессов структурообразования и разрушения дисперсных структур в динамических условиях, преимущственно при осцилляции, в сочетании с введением добавок различных видов поверхностно-активных веществ. Теоретически обоснованы и экспериментально определены оптимальные параметры сочетания механических воздействий и добавок поверхностно-активынх веществ, обеспечивающие максимальную текучесть высоконаполненных и высокодисперсных (включая нанодисперсные) систем. Это позволяет на порядки величин интенсифицировать разнообразные процессы,осуществляемые с участием дисперсных систем при одновременном снижении энергоемкости этих процессов. При этом обеспечивается максимально высокая степень однородности образующихся структур в дисперсных системах и материалах. В учебном пособии представлены методы структурной виброреологии, осуществлено аппаратурное оформление ряда технологических процессов, в том числе с переходом от периодических к непрерывным высокоскоростным методам получения дисперсных систем и материалов. Учебное пособие предназначено для студентов и аспирантов высших учебных заведений, научных работников и инженеров, работающих в прикладных областях, связанных с разработкой и применением дисперсных систем и материалов для дорожного строительства, энергетики, химических технологий и ряда отраслей промышленности.