Коррозионное разрушение оборудования для добычи, транспортировки и переработки полезных ископаемых — это причина почти четверти аварий в нефтегазовой отрасли. Применение специальных химических соединений — ингибиторов — наиболее эффективный и доступный способ для борьбы с коррозией. Однако многие из них могут содержать токсичные элементы, опасные для экологии. Поэтому сейчас растет интерес к «зеленым» ингибиторам, получаемым из биологических источников, безопасных для окружающей среды. В частности, в качестве компонентов рассматриваются биополимеры и растительные экстракты из фруктов, листьев и цветов. Ученые Пермского Политеха и Казанского федерального университета в сотрудничестве с экспертами Ирана и Китая разработали новые уникальные ингибиторы для защиты оборудования от коррозии на основе полиуретана и гуммиарабика — смолы, получаемой из сока акаций. Синтезированное вещество эффективно на 95%.
Статья с результатами опубликована в журнале «Наука о коррозии», 2025 год. Исследование профинансировано Минобрнауки РФ (проект № FSNM-2024-0005) и Национальным фондом естественных наук Китая (проект № 22308023).
Природный газ сегодня — это более чистая и экологичная альтернатива нефти и углю из-за меньшего количества выбросов углекислого газа. В последние годы его потребление стабильно растет, но при этом доступные месторождения все больше истощаются. Чтобы соответствовать мировым запросам на газ, добывать его приходится во все более суровых условиях, а именно в кислых средах, насыщенных сероводородом, где коррозия — одна из важнейших встречающихся проблем. Для защиты оборудования от коррозионного разрушения эффективно применение специальных химических соединений — ингибиторов.
Для получения более экологичных ингибирующих веществ активно изучаются биополимеры на основе углеводов, получаемые из природных источников. К ним относятся целлюлоза, крахмал, пектин, хитозан, декстрин, альгинаты и натуральные камеди. Последние — это высокомолекулярный углевод, выделяемый в виде сока или смолы из деревьев и различных растений. Применение камеди позволяет создавать комплексы с ионами металлов и образовывать защитный слой на поверхности, предохраняя ее от коррозии.
Биополимеры уже показали свой потенциал в качестве ингибиторов в нефтегазовой промышленности. Однако их долговечность и стабильность в кислых средах не так эффективны. Решить эту проблему возможно с помощью добавления других полимеров, повышающих их термостойкость.
Ученые ПНИПУ и КФУ разработали совершенно новые ингибиторы на основе аравийской камеди, а именно гуммиарабика (смолы акаций), в структуру которого введен полиуретан. Синтезированный продукт позволит предотвратить коррозию углеродистой стали при добыче газа в кислой среде.
— Аравийскую камедь обычно получают из стеблей и ветвей акации. Благодаря своим характеристикам она эффективно предотвращает коррозию различных металлов и сплавов, например, стали и алюминия, и в различных средах (кислотных, щелочных и нейтральных). Ее качества обеспечивают исключительное покрытие поверхности даже при минимальной концентрации и превосходную долгосрочную защиту от коррозии, — рассказывает Дмитрий Мартюшев, профессор кафедры нефтегазовых технологий ПНИПУ, доктор технических наук.
Политехники синтезировали три полиуретана с привитыми (присоединенными к структуре) молекулами аравийской камеди с разной степенью прививки и подвергли их экспериментальным и теоретическим исследованиям в качестве потенциальных ингибиторов для кислой среды. Синтез включал в себя два основных этапа: получение полиуретановых преполимеров и их последующее постепенное присоединение к химической структуре гуммиарабика в разной концентрации (10,4%; 17,2% и 25,4%).
— Исследования показали, что чистая аравийская камедь способна умеренно снизить коррозию в кислой среде на 74% защиты. Включение же полиуретана в ее структуру значительно повышает ингибирующую активность до 94-95%. Наиболее оптимальным количеством введения полиуретана оказалось 17,2%, дальнейшее его присоединение не приводит к значительному изменению, — поделился Дмитрий Мартюшев.
— Эти результаты доказывают, что модификация структуры аравийской камеди эффективно улучшает ее свойства, делая ее перспективным экологически чистым ингибитором для газовой промышленности, поскольку только 17,2% составляет полиуретан, — поясняет Абдолреза Фархадиан, старший научный сотрудник кафедры нефтегазового дела КФУ.
Политехники проверили работоспособность ингибитора в кислой среде и выявили уменьшение повреждений поверхности и образования продуктов коррозии на металле. Он образует защитный слой, который действует как барьер, препятствуя взаимодействию коррозионных элементов с поверхностью.
Разработанный учеными ПНИПУ и КФУ экологичный биологический ингибитор — это многообещающая альтернатива обычным веществам для борьбы с коррозией. Его применение повысит долговечность оборудования, применяемого в кислых средах, и устойчивость мировой нефтегазовой промышленности.