Инженерная эвристика

Гаврилов Дмитрий Анатольевич

Предложите нам классический, чисто химический, надёжный и простой способ количественного определения воды в нефти и нефтепродуктах.

Участник тренинга. Титрованием.

Д. Гаврилов. Титрованием чего?

Участник тренинга. Анализируемой пробы анодным раствором по методу Карла-Фишера. С титрованием этим даже ребёнок справится.

Д. Гаврилов. То есть у вас должен быть минимум в наличии ядовитый метанол, пиридин, не считая самого многокомпонентного реактива Фишера [75] , а также и прибор — кулонометр (или потенциометр) и ячейка (лучше сразу

титратор). Не слишком ли громоздко? За последние 75 лет, с момента создания Фишером его реактива, могли придумать что-нибудь более простое. В формулировке задачи, в самих условиях, всегда содержится подсказка.

75

В простейшем случае — это раствор I2 и SO2 в пиридине и метаноле. Существуют и модификации реактива.

Вы опираетесь на конкретный опыт, специальное знание, готовое и известное вам решение, но не хотите отступить на шаг назад и выдумать своё, собственное и оригинальное.

Другой участник тренинга. Возможно, метод состоит в применении электрического тока?

Д. Гаврилов. По сути дела и предыдущее предложение и сводится к построению графика изменения электропроводимости раствора. Но для решения вводится много лишних сущностей со стороны, кои не стоит умножать согласно известному принципу. А если судить не по выпавшему в осадок йоду, а по выделенному летучему газу?

Участник тренинга. Но ведь уже сказано, что другой «метод основан на измерении объёма испарившейся воды».

Д. Гаврилов. Но я ничего об испарившейся воде не говорил, а говорил, что если что-то оседает и выпадает, то что-то может улетучиваться.

Участник тренинга. Но ведь нам надо количественно определить воду?

Д. Гаврилов. Да.

Участник тренинга. Значит, количество, как вы говорите, выделенного каким-то образом газа из нефти должно быть пропорционально содержанию воды?

Другой участник тренинга. Судить о содержании воды в пластовой нефти по объёму газа? Например, ступенчатое разгазирование? Если это имеется в виду — сразу нет, потому что в пластовой нефти газосодержание очень варьируется, и свойства газа тоже. Немного оффтопа: остаточную водонасыщенность/нефтенасыщенность керна замеряют с помощью капиллярометрии или центрифугой. А можно ли смесь нефти с водой прогнать на центрифуге при разной скорости, присоединив к держателям для пробирок с жидкостью (стальных) капилляры сбоку и к ним ёмкости? А ёмкости сделать высокими и узкими, чтобы вытекшая поначалу жидкость осталась снизу. Жидкости разной плотности должны разделиться при определённой скорости, и поначалу, допустим, нефть стечет через капилляр, потом вода. Это предположение, не уверена в физичности на этапе разделения. Забыла про вязкость, за счёт вязкости тоже должно быть какое-то разделение при вращении (неньютоновские жидкости).

Д. Гаврилов : Коллеги, но зачем выделять газ из нефти? Выделите его, образно говоря, «из воды», которая в пробе нефти содержится. У вас есть только ведро нефти, например. Принесли в лабораторию. Как определить в нём содержание воды химическим путём по газу? Наверное, надо как-то подействовать на нефть, то есть воду в ней… чтобы количество молей воды было прямо пропорционально числу молей выделившегося в ходе реакции газа. Какие вещества реагируют с водой в органическом растворе с выделением газа? Вода так уж точно химическое соединение из числа самых распространённых, о чём все забывают. И вода тоже вступает в химические реакции!

Участник

тренинга. То есть надо подобрать такой реагент, который будет взаимодействовать с водой, оставаясь инертным к нефти, с выделением газа? Возможно, карбид кальция используется, образуя ацетилен?

Другой участник тренинга. В ведре нефти в поверхностных условиях растворено много газа, он может быть самого различного состава. Когда в нефти+воде будет происходить реакция, будет выделяться либо поглощаться тепло, в этих условиях из системы дополнительно может выделиться газ (и выделится!). Уже тот, который был в ведре. Как его зафиксировать отдельно от того, который выделился бы из полностью дегазированной смеси нефть+вода? Непредставительный результат и взрывоопасно.

Участник тренинга. Не беда. Если брать реакцию с карбидом, то тепло можно отводить. Газ ацетилен не живёт же в нефти, он выделится и всё. Приведите мне пример побочной реакции, в которой выйдет дополнительный газ, который испортит наши расчёты?

Д. Гаврилов. Если содержание воды велико, относительно органической части, возражение в части существенного теплового эффекта можно было принять. Но существенным возражением является неплохая растворимость ацетилена в любой органике. Тем не менее, есть такой газ и такой реагент, которые помогут справиться с водою в органическом растворе. Парадоксально, но вода получается именно из этого газа!

Участник тренинга. Значит, надо выделить либо кислород, либо водород? Не будет ли кислород доокислять органику? Наверное, водород куда более инертен.

Д. Гаврилов. В каких химических реакциях из воды выделяется водород?

Участник тренинга. Эврика! Например, бросим «в ведро» гидрид кальция, объём выделившегося водорода можно измерить с высокой точностью, и он будет пропорционален массовому содержанию воды в пробе:

СаН2+2Н2O = Ca(OH)2 + 2H2

Гидриды не растворяются (без разложения) ни в одном из обычных органических растворителей. А вот с водой (даже её следами) они энергично реагируют, поэтому традиционно используются в лабораторной практике в качестве осушителей.

Д. Гаврилов. Поздравляю, вы повторили идею инженера И. С. Лидермана и его соавторов, опубликованную в бюллетене «Открытия, изобретения» № 12 за 1967 год, авторское свидетельство СССР № 197268.

ВОПРОС № 82

Войско полководца Ганнибала спускалось по узкой и крутой заснеженной скользкой тропе. Одно неосторожное движение — и человек летел в пропасть. А впереди была Италия, впереди был Рим. И вот они подошли к огромной скале, обойти это место было невозможно. Скала преграждала дорогу, через неё с трудом перебрался бы пеший, о коннице и шести слонах Ганнибала речи и не шло… Так или иначе, но на следующее утро всё войско Ганнибала спустилось с гор в долины Италии. Каким образом это произошло?

Как работают совместно операторы количественного и качественного уровней, то есть в данном случае принцип объединения в пространстве, принцип изменения размера и перехода к новому качеству покажем хотя бы на нижеследующем классическом примере.

1870-е годы. Производившийся в Баку керосин разливался в большие 20-пудовые деревянные бочки для отсылки в другие города. Но тяжесть бочек и неполное использование объема трюмов — всё это увеличивало стоимость перевозки керосина на 25 %. Перевозка керосина наливом стала производиться на Волге с 1877 г. и нашла многих подражателей. Но перевозить керосин и нефть наливом в деревянных судах было опасно в пожарном отношении, кроме того, «нефтяные продукты легко просачивались через корпус, чем портили воду и рыбные угодья».