Исследование, проведенное научной группой НИЛ «Реологических и термохимичеких исследований», показало высокую каталитическую активность стеарата меди (соли меди и стеариновой кислоты) в процессе окисления тяжелых нефтей.

Соли меди нашли широкое применение в самых разных отраслях промышленности – от производства лакокрасочных покрытий до фармацевтики и сельского хозяйства, но в нефтехимии и уж тем более в добыче «черного золота» они встречаются нечасто. И как оказалось, совершенно напрасно – недавние исследования, проведенные учеными приоритетного направления развития «ЭкоНефть», показали, что некоторые медные соли могут отлично справиться с ролью катализаторов для повышения эффективности внутрипластового горения, а при определенных условиях даже улучшить свойства добываемой нефти. Результаты исследования были опубликованы в престижном международном журнале Applied Catalysis A: General.

Как рассказали в НИЛ «Реологических и термохимических исследований»,  многие из существующих катализаторов для окисления тяжелых нефтей синтезированы на основе переходных металлов. Чаще всего, это оксиды: платины, ванадия, железа, кобальта, никеля и разумеется меди. Но практически все имеют один существенный минус – они не растворяются в нефти, а значит, плохо в ней распределяются. Очевидно, что ожидать высокого каталитического эффекта в этом случае не приходится. Поэтому в лаборатории задумались над поиском таких соединений, которые бы обладали высокой степенью нефтерастворимости. В итоге, выбор пал на соль меди и стеариновой кислоты. Эффективность стеарата меди в качестве катализатора исследовали с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии выского давления (HP-DSC) и адиабатической реакционной калориметрии(ARC).  Полученные результаты сравнивались с уже широко изученными стеаратом никеля, железным стеаратом и оксидом меди. И надо заметить, что медный стеарат зарекомендовал себя довольно неплохо: ему удалось значительно улучшить процесс окисления, в т.ч. уменьшить энергию активации, время индукции и температуру воспламенения, а также увеличить эффективность сгорания кокса. Также в ходе исследований удалось показать другую, не менее важную особенность стеарата – спектр его активности.

«В процессе внутрипластового горения можно выделить 3 основные стадии: сначала происходит низкотемпературное горение, затем – крекинг, пиролиз, образование топлива и, наконец, завершается все высокотемпературным горением. Как показывают многочисленные исследования, оксид меди работает только на последних двух стадиях, т.к. является гетерогенным катализатором и для его активации необходимы высокие температуры. А вот медный стеарат зарекомендовал себя как отличный низкотемпературный гомогенный катализатор, т.е. он активизируется уже на первой стадии», - отметил  руководитель приоритетного направления «ЭкоНефть» и НИЛ «Реологических и термохимических исследований» Михаил Варфоломеев.

Кстати, исследования показали, что в определенный момент времени медный стеарат, выполнив свою часть работы, распадается до наночастиц оксида меди, который, как мы знаем, активируется на более поздних стадиях окисления.  При этом наблюдается каталитический эффект в разы выше, чем при традиционном «чистом» использовании CuO. Исследователи связывают это с тем, что стеарат меди, будучи нефтерастворимым, максимально распределяется в нефти и, по сути, выполняет роль такси для ее оксида.

«На основе проведенных исследований мы с уверенностью можем сказать, что наш катализатор в комплексе влияет как на низкотемпературное окисление, так и на высокотемпературное,  т.е. ускоряет оба процесса. Возможно, он как-то воздействует и на вторую стадию (крекинг, пиролиз), но применяемые методы  не позволяют это увидеть», - поделился ведущий научный сотрудник НИЛ «Реологических и термохимических исследований» Чендонг Юань.

Кроме того, исследования показали, что стеарат меди может выступить и в качестве «спускового крючка» внутрипластового горения. А так как он работает в низких температурных режимах, то и инициировать воспламенение можно гораздо раньше. Также ученые «ЭкоНефти» подчеркивают доступность и низкую стоимость медного стеарата, что вместе с высоким каталитическим эффектом делает его одним из наиболее перспективных катализаторов для внутрипластового горения и, возможно, подземной переработки нефти.

Ознакомиться с полной версией статьи «Copper stearate as a catalyst for improving the oxidation performance of heavy oil in in-situ combustion process» можно здесь.