• Русский

Ученые «ЭкоНефти» работают над синтезом уникальных катализаторов-«сот» на основе наночастиц переходных металлов

Ранее подобные каталитические системы для повышения эффективности добычи нефти никто не использовал.

Добыча нефти сегодня – процесс сложный и требующий особого внимания: времена, когда «черное золото» можно было черпать чуть ли не ведром, уже давно в истории, а нынешние реалии таковы, что доля трудноизвлекаемых запасов в общем объеме добываемых углеводородов только растет. Неслучайно нефтедобывающая отрасль в погоне за коэффициентом извлечения все чаще обращается к невостребованным ранее технологиям и методам. Речь идет о так называемых МУН-ах – методах увеличения нефтеотдачи, в т.ч. широко известных термических с использованием пара и воздуха и химических, основанных на использовании различных реагентов, полимеров и поверхностно-активных веществ. Но проблема в том, что эффективность этих методов оставляет желать лучшего – то же внутрипластовое горение, например, работает не всегда и не везде. Одна из основных его проблем – поддержание стабильности фронта горения – настоящая головная боль для компаний. А для ученых – очередной вызов, и одними из первых этот вызов приняли в Казанском федеральном университете. Так, группа ученых НИЛ «Внутрипластовое горение» приоритетного направления «ЭкоНефть» уже несколько лет занимается изучением одноименного метода, а также способов повышения его эффективности, одним из которых является использование катализаторов. Впрочем, здесь тоже есть свои тонкости и особенности.

«Эффективность гетерогенных катализаторов напрямую зависит от такого параметра, как удельная площадь поверхности – чем меньше размер частиц катализатора, тем больше соотношение поверхности частицы к ее объему, т.е. процент атомов, находящихся на поверхности больше, а значит, и каталитический эффект выше. Т.е. имея, условно, по 100 грамм одного и того же катализатора, но с разными размерами частиц, более эффективным окажется тот, размер частиц которого меньше. Но тут возникает уже другая проблема – чем меньше частица и чем больше ее удельная площадь поверхности, тем меньше ее агрегационная стабильность. Маленькие частички стремятся к слипанию друг с другом, что может значительно понизить их каталитическую активность», – рассказал нам старший научный сотрудник НИЛ «Внутрипластовое горение» и автор проекта Андрей Галухин.

Со слов ученого, общепринятым методом для стабилизации наночастиц является использование различных ПАВов – они обволакивают их и не дают склеиться. Но в случае с внутрипластовым горением этот метод не работает – из-за высоких температур при горении в пласте эти оболочки будут разрушаться. В поисках решения проблемы в лаборатории пришли к необычному решению – сами частицы оставить в таком размере, в котором они агрегационно стабильны, но при этом сделать в них множество отверстий, за счет чего увеличится удельная площадь поверхности. В науке такие системы принято называть мезопористыми, т.е. имеющими пористую структуру с диаметром пор в несколько нанометров.

«Задача, которую нам предстоит решить, невероятно сложная, но в то же время весьма интересная, потому что ранее синтезом подобных катализаторов для нефтедобычи никто не занимался. Подавляющее большинство изученных каталитических систем связано с использованием благородных металлов, тогда как мы делаем упор именно на рациональность и доступность синтезируемых катализаторов, и потому используем переходные металлы IV периода. Они работают при высокотемпературном окислении, чего для работы с тяжелой нефтью более чем достаточно. И первые результаты исследований, проводимых в рамках проекта, позволяют говорить о том, что мы движемся в верном направлении», – поделились с нами в НИЛ «Внутрипластовое горение».

Стоит отметить, что определенный оптимизм в ученых вселяет и тот факт, что их труды были замечены на высоком уровне. Буквально полтора месяца назад проект «Мезопористые нано- и субмикроразмерные частицы оксидов переходных металлов IV периода как катализаторы окисления высокомолекулярных компонентов тяжелых нефтей» по руководством Андрея Галухина получил поддержку Российского фонда фундаментальных исследований. И работы в рамках гранта уже набирают обороты.