RU2655391C1 - Способ получения наноразмерного катализатора на основе смешанного оксида железа для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья и катализатор, полученный этим способом - Google Patents
Способ получения наноразмерного катализатора на основе смешанного оксида железа для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья и катализатор, полученный этим способом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2655391C1 RU2655391C1 RU2018108569A RU2018108569A RU2655391C1 RU 2655391 C1 RU2655391 C1 RU 2655391C1 RU 2018108569 A RU2018108569 A RU 2018108569A RU 2018108569 A RU2018108569 A RU 2018108569A RU 2655391 C1 RU2655391 C1 RU 2655391C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- iron
- catalyst
- iii
- iron oxide
- production
- Prior art date
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 81
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 26
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 title claims abstract description 20
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 title claims abstract description 20
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 title abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 title description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 32
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 41
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 7
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 6
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims description 6
- 229920002845 Poly(methacrylic acid) Polymers 0.000 claims description 5
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 239000003957 anion exchange resin Substances 0.000 claims description 5
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 5
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 5
- 235000019333 sodium laurylsulphate Nutrition 0.000 claims description 5
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PFKAKHILNWLJRT-UHFFFAOYSA-H 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylate;iron(2+) Chemical compound [Fe+2].[Fe+2].[Fe+2].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O PFKAKHILNWLJRT-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 3
- 229910021577 Iron(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 claims description 3
- 239000011640 ferrous citrate Substances 0.000 claims description 3
- 235000019850 ferrous citrate Nutrition 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 159000000014 iron salts Chemical class 0.000 claims description 3
- MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N iron(2+);dinitrate Chemical compound [Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WBJZTOZJJYAKHQ-UHFFFAOYSA-K iron(3+) phosphate Chemical compound [Fe+3].[O-]P([O-])([O-])=O WBJZTOZJJYAKHQ-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 3
- 229910000155 iron(II) phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- NPFOYSMITVOQOS-UHFFFAOYSA-K iron(III) citrate Chemical compound [Fe+3].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NPFOYSMITVOQOS-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 229910000399 iron(III) phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SDEKDNPYZOERBP-UHFFFAOYSA-H iron(ii) phosphate Chemical compound [Fe+2].[Fe+2].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O SDEKDNPYZOERBP-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001860 alkaline earth metal hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 abstract description 52
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 abstract description 24
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 4
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 3
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 abstract 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 43
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 32
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 9
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 8
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 8
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 7
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 5
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 5
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 4
- 125000001834 xanthenyl group Chemical class C1=CC=CC=2OC3=CC=CC=C3C(C12)* 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 2
- -1 ammonium hydroxide Chemical class 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 150000002334 glycols Chemical class 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012994 industrial processing Methods 0.000 description 2
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 description 2
- 150000002506 iron compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000002069 magnetite nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N telluride(2-) Chemical compound [Te-2] XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical class OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N Ferrous sulfide Chemical compound [Fe]=S MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021575 Iron(II) bromide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021579 Iron(II) iodide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021576 Iron(III) bromide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000000366 colloid method Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010908 decantation Methods 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- VEPSWGHMGZQCIN-UHFFFAOYSA-H ferric oxalate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O VEPSWGHMGZQCIN-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229910052598 goethite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- AEIXRCIKZIZYPM-UHFFFAOYSA-M hydroxy(oxo)iron Chemical compound [O][Fe]O AEIXRCIKZIZYPM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- OWZIYWAUNZMLRT-UHFFFAOYSA-L iron(2+);oxalate Chemical compound [Fe+2].[O-]C(=O)C([O-])=O OWZIYWAUNZMLRT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- KAEAMHPPLLJBKF-UHFFFAOYSA-N iron(3+) sulfide Chemical compound [S-2].[S-2].[S-2].[Fe+3].[Fe+3] KAEAMHPPLLJBKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PVFSDGKDKFSOTB-UHFFFAOYSA-K iron(3+);triacetate Chemical compound [Fe+3].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O PVFSDGKDKFSOTB-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- HEJPGFRXUXOTGM-UHFFFAOYSA-K iron(3+);triiodide Chemical compound [Fe+3].[I-].[I-].[I-] HEJPGFRXUXOTGM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- LNOZJRCUHSPCDZ-UHFFFAOYSA-L iron(ii) acetate Chemical compound [Fe+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O LNOZJRCUHSPCDZ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- GYCHYNMREWYSKH-UHFFFAOYSA-L iron(ii) bromide Chemical compound [Fe+2].[Br-].[Br-] GYCHYNMREWYSKH-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- FZGIHSNZYGFUGM-UHFFFAOYSA-L iron(ii) fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Fe+2] FZGIHSNZYGFUGM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- BQZGVMWPHXIKEQ-UHFFFAOYSA-L iron(ii) iodide Chemical compound [Fe+2].[I-].[I-] BQZGVMWPHXIKEQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- WALCGGIJOOWJIN-UHFFFAOYSA-N iron(ii) selenide Chemical compound [Se]=[Fe] WALCGGIJOOWJIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SHXXPRJOPFJRHA-UHFFFAOYSA-K iron(iii) fluoride Chemical compound F[Fe](F)F SHXXPRJOPFJRHA-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 230000005923 long-lasting effect Effects 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229940031182 nanoparticles iron oxide Drugs 0.000 description 1
- 238000005580 one pot reaction Methods 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 1
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 150000003346 selenoethers Chemical class 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- FEONEKOZSGPOFN-UHFFFAOYSA-K tribromoiron Chemical compound Br[Fe](Br)Br FEONEKOZSGPOFN-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000002569 water oil cream Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/745—Iron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/04—Mixing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/30—Ion-exchange
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/02—Oxides; Hydroxides
- C01G49/08—Ferroso-ferric oxide [Fe3O4]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Способ получения наноразмерного катализатора на основе смешанного оксида железа Fe3O4 для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья, который ведут при комнатной температуре и атмосферном давлении посредством смешения двух предварительно приготовленных водных растворов. Первый водный раствор состоит из смеси солей железа Fe2+ и Fe3+, второй водный раствор состоит из осадителя - гидроксид аммония, гидроксиды щелочноземельных металлов, и стабилизирующего вещества - поверхностно-активные вещества. Процесс смешивания ведут при непрерывном кавитационном воздействии ультразвукового диспергатора в течение тридцати минут, с получением золя смешанного оксида железа Fe3O4, подвергают обработке ионнообменными смолами без отключения кавитационного воздействия на массу, пока значение pH массы не достигнет нейтрального значения, с получением целевого продукта. Размер частиц катализатора находится в диапазоне от 50 и до 165 нм с объемной концентрацией на уровне не менее 90% от объема полученного целевого продукта. Также изобретение относится к катализатору, полученному описанным выше способом. Технический результат – расширение перечня катализаторов с оптимальным размером частиц для интенсификации добычи тяжелого углеродного сырья в условиях пласта высоковязких нефтей и природных битумов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 пр., 1 ил.
Description
Изобретение относится к группе изобретений, а именно - к способам получения наноразмерных катализаторов на основе смешанного оксида железа для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья и катализаторам, полученным заявленным способом, которые могут найти применение в различных отраслях науки и техники. В заявленном техническом решении металлические наноструктуры рассматриваются в качестве перспективного материала для создания новых типов катализаторов и могут быть использованы в горном деле для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья, в частности – для интенсификации добычи высоковязких нефтей и природных битумов.
На дату представления настоящей заявки заявителем проведен анализ известного уровня техники, выявлены способы получения катализаторов, которые могут быть использованы для интенсификации добычи высоковязких нефтей и природных битумов.
При этом следует отметить, что на дату предоставления настоящей заявки в мире в целом существует проблема, связанная с тем, что известные способы интенсификации добычи высоковязких нефтей и природных битумов достигли предела возможностей и перестают удовлетворять требованиям нефтедобычи, особенно добычи высоковязких нефтей и природных битумов. Указанные недостатки обусловлены тем, что на дату представления настоящей заявки существует актуальная проблема истощения запасов лёгкого углеводородного сырья (нефти) в силу того, что идёт интенсивный процесс её добычи, который приводит к истощению запасов углеводородного сырья, вследствие чего становится актуальной задача по освоению месторождений высоковязких нефтей и природных битумов.
Наиболее распространёнными способом интенсификации добычи высоковязких нефтей и природных битумов являются термические методы добычи, например, паротепловое воздействие. Однако площадь охвата обрабатываемого продуктивного пласта указанным методом является достаточно малой. При этом следует обратить внимание на то, что указанные технологии добычи высоковязких нефтей и природных битумов обеспечивают некоторое снижение вязкости лишь на этапе добычи нефти, которое является краткосрочным, обратимым и наблюдается только в период обработки перегретым паром и в достаточно широком для обеспечения повышения текучести нефти диапазоне температур от 50 до 300°С.
По мере снижения температуры, например, в устье добывающей скважины, температура добываемого сырья составляет около 50°С, а при транспортировке по трубопроводам температура снижается до температуры окружающей среды, при этом наблюдается весьма быстрое нарастание вязкости добываемой нефти по причине её остывании – вязкость возрастает от минимальной 10 сП при 250°С в пласте, до 300 сП при 50°С, например, в устье добывающей скважины и до, например, 3000 сП при 20°С при транспортировке по трубопроводам.
Кроме того, термический процесс воздействия пара на пласт в некоторой степени способствует образованию радикальных цепей молекул тяжелых компонентов высоковязких нефтей и природных битумов, которые практически сразу подвергаются процессу сшивания (рекомбинации), что в конечном счёте приводит к изменениям состава нефти и также в некоторой степени является причиной повышения вязкости при снижении температуры, что затрудняет дальнейший процесс транспортировки и переработки добытого тяжелого углеводородного сырья.
Указанная проблема обратимого повышения вязкости высоковязких нефтей и природных битумов в результате извлечения ее на поверхность после термического воздействия на пласт может быть разрешена, по мнению заявителя, посредством использования катализаторов, при этом в случае использования катализаторов нанометрового диапазона указанный процесс протекает наиболее интенсивно в силу как более высокой площади удельной поверхности указанных катализаторов, так и природных свойств указанных катализаторов.
Преимуществами таких наноразмерных катализаторов являются их малые размеры, которые обеспечивает возможность их проникновения глубоко в объем продуктивного пласта в узкие поры и каналы, что способствует интенсификации процессов деструкции высокомолекулярных компонентов высоковязких нефтей и природных битумов. Кроме того, указанные природные свойства катализаторов, наряду с их размерами, способствует химическому процессу выделению водорода, который в силу наличия в нём неспаренного электрона участвует в процессе гидрирования радикальных цепей молекул тяжелых компонентов высоковязких нефтей и природных битумов, разрушенных в результате термического воздействия, что препятствует протеканию нежелательного процесса сшивки, полимеризации и уплотнения, входящих в состав нефти соединений. В следствие выше указанного, обеспечивается необратимое снижение вязкости высоковязких нефтей и природных битумов, что, как следствие, приводит не только к облегчению добычи высоковязких нефтей и природных битумов, но и, как вследствие указанного, к облегчению дальнейшей транспортировки и также последующей переработки тяжелого углеводородного сырья в условиях промышленной переработки.
В качестве катализаторов для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья в заявленном техническом решении заявителем впервые предложено использовать оксиды металла переменной валентности, например, магнетит с размером частиц, удовлетворяющих нанометровому диапазону.
Известен способ [Ю.В.Карякин, И.И.Ангелов. Чистые химические вещества, 1974, с.100] получения магнетита Fe3O4 посредством смешивания растворов солей Fe2+и Fe3+. Известный способ относится к области получения собственно магнетита Fe3O4, а не к катализаторам для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья.
Сущностью является способ, включающий приготовление растворов с содержанием 0,044 моля в 500 мл воды кристаллогидратов сульфата железа (II) (FeSO4⋅7H2O) и (III) - Fe(SO4)3⋅9H2O, вливание этого раствора в 1 л кипящего 5% раствора KОН, быструю промывку осадка горячей водой декантацией, отсасывание и отжим осадка на воронке Бюхнера, последующую сушку осадка в атмосфере водорода над прокаленным CaCl2 или над конц. H2SO4 с получением целевого продукта магнетита Fe3O4.
По мнению заявителя, указанное вещество (магнетит с химической формулой Fe3O4) может быть использовано в качестве катализатора для интенсификации добычи высоковязких нефтей и природных битумов за счет его (магнетита) природной способности снижать энергию активации процессов разрыва С-С, С-S-C связей в молекулах высокомолекулярных компонентов высоковязких нефтей и природных битумов, что приводит к разрыву указанных связей. В результате образуются устойчивые соединения лёгких фракций нефти, что, в свою очередь, приводит в целом к необратимому снижению вязкости тяжелого углеводородного сырья, чем обуславливается общее повышение дебита скважины.
Недостатком известного способов является низкая удельная поверхность полученного магнетита, чем и объясняется его низкая эффективность при использовании по назначению в качестве катализаторов процессов деструкции высокомолекулярных компонентов высоковязких нефтей и природных битумов.
Из исследованного уровня техники заявителем выявлен способ [Martinez–Mera I., Espinoza–Pesqueira M.E., Perez–Hernandez R., Arenas– Alatorre J. Synthesis of magnetite (Fe3O4) nanoparticles without surfactants at room temperature // Mater. Lett. 2007. V. 61. № 23-24. P. 4447–4451] получения наночастиц оксида железа в форме магнетита коллоидным методом при комнатной температуре без использования поверхностно-активных веществ, заключающийся в формировании наночастиц путем гидролиза водных растворов FeCl3⋅6H2O и FeCl2⋅4H2O в присутствии щелочи в дионизированной дегазированной воде. Известный способ характеризуется тем, что при коротком времени гидролиза (2-10 минут) после добавления и изменения концентрации хлоридов железа в диапазоне от 0.0125 М до 1 М, получают магнетит сферической формы со средним размером наночастиц 4 - 43 нм.
Недостатками известного способа являются:
- большой разброс в кривой распределения наночастиц по размерам, а именно - частиц с размерами более 20 нм;
- содержание примеси гётита (FeO(OH)) - примерно около 30 %, который является балластным элементом, снижающим каталитическую активность катализатора;
- процесс ведут в токе инертного газа (например, азота), что приводит к удорожанию технологии и, как следствие, является препятствием для серийного производства катализаторов.
Из исследованного уровня техники заявителем выявлена группа изобретений [см. заявку US 20100224823, B82Y 30/00, 2010], состоящая из трёх изобретений - способа формирования суперпарамагнитных коллоидных нанокристаллических кластеров магнетита, способа формирования коллоидных фотонных кристаллов и способа формирования полимерной матрицы.
Сущностью первого изобретения - способа получения коллоидного магнетита нанокристаллической структуры с размерами наночастиц 30-300 нм, является проведение высокотемпературного восстановительного гидролиза соединений железа в среде гликолей в присутствии стабилизаторов (ПАВ и электролитов) и осадителя при температуре 100-320°С в среде азота.
Среди возможных исходных реагентов в данном изобретении в качестве растворителей представлены гликоли, в качестве стабилизаторов - полиакриловая кислота, полиметакриловая кислота, в качестве осадителей - гидроксиды, карбонаты, бикарбонаты, фосфаты, гидрофосфаты, дигидрофосфаты, в качестве исходных железосодержащих соединений в известном способе используется широкая группа солей железа, например, хлорид железа (II), хлорид железа (III), сульфата железа (II), сульфат железа (III), нитрат железа (II), нитрат железа (III), фторид железа (II), фторид железа (III), бромид железа (II), бромид железа (III), йодид железа (II), йодид железа (III), сульфид железа (II), сульфид железа (III), селенид железа (II), селенид железа (III), теллурид железа (II), теллурид железа (III), ацетат железа (II), ацетат железа (III), оксалат железа (II), оксалат железа (III), цитрат железа (II), цитрат железа (III), фосфат железа (II) и фосфат железа (III).
Недостатками известного способа являются необходимость проведения стадии нагрева раствора осадителя в диапазоне температур от 100 до 320°С в атмосфере азота и раствора соли железа и стабилизатора перед синтезом частиц, а также проведение синтеза путем введения осадителя в раствор соли железа и стабилизатора. Данные манипуляции повышают стоимость технологии и, как следствие, также не являются эффективными при серийном производстве катализатора, поскольку усложняют подготовку исходных реагентов и предполагают существенно большую трудоемкость при проведении серийного производства.
Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту РФ № 2610506 «Способ получения наночастиц магнетита (варианты)». Сущностью является способ получения наночастиц магнетита (варианты) со средним диаметром от 50 до 300 нм методом высокотемпературного восстановительного гидролиза соединений железа (III), растворимых в гликолях, осуществляемый в среде этиленгликоля в присутствии осадителя и стабилизатора, выбранного из группы полиэлектролитов, полимеров и поверхностно-активных веществ, отличающийся тем, что в качестве осадителя используют соли низших карбоновых кислот и щелочных металлов, в качестве стабилизатора используют вещества, выбранные из группы: додецилсульфат натрия, цетилтриметиламмоний бромид, полиэтиленгликоль, полиакриловая кислота, а в качестве исходного раствора используют смесь, содержащую воду в количестве 0,6-8,0 об.%, соль низшей карбоновой кислоты и щелочного металла в количестве, соответствующем мольному соотношению Fe3+/соль карбоновой кислоты, равному 1/3-1/15, и стабилизатор в количестве, соответствующем мольному соотношению стабилизатор/Fe3+, равному 1/5-1/10, и остальное этиленгликоль, а полученную реакционную смесь нагревают в атмосферной среде до 150-190°С и выдерживают при этом температурном режиме до полного осаждения магнетита.
Недостатком данного способа является проведение синтеза при повышенных температурах, необходимость проведения гидролиза в растворах гликолей, что приводит к удорожанию технологии и, как следствие, затруднению его использования при серийном производстве катализаторов, а также большой разброс в кривой распределения наночастиц по размерам полученных частиц, что негативно сказывается на эффективности катализатора при использовании по назначению, т.е. в качестве катализаторов процессов деструкции высокомолекулярных компонентов высоковязких нефтей и природных битумов.
Наиболее близким к заявленному техническому решению по наибольшему количеству совпадающих признаков, выбранному в качестве прототипа в отношении способа получения заявленного катализатора (Fe3O4), является способ получения катализатора и катализатор, с размером частиц 40-50 нм однореакторного синтеза 14-арил-14Н-дибензо [a, j] ксантенов и 1,8-диоксооктагидроксантенов. [Mohammad Ali Ghasemzadeh, Javad Safaei-Ghomi, Safura Zahedi. Fe3O4 nanoparticles: a highly efficient and easily reusable catalyst for the one-pot synthesis of xanthene derivatives under solvent-free conditions // J. Serb. Chem. Soc. V. 78 (6). 2013. Pp. 769–779].
Таким образом, известный катализатор предназначен исключительно для реализации однореакторного синтеза 14-арил-14Н-дибензо [a, j] ксантенов и 1,8-диоксооктагидроксантенов описанного выше способа (процесса), при этом из исследованного уровня техники заявителем не выявлены технические решения, которые предполагают возможность использования заявленного технического решения в качестве катализатора для интенсификации добычи в пласте высоковязких нефтей и природных битумов.
Сущностью известного технического решения (прототипа) является способ, в котором к 30 мл раствора FeCl2⋅4H2O (2,5 г) и FeCl3⋅6H2O(6 г) в деионизированной воде добавляют по каплям 1,0 мл концентрированную соляную кислоту при комнатной температуре; после чего приливают 300 мл NaOH с концентрацией 1,5 моль/л и далее раствор интенсивно перемешивают при 70°C до выпадения осадка, представляющего собой частицы Fe3O4, которые дополнительно отделяют от водной фазы магнитом, промывают деионизированной водой и затем сушат при 70°C в течение 8 часов.
Недостатками прототипа является:
- осуществление синтеза катализатора при повышенной температуре 70°C;
- необходимость применения магнитного отделения, последующей промывки и сушки, что приводит к удорожанию технологии;
- осуществление синтеза катализатора с использованием химически опасного вещества – концентрированной соляной кислоты, что значительно снижает экологическую безопасность при серийном производстве катализатора;
- описанный выше наноразмерный оксид железа (магнетит) использован в известном изобретении исключительно как катализатор синтеза 14-арил-14Н-дибензо [a, j] ксантенов и 1,8-диоксооктагидроксантенов, при этом синтез выполняется в одном реакторе, и заявителем из исследованного уровня техники не выявлены технические решения, которые предполагают возможность использования известного катализатора в качестве катализатора для интенсификации добычи в пласте высоковязких нефтей и природных битумов.
Заявленное техническое решение поясняется чертежом, на котором представлена Таблица с результатами апробации заявленного катализатора по приведенному ниже Примеру № 1.
Кроме этого, заявленное техническое решение поясняется тремя примерами практической реализации.
Целью и техническим результатом предлагаемого изобретения является:
- расширение перечня катализаторов для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья в условиях пласта;
- снижение его вязкости для интенсификации добычи, расширение области применения катализаторов;
- повышение рентабельности процесса добычи и транспортировки нефти в целом за счёт использования катализаторов наноразмерных катализаторов на основе смешанного оксида железа, закачиваемых в пласт с технологическими жидкостями в заявленной концентрации;
- осуществление синтеза катализатора при нормальных условиях, т.е. при температуре около 20-25°С и атмосферном давлении;
- осуществление синтеза катализатора с обеспечением норм экологической безопасности.
Сущностью является способ получения наноразмерного катализатора на основе смешанного оксида железа Fe3O4 для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья, который ведут при комнатной температуре и атмосферном давлении посредством смешения двух предварительно приготовленных водных растворов, при этом первый водный раствор состоит из смеси солей железа Fe2+ и Fe3+, второй водный раствор состоит из осадителя, в качестве последнего используют основные гидроксиды, например, гидроксид аммония, гидроксиды щелочноземельных металлов, и стабилизирующего вещества, в качестве которого используют поверхностно-активные вещества, при этом процесс смешивания ведут при непрерывном кавитационном воздействии посредством ультразвукового диспергатора в течение не более тридцати минут, с получением золя смешанного оксида железа Fe3O4, далее полученную реакционную массу подвергают обработке ионнообменными смолами без отключения кавитационного воздействия на массу, при этом ионообменные смолы добавляют в реакционную массу до тех пор, пока значение pH массы не достигнет нейтрального значения с получением целевого продукта. В качестве исходных соединений железа Fe2+ и Fe3+ используют, например хлорид железа (II), хлорид железа (III), сульфата железа (II), сульфат железа (III), нитрат железа (II), нитрат железа (III), цитрат железа (II), цитрат железа (III), фосфат железа (II) и фосфат железа (III). В качестве стабилизирующего поверхностно-активного вещества используют, например, полиакриловую кислоту, лаурилсульфат натрия, полиметакриловую кислоту. В качестве ионнообменных смол используют катиониты и аниониты, например, в качестве катионита используют Катионит КУ-2-8, в качестве анионита – Анионит АВ-17-8. Катализатор для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья, представляющий собой золь магнетита с химической формулой Fe3O4 с размерами частиц, находящимися в диапазоне от 50 и до 165 нм и их объемной концентрацией на уровне не менее 90% от объема полученного целевого продукта.
Для обеспечения возможности получения наноразмерного катализатора в заявленном способе используется кавитационное воздействие, создаваемое с использованием известного ультразвукового диспергатора.
Необходимость использования ультразвукового диспергатора продиктована тем, что в случае его (диспергатора) отсутствия указанные водные суспензии подвергаются обычной агрегации с размерами агрегатов в диапазоне от 150 до 450 и более нм, что не приемлемо для реализации заявленного технического решения, т.к. исключает возможность целенаправленного синтеза высокодисперсной фазы частиц катализатора в оптимальном диапазоне размеров частиц.
При этом следует акцентировать внимание на том, что дополнительная обработка катализатора ионообменными смолами, указанными в описанном выше способе получения, обеспечивают поглощение, соответственно, катионов и анионов непрореагировавших компонентов и веществ, образованных в результате синтеза побочных продуктов, примесей, отрицательно влияющих на седиментационную и агрегативную устойчивость частиц катализатора, которую необходимо сохранять на протяжении всего периода жизненного цикла катализатора от стадии синтеза, хранения, транспортировки и до стадии использования по назначению, что в совокупности обеспечивает каталитическую активность заявленного технического решения как таковую.
Таким образом, в заявленном техническом решении обеспечивается возможность получения конкретного катализатора, который является оптимальным для применения с наибольшей эффективностью (результативностью) при добыче тяжелого углеводородного сырья для конкретного месторождения с учётом природы углеводородов, породы пласта, т.к. в заявленном способе представляется возможность синтеза и использования полученного катализатора при различных размерах пор в пласте – поровом пространстве породы-коллектора, а также с учётом породы пласта.
Далее заявителем приведены описания трёх наиболее эффективных примеров конкретного выполнения заявленного технического решения - способов получения наноразмерного катализатора на основе смешанного оксида железа с использованием трех различных ПАВ, которые позволяют получить наноразмерные катализаторы с оптимальными размерами частиц, проявляющие наибольшую эффективность для реализации заявленного технического решения при использовании по назначению в реальных пластовых условиях.
Пример № 1. Реализация заявленного способа в условиях лаборатории с использованием в качестве ПАВ полиакриловой кислоты:
- Берут навеску FeSO4⋅7H2O в количестве 1,2 г и навеску FeCl3⋅6H2O 2,339 г, растворяют в 50 мл дистиллированной воды в отдельной стеклянной емкости, процесс ведут при комнатной температуре - например, 20-25°С, при постоянном перемешивании, например, на магнитной мешалке до полного растворения исходных компонентов.
- Берут другую стеклянную емкость, смешивают 0,5 г полиакриловой кислоты с 4,84 г NH4OH в 43,43 г дистиллированной воды, интенсивно перемешивают при комнатной температуре - например, 20-25°С на магнитной мешалке до полного растворения исходных компонентов.
- Полученные водные растворы подвергают интенсивному перемешиванию при комнатной температуре - например, 20-25°С, в условиях непрерывного кавитационного воздействия при ультразвуковой обработке в течение до 30 мин в зависимости от объёма реакционной смеси и мощности ультразвукового воздействия.
Необходимость использования ультразвукового диспергатора в заявленном техническом решении продиктована тем, что в случае отсутствия кавитационного воздействия указанные водные растворы подвергаются обычной агрегации с размерами агрегатов в диапазоне от 150 до 450 и более нм, что не приемлемо для реализации заявленного технического решения, т.к. исключается возможность целенаправленного синтеза высокодисперсной фазы частиц катализатора в оптимальном диапазоне размеров частиц (от 50 и до 150 нм).
В качестве источника ультразвука используют лабораторный ультразвуковой диспергатор UP 200 Ht, максимальная частота 26 кГц, мощность 200 Вт. При этом ультразвуковая обработка обеспечивает возможность исключения самопроизвольного процесса агрегации и седиментации синтезируемого в результате протекания химической реакции золя магнетита с химической формулой Fe3O4 и способствует образованию частиц катализатора с размерами, находящимися в диапазоне от 50 и до 150 нм и их концентрацией на уровне не менее 90% от общего полученного золя, что является достаточным для синтезирования оптимально необходимого гранулометрического состава катализатора для реализации поставленных целей.
При этом следует акцентировать внимание на том, что дальнейшее повышение содержания выше 90% высокодисперсной фазы частиц катализатора в общем объеме полученного золя магнетита также является возможным, однако не является целесообразным в силу того, что указанный диапазон размера частиц (от 50 и до 150 нм) является оптимальным для достижения заявленных целей и не требует неоправданных энергозатрат на более интенсивную и продолжительную ультразвуковую обработку.
- Далее после выполнения интенсивного перемешивания содержимое сосуда с образовавшимся золем Fe3O4 обрабатывают ионообменными смолами, а именно - катионитом и анионитом. В качестве катионита применяют Катионит КУ-2-8, а в качестве анионита – Анионит АВ-17-8.
Готовый катализатор представляет собой золь Fe3O4 от темно-коричневого до черного цвета со средним размером частиц 50-150 нм и их концентрацией на уровне не менее 90 % масс. от общего полученного золя, что является достаточным для реализации поставленных целей и заявленного технического результата, так как в синтезированном катализаторе количество примесей и иных балластных веществ не превышает 10 % масс.
Пример № 2. Реализация заявленного способа в условиях лаборатории с использованием в качестве ПАВ лаурилсульфата натрия:
- Берут навеску FeSO4⋅7H2O в количестве 1,2 г и навеску FeCl3⋅6H2O 2,339 г, растворяют в 50 мл дистиллированной воды в отдельной стеклянной емкости, процесс ведут при комнатной температуре - например, 20-25°С, при постоянном перемешивании, например, на магнитной мешалке до полного растворения исходных компонентов.
- Берут другую стеклянную емкость смешивают 0,55 г лаурилсульфата натрия с 4,84 г NH4OH в 43,43 г дистиллированной воды, интенсивно перемешивают при комнатной температуре - например, 20-25°С, на магнитной мешалке до полного растворения исходных компонентов.
- Полученные водные растворы подвергают интенсивному перемешиванию при комнатной температуре - например, 20-25°С, в условиях непрерывного кавитационного воздействия при ультразвуковой обработке в течение до 30 мин в зависимости от объёма реакционной смеси и мощности ультразвукового воздействия.
Необходимость использования ультразвукового диспергатора продиктована тем, что в случае его отсутствия указанные водные растворы подвергаются обычной агрегации с размерами агрегатов в диапазоне от 150 до 450 и более нм, что не приемлемо для реализации заявленного технического решения, т.к. исключает возможность целенаправленного синтеза высокодисперсной фазы частиц катализатора в оптимальном диапазоне размеров частиц (от 75 и до 165 нм).
В качестве источника ультразвука используют лабораторный ультразвуковой диспергатор UP 200 Ht, максимальная частота 26 кГц, мощность 200 Вт. При этом ультразвуковая обработка обеспечивает возможность исключения самопроизвольного процесса агрегации и седиментации синтезируемого в результате протекания химической реакции золя магнетита с химической формулой Fe3O4 и способствует образованию частиц катализатора с размерами, находящимися в диапазоне от 75 до 165 нм и их концентрацией на уровне не менее 90% от общего полученного золя, что является достаточным для синтезирования оптимально необходимого гранулометрического состава катализатора для реализации поставленных целей.
Готовый катализатор представляет собой золь Fe3O4 от темно-коричневого до черного цвета со средним размером частиц 75-165 нм.
Пример 3. Реализация заявленного способа в условиях лаборатории с использованием в качестве ПАВ полиметакриловой кислоты:
- Берут навеску FeSO4⋅7H2O в количестве 1,2 г и навеску FeCl3⋅6H2O 2,339 г, растворяют в 50 мл дистиллированной воды в отдельной стеклянной емкости, процесс ведут при комнатной температуре - например, 20-25°С, при постоянном перемешивании, например, на магнитной мешалке до полного растворения исходных компонентов.
- Берут другую стеклянную емкость смешивают 0,45 г полииметакриловой кислоты с 4,84 г NH4OH в 43,43 г дистиллированной воды, интенсивно перемешивают при комнатной температуре - например, 20-25°С, на магнитной мешалке до полного растворения исходных компонентов.
- Полученные водные растворы подвергают интенсивному перемешиванию при комнатной температуре - например, 20-25°С, в условиях непрерывного кавитационного воздействия при ультразвуковой обработке в течение до 30 мин в зависимости от объёма реакционной смеси и мощности ультразвукового воздействия.
Необходимость использования ультразвукового диспергатора продиктована тем, что в случае его отсутствия указанные водные растворы подвергаются обычной агрегации с размерами агрегатов в диапазоне от 150 до 450 и более нм, что не приемлемо для реализации заявленного технического решения, т.к. исключает возможность целенаправленного синтеза высокодисперсной фазы частиц катализатора в оптимальном диапазоне размеров частиц (от 60 и до 155 нм).
В качестве источника ультразвука используют лабораторный ультразвуковой диспергатор UP 200 Ht, максимальная частота 26 кГц, мощность 200 Вт. При этом ультразвуковая обработка обеспечивает возможность исключения самопроизвольного процесса агрегации и седиментации синтезируемого в результате протекания химической реакции золя магнетита с химической формулой Fe3O4 и способствует образованию частиц катализатора с размерами, находящимися в диапазоне от 60 до 155 нм и их концентрацией на уровне не менее 90% от общего полученного золя, что является достаточным для синтезирования оптимально необходимого гранулометрического состава катализатора для реализации поставленных целей.
Готовый катализатор представляет собой золь Fe3O4 от темно-коричневого до черного цвета со средним размером частиц 60-155 нм.
Принимая во внимание приведенные выше примеры получения заявленного катализатора, следует обратить внимание на то, что синтезированные катализаторы, не отличаясь друг от друга по химической природе, незначительно отличаются по гранулометрическому составу, т.к. используемые в Примерах 1-3 ПАВы характеризуются различной поверхностной активностью, что является дополнительным преимуществом, т.к. представляется возможность использовать полученные катализаторы при различных размерах пор в пласте – поровом пространстве породы-коллектора, а также с учётом породы пласта.
Эффективность при использовании по назначению заявленного технического решения была апробирована на образцах нефти Ашальчинского месторождения Республики Татарстан, взятой из установки подготовки нефти (далее УПН), в условиях, имитирующих производственный процесс нефтедобычи высоковязких нефтей и природных битумов с применением паротепловой обработки продуктивного пласта, содержащего флюид в виде водо-нефтяной эмульсии (далее по тексту – нефти). В исследуемую нефть вводят катализатор (в виде коллоидного раствора в воде) из расчета 0,1-1,0% масс. на нефть при температуре применяемого в промысловых условиях паротеплового воздействия – то есть в интервале температур от 180 до +300°С.
При этом в проведенных опытах при концентрации катализатора (в виде коллоидного раствора в воде) 0,27% масс. на нефть (см. Таблицу к Примеру № 1 - показатели эффективности применения катализатора по сравнению с исходной нефтью) после 6-часовой обработки нефти при температуре +250°С и давлении 3,0 МПа использованием реактора высокого давления Parr Instrument (г. Молин, Иллинойс, США):
- доля высокомолекулярных асфальтенов снизилась на 11% от исходного содержания;
- доля смол снизилась на 10%;
- доля легких углеводородов увеличилась на 20% от исходного содержания их в нефти;
- вязкость снизилась до 60%.
Таким образом, воздействие заявленного катализатора на высоковязкие нефти и природные битумы привела к существенному изменению физико-химических свойств нефти, а именно – снижению доли тяжелых фракций и увеличению доли легких фракций, снижению вязкости и, как следствие, к повышению нефтеотдачи продуктивного пласта, снижению энергозатрат на транспортировку и, в целом, к снижению капитальных затрат на промышленную переработку высоковязких нефтей и природных битумов.
Заявленное техническое решение удовлетворяет критерию «новизна», предъявляемому к изобретениям, так как из исследованного заявителем уровня техники не выявлено техническое решение, которому присущи признаки идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в независимых пунктах формулы заявленного технического решения.
Заявленное техническое решение удовлетворяет критерию «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного технического решения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.
При этом заявленное техническое решение, по мнению заявителя, не является очевидным для специалиста вследствие того, что оно обеспечивает получение неочевидных для специалиста технических результатов, а именно - заявленное техническое решение, используя достаточно недорогие исходные компоненты для синтеза катализатора, применяя его в минимальных концентрациях, позволило:
- повысить эффективность нефтедобычи в целом за счёт снижения доли высокомолекулярных асфальтенов на 11% по сравнению с их содержанием в исходной нефти (см. Таблицу, Пример № 1);
- снизить долю смол на 10% по сравнению с их содержанием в исходной нефти (см. Таблицу, Пример № 1);
- увеличить долю легких углеводородов до 20% от исходного содержания их в исходной нефти (см. Таблицу, Пример № 1);
- достигнуть снижения вязкости высоковязких нефтей и природных битумов до 60% по сравнению с их содержанием в исходной нефти (см. Таблицу, Пример № 1).
Таким образом, заявленное техническое решение обеспечило практическую реализацию всех целей и заявленного технического результата. Эксперименты по Примерам № 2 и № 3 находятся на завершающей стадии в соответствии с календарным планом соответствующей НИОКР и результаты будут получены в ближайшее время.
Заявленное техническое решение удовлетворяет критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям, т.к. апробировано в условиях университетской лаборатории КФУ при испытаниях добытых высоковязких нефтей Ашальчинского месторождения Республики Татарстан из УПН в условиях, моделирующих пластовые условия. Процесс облагораживания происходит во внутрипластовом пространстве посредством использования заявленного катализатора, синтезируемого из недорогих общедоступных сырьевых материалов с использованием стандартных технических устройств и оборудования.
Claims (5)
1. Способ получения наноразмерного катализатора на основе смешанного оксида железа Fe3O4 для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья, который ведут при комнатной температуре и атмосферном давлении посредством смешения двух предварительно приготовленных водных растворов, при этом первый водный раствор состоит из смеси солей железа Fe2+ и Fe3+, второй водный раствор состоит из осадителя, в качестве последнего используют основные гидроксиды, например гидроксид аммония, гидроксиды щелочноземельных металлов, и стабилизирующего вещества, в качестве которого используют поверхностно-активные вещества, при этом процесс смешивания ведут при непрерывном кавитационном воздействии посредством ультразвукового диспергатора в течение не более тридцати минут, с получением золя смешанного оксида железа Fe3O4, далее полученную реакционную массу подвергают обработке ионнообменными смолами без отключения кавитационного воздействия на массу, при этом ионообменные смолы добавляют в реакционную массу до тех пор, пока значение pH массы не достигнет нейтрального значения, с получением целевого продукта.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве исходных соединений железа Fe2+ и Fe3+ используют, например, хлорид железа (II), хлорид железа (III), сульфата железа (II), сульфат железа (III), нитрат железа (II), нитрат железа (III), цитрат железа (II), цитрат железа (III), фосфат железа (II) и фосфат железа (III).
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве стабилизирующего поверхностно-активного вещества используют, например, полиакриловую кислоту, лаурилсульфат натрия, полиметакриловую кислоту.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ионнообменных смол используют катиониты и аниониты, например в качестве катионита используют Катионит КУ-2-8, в качестве анионита – Анионит АВ-17-8.
5. Катализатор на основе смешанного оксида железа Fe3O4 для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья, полученный по п. 1, представляющий собой золь магнетита с химической формулой Fe3O4 с размерами частиц, находящимися в диапазоне от 50 и до 165 нм и их объемной концентрацией на уровне не менее 90% от объема полученного целевого продукта.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018108569A RU2655391C1 (ru) | 2018-03-12 | 2018-03-12 | Способ получения наноразмерного катализатора на основе смешанного оксида железа для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья и катализатор, полученный этим способом |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018108569A RU2655391C1 (ru) | 2018-03-12 | 2018-03-12 | Способ получения наноразмерного катализатора на основе смешанного оксида железа для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья и катализатор, полученный этим способом |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2655391C1 true RU2655391C1 (ru) | 2018-05-28 |
Family
ID=62559862
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018108569A RU2655391C1 (ru) | 2018-03-12 | 2018-03-12 | Способ получения наноразмерного катализатора на основе смешанного оксида железа для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья и катализатор, полученный этим способом |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2655391C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2695353C1 (ru) * | 2019-04-11 | 2019-07-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Композиция для подземного облагораживания тяжелой нефти и интенсификации нефтеотдачи при закачке пара |
RU2725624C1 (ru) * | 2019-07-11 | 2020-07-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Российская инновационная топливно-энергетическая компания" (ООО "РИТЭК") | Композиция реагентов для химической конверсии тяжелой нефти при закачке пара |
RU2728002C1 (ru) * | 2019-11-29 | 2020-07-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Способ разработки залежи высоковязкой нефти и природного битума |
RU2762433C1 (ru) * | 2021-06-16 | 2021-12-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Способ получения микросфер оксида железа Fe3O4 |
RU2773594C1 (ru) * | 2021-06-16 | 2022-06-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Российская инновационная топливно-энергетическая компания" (ООО "РИТЭК") | Способ разработки залежи высоковязкой нефти и природного битума |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU861322A1 (ru) * | 1978-11-10 | 1981-09-07 | За витель Н.И.Плотников и А.«).Климов | Способ получени магнитной окиси железа |
SU897897A1 (ru) * | 1979-10-16 | 1982-01-15 | Новочеркасский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им. С. Орджоникидзе | Способ получени порошка магнетита |
CN101875508A (zh) * | 2010-05-31 | 2010-11-03 | 沈阳药科大学 | 一种Fe3O4纳米磁粉淋巴示踪剂的制备方法及其应用 |
RU2422932C1 (ru) * | 2010-05-12 | 2011-06-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа"(ОАО "НИПИгазпереработка") | Способ получения магнитной жидкости |
RU2442648C1 (ru) * | 2010-08-04 | 2012-02-20 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН (ИХХТ СО РАН) | Железооксидный катализатор для термолиза тяжелого углеводородного сырья |
RU2524609C1 (ru) * | 2013-03-14 | 2014-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Способ получения магнетита |
JP2017122035A (ja) * | 2016-01-08 | 2017-07-13 | 三井金属鉱業株式会社 | 被覆マグネタイト粒子 |
-
2018
- 2018-03-12 RU RU2018108569A patent/RU2655391C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU861322A1 (ru) * | 1978-11-10 | 1981-09-07 | За витель Н.И.Плотников и А.«).Климов | Способ получени магнитной окиси железа |
SU897897A1 (ru) * | 1979-10-16 | 1982-01-15 | Новочеркасский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им. С. Орджоникидзе | Способ получени порошка магнетита |
RU2422932C1 (ru) * | 2010-05-12 | 2011-06-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа"(ОАО "НИПИгазпереработка") | Способ получения магнитной жидкости |
CN101875508A (zh) * | 2010-05-31 | 2010-11-03 | 沈阳药科大学 | 一种Fe3O4纳米磁粉淋巴示踪剂的制备方法及其应用 |
RU2442648C1 (ru) * | 2010-08-04 | 2012-02-20 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН (ИХХТ СО РАН) | Железооксидный катализатор для термолиза тяжелого углеводородного сырья |
RU2524609C1 (ru) * | 2013-03-14 | 2014-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Способ получения магнетита |
JP2017122035A (ja) * | 2016-01-08 | 2017-07-13 | 三井金属鉱業株式会社 | 被覆マグネタイト粒子 |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2695353C1 (ru) * | 2019-04-11 | 2019-07-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Композиция для подземного облагораживания тяжелой нефти и интенсификации нефтеотдачи при закачке пара |
RU2725624C1 (ru) * | 2019-07-11 | 2020-07-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Российская инновационная топливно-энергетическая компания" (ООО "РИТЭК") | Композиция реагентов для химической конверсии тяжелой нефти при закачке пара |
RU2728002C1 (ru) * | 2019-11-29 | 2020-07-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Способ разработки залежи высоковязкой нефти и природного битума |
RU2762433C1 (ru) * | 2021-06-16 | 2021-12-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Способ получения микросфер оксида железа Fe3O4 |
RU2773594C1 (ru) * | 2021-06-16 | 2022-06-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Российская инновационная топливно-энергетическая компания" (ООО "РИТЭК") | Способ разработки залежи высоковязкой нефти и природного битума |
RU2780172C1 (ru) * | 2021-06-16 | 2022-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Российская инновационная топливно-энергетическая компания" (ООО "РИТЭК") | Способ разработки залежей высоковязкой нефти и природного битума |
RU2809872C1 (ru) * | 2022-12-18 | 2023-12-19 | Елена Васильевна Иканина | Способ получения наночастиц гидроксида железа |
RU2800376C1 (ru) * | 2022-12-27 | 2023-07-20 | Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина | Композиция реагентов для химической конверсии битуминозной нефти при закачке пара |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2655391C1 (ru) | Способ получения наноразмерного катализатора на основе смешанного оксида железа для интенсификации добычи тяжелого углеводородного сырья и катализатор, полученный этим способом | |
Bagaria et al. | Stabilization of iron oxide nanoparticles in high sodium and calcium brine at high temperatures with adsorbed sulfonated copolymers | |
Chen et al. | Multimorphology mesoporous silica nanoparticles for dye adsorption and multicolor luminescence applications | |
Raghav Chaturvedi et al. | Stable silica nanofluids of an oilfield polymer for enhanced CO2 absorption for oilfield applications | |
Cao et al. | Application of amino-functionalized nanosilica in improving the thermal stability of acrylamide-based polymer for enhanced oil recovery | |
Sagala et al. | Nanopyroxene-based nanofluids for enhanced oil recovery in sandstone cores at reservoir temperature | |
Okoli et al. | Comparison and functionalization study of microemulsion-prepared magnetic iron oxide nanoparticles | |
Bhanvase et al. | Synthesis of exfoliated poly (styrene-co-methyl methacrylate)/montmorillonite nanocomposite using ultrasound assisted in situ emulsion copolymerization | |
Zhang et al. | Clay minerals in drilling fluids: functions and challenges | |
Hirai et al. | Biomimetic synthesis of calcium carbonate particles in a pseudovesicular double emulsion | |
Tang et al. | Preparation of nano-sized magnetic particles from spent pickling liquors by ultrasonic-assisted chemical co-precipitation | |
Li et al. | Performance of ASP compound systems and effects on flooding efficiency | |
EP3036304A1 (en) | Aqueous downhole fluids having charged nano-particles and polymers | |
Taniguchi et al. | Synthesis of amphipathic YVO4: Eu3+ nanophosphors by oleate-modified nucleation/hydrothermal-growth process | |
Ma et al. | The microwave‐assisted ionic‐liquid method: a promising methodology in nanomaterials | |
Khalil et al. | Surface-functionalized superparamagnetic nanoparticles (SPNs) for enhanced oil recovery: Effects of surface modifiers and their architectures | |
Vasantha et al. | Unique oil-in-brine Pickering emulsion using responsive antipolyelectrolyte functionalized latex: A versatile emulsion stabilizer | |
Khalil et al. | Thermosensitive core–shell Fe3O4@ poly (N-isopropylacrylamide) nanogels for enhanced oil recovery | |
Wang et al. | Zr-induced thermostable polymeric nanospheres with double-cross-linked architectures for oil recovery | |
Mao et al. | Nanomaterials and technology applications for hydraulic fracturing of unconventional oil and gas reservoirs: A state-of-the-art review of recent advances and perspectives | |
Nie et al. | Stability dynamic characteristic of oil-in-water emulsion from alkali–surfactant–polymer flooding | |
Tan et al. | Unique dual functions for carbon dots in emulsion preparations: costabilization and fluorescence probing | |
Le et al. | One-step synthesis of super-absorbent nanocomposite hydrogel based on bentonite | |
Malika et al. | Synthesis of magnetite nanoparticle from potato peel extract: its nanofluid applications and life cycle analysis | |
Wang et al. | Surface charge regulation of MIL-100 (Fe) by anion exchange for demulsifying the cationic surfactant-stabilized O/W emulsion |