Российские химики совместно с коллегами из Йемена и Мексики совершили прорыв, который может кардинально изменить подход к добыче трудноизвлекаемых углеводородов. Ученые Казанского федерального университета (КФУ) создали катализатор на основе соединений никеля, позволяющий удалять до 97% серы из тяжелой нефти и преобразовывать ее в аналог легких сортов — и все это прямо внутри нефтеносного пласта. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в научном журнале Fuel.
Почему это важно
Запасы традиционной легкой нефти на планете стремительно истощаются. Все больше внимания нефтяники вынуждены уделять тяжелым и сверхвязким видам сырья. Однако такая нефть отличается высокой вязкостью и содержит огромное количество примесей, в первую очередь — серы, что делает ее добычу сложной и дорогостоящей, а переработку — энергозатратной.
Обычно для облегчения добычи в пласт закачивают горячий пар, который снижает вязкость. При добавлении катализаторов запускаются химические реакции, разрушающие сложные молекулы. Ранее было известно, что никель может способствовать удалению серы, но детали процесса оставались не до конца изученными. Теперь этот пробел восполнен.
Как работает катализатор
Созданный учеными катализатор состоит из оксида никеля и стеариновой кислоты — соединения, хорошо растворимого в нефти. При нагреве сырья до 300°C и давлении, вдвое превышающем атмосферное, он запускает цепь реакций: расщепляет воду, входящую в состав пласта, полученный водород связывается с серой, и она покидает нефть в виде летучих газообразных соединений.
Для отслеживания ключевых химических стадий процесса исследователи использовали не серосодержащий компонент тяжелой нефти, а модельное соединение — дибензилсульфид. Это позволило точно воспроизвести поведение реальных примесей. Эксперименты подтвердили: без катализатора удалялось лишь около 20% серы, тогда как с никелевым катализатором эффективность очистки достигала 97%.
Руководитель проекта Михаил Варфоломеев пояснил, что разработанная математическая модель не только доказала эффективность использования соединений никеля, но и объяснила механизм их действия. По его словам, это позволит усовершенствовать технологии добычи и обработки тяжелой нефти, уменьшив трудозатраты и снизив стоимость процесса.
Почему это революция
Главное преимущество новой технологии — возможность проводить реакции прямо внутри нефтеносных пластов. Это означает, что тяжелую нефть можно превращать в легкую прямо на месторождении, минуя строительство сложных и дорогостоящих нефтеперерабатывающих заводов.
Более того, разработка КФУ тесно связана с другим перспективным направлением — использованием водорастворимых катализаторов на основе сульфата никеля. Такие катализаторы закачиваются в скважину вместе с паром и остаются в пористой среде пласта, не вымываясь добываемой нефтью. По данным ученых, около 99% никельсодержащего прекурсора остается в породе, что позволяет использовать его многократно. Этот инновационный подход не только увеличивает нефтеотдачу, но и необратимо снижает вязкость извлеченной нефти, позволяя начинать ее переработку прямо в пласте.
Использование таких катализаторов повышает извлечение сверхвязких нефтей более чем на 36%.
В дальнейшем ученые планируют изучить другие металлы, которые смогут не только улучшать добычу, но и способствовать частичной переработке нефти непосредственно в пласте.
Ранее сообщалось, что нефть Brent подорожала до 111 долларов из-за угроз Трампа ударить по Ирану.
Автор: Адам Магомедов