catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2017-6-436-441catal-470Research ArticleКАТАЛИЗ И НАНОТЕХНОЛОГИИCATALYSIS AND NANOTECHNOLOGYКаталитические окислительно-восстановительные превращения в матрицах горных породCatalytic Redox Transformations in Rock MatricesДобрынкинН. М.DobrynkinN. M.ctls@kalvis.ruБатыгинаМ. В.BatyginaM. V.ctls@kalvis.ruНосковА. С.NoskovA. S.ctls@kalvis.ruИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis, NovosibirskRussian Federation201707122017176436441Copyright © LLC "KALVIS", 20172017LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/470

В статье приведены результаты исследования свойств каталитических систем на основе оксида железа и неорганических матриц нефтеносных пород (базальт, глина, песчаник) в отношении реакций разложения нитрата аммония, окисления метана и гидрокрекинга асфальтенов. Каталитические системы представляют собой оксид железа (гематит с размером частиц D = 11,0÷20 нм, образцы приготовлены при 453–473 К), закрепленный на матрицах при совместном гидролизе карбамида и хлорида железа в гидротермальных условиях при Т = 433÷473 К и давлениях 0,6–1,6 МПа. Наибольшую активность в реакции глубокого окисления метана проявляют образцы железооксидных катализаторов на основе базальта и глины (при 773 К XCH4 = 83 % и 72,9 % соответственно), тогда как в реакции разложения нитрата аммония наиболее активны системы Fe2O3 / базальт и Fe2O3 / песчаник. В реакции гидрокрекинга асфальтенов в мальтены активность каталитических систем уменьшается в ряду Fe2O3 / базальт > Fe2O3 / глина > Fe2O3 / песчаник, при этом наиболее селективными оказались железооксидные катализаторы на основе глины. Полученные экспериментальные данные подтверждают целесообразность применения природных материалов – нефтеносных пород (песчаники, глины, базальты) при создании каталитических систем для осуществления реакций в нефтяных пластах и возможности их использования для разработки передовых технологий повышения нефтеотдачи.

Properties of catalytic systems based on iron oxide and inorganic matrices of oil-bearing rocks (basalt, clay, sandstone) were studied regarding the decomposition of ammonium nitrate, methane oxidation, hydrocracking of asphaltenes. The catalytic systems were iron oxide (hematite with particles of D = 11.0÷20 nm in size, preparation temperature 453–473 K) supported on the matrices through co-hydrolysis of carbamide and iron chloride under hydrothermal conditions at 433–473 K and 0.6–1.6 MPa. Iron oxide catalysts based on basalt and clay were most active to deep oxidation of methane (XCH4 = 83 % and 72.9 % at 773 K, respectively), and Fe2O3 / basalt and Fe2O3 / sandstone systems most active to decomposition of ammonium nitrate. In hydrocracking of asphaltenes to maltene, the catalyst activity decreased in the series: Fe2O3 / basalt > Fe2O3 /clay > Fe2O3 / sandstone, the iron oxide supported on clay being the most selective catalysts. The obtained experimental data indicated practicability of natural materials such as oil-bearing rocks (basalt, clay, sandstone) for the development of catalytic systems to be used in situ in oil reservoirs and advanced technologies for improving the oil recovery.

матрицы горных породинтенсификация нефтедобычивысоковязкая нефтьасфальтеныразложение нитрата аммониякаталитические процессы in siturock matricesoil production stimulationhigh-viscosity oilasphalteneshydrocrackingdecomposition of ammonium nitratecatalytic processes in situReferencesAlmao P.P. // The Canadian J. Chem. Eng. 2012. V. 90. P. 320—329. DOI: 10.1002/cjce.21646Almao P.P. // The Canadian J. Chem. Eng. 2012. V. 90. P. 320—329. DOI: 10.1002/cjce.21646Hamedi S.Y., Babadagli T. // SPE Reservoir Evaluation and Engineering. 2013. V. 16. N. 3. P. 333-344. https://doi.org/10.2118/146661-PAHamedi S.Y., Babadagli T. // SPE Reservoir Evaluation and Engineering. 2013. V. 16. N. 3. P. 333-344. https://doi.org/10.2118/146661-PAPeng B., Zhang L., Luo J., Wang P., Ding B., Zengc M.,Cheng Z. // RSC Adv. 2017. Is. 7. P. 32246-32254. DOI: 10.1039/ C7RA05592G.Peng B., Zhang L., Luo J., Wang P., Ding B., Zengc M.,Cheng Z. // RSC Adv. 2017. Is. 7. P. 32246-32254. DOI: 10.1039/ C7RA05592G.Muggeridge A., Cockin A., Webb K., Frampton H., Collins I., Moulds T., Salino P. // Phil. Trans. R. Soc. 2013 A 372: 20120320. URL: http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2012.0320 (дата обращения 10.10.2017).Muggeridge A., Cockin A., Webb K., Frampton H., Collins I., Moulds T., Salino P. // Phil. Trans. R. Soc. 2013 A 372: 20120320. URL: http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2012.0320 (дата обращения 10.10.2017).Dobrynkin N.M., Batygina M.V., Noskov A.S. // Journal of Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems. 2017. V. 5. N 3. P. 408-416. DOI: 10.13044/j.sdewes. d5.0151Dobrynkin N.M., Batygina M.V., Noskov A.S. // Journal of Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems. 2017. V. 5. N 3. P. 408-416. DOI: 10.13044/j.sdewes. d5.0151Brown P.L., Ekberg C. Hydrolysis of Metal Ions // Weinheim.: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 2016. P.952.Brown P.L., Ekberg C. Hydrolysis of Metal Ions // Weinheim.: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 2016. P.952.Štajdohar J., Ristić M., Music S. // Journal of Molecular Structure. 2013. V.1044. N 24. P. 290-298. DOI: 10.1016/j. jallcom.2012.04.011.Štajdohar J., Ristić M., Music S. // Journal of Molecular Structure. 2013. V.1044. N 24. P. 290-298. DOI: 10.1016/j. jallcom.2012.04.011.Zhu M., Wang Y., Meng D., Qin X., Diao G. // J.Phys.Chem.C. 2012. V. 116. N 30. P.16276-16285. DOI: 10.1021/jp304410m.Zhu M., Wang Y., Meng D., Qin X., Diao G. // J.Phys.Chem.C. 2012. V. 116. N 30. P.16276-16285. DOI: 10.1021/jp304410m.Tadic M., Čitakovic N., Panjan M., Stojanovic Z., Markovic D., Spasojevic V. // J. Alloys Compd. 2011. V. 509. N. 28. P. 7639-7644. DOI: 10.1088/2053-1591/1/4/046104.Tadic M., Čitakovic N., Panjan M., Stojanovic Z., Markovic D., Spasojevic V. // J. Alloys Compd. 2011. V. 509. N. 28. P. 7639-7644. DOI: 10.1088/2053-1591/1/4/046104.Kandori K., Ishikawa T. // Colloid Polym. Sci. 2004. V. 282.N.10. P. 1118—1125. DOI: 10.1016/j.jcis.2003.08.075.Kandori K., Ishikawa T. // Colloid Polym. Sci. 2004. V. 282.N.10. P. 1118—1125. DOI: 10.1016/j.jcis.2003.08.075.Воскресенский П.И. Техника лабораторных работ // М.: Химия, 1973. C. 717.Воскресенский П.И. Техника лабораторных работ // М.: Химия, 1973. C. 717.Snyder R.L., Fiala J., Bunge H.J. Defect and Microstructure Analysis by Diffraction // New York: International Union of Crystallography, Oxford University Press. 1999. P. 808.Snyder R.L., Fiala J., Bunge H.J. Defect and Microstructure Analysis by Diffraction // New York: International Union of Crystallography, Oxford University Press. 1999. P. 808.Savara A., Li M.-J., Sachtler W.M.H., Weitz E. // Appl. Catal. B. 2008. V. 81. P. 251-257. DOI: 10.1016/j.apcatb.2007.12.008.Savara A., Li M.-J., Sachtler W.M.H., Weitz E. // Appl. Catal. B. 2008. V. 81. P. 251-257. DOI: 10.1016/j.apcatb.2007.12.008.Vandegrift G.F. // Technical Report ANL-00/25. 2000. URL: http://www.ipd.anl.gov/anlpubs/2000/12/38162.pdf (дата обращения 11.10.2017).Vandegrift G.F. // Technical Report ANL-00/25. 2000. URL: http://www.ipd.anl.gov/anlpubs/2000/12/38162.pdf (дата обращения 11.10.2017).Мороз Н.А., Кобзев А.В., Лобойко А.Я., Багдасарян В.С.,Ворожбиян М.И. // Интегрированные технологии и энергосбережение. 2004. № 1. С. 82. URL: http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/2231/1/ITE_2004_1_Kobzev_Izucheniye%20protsessa.pdf (дата обращения10.11.2017).Мороз Н.А., Кобзев А.В., Лобойко А.Я., Багдасарян В.С.,Ворожбиян М.И. // Интегрированные технологии и энергосбережение. 2004. № 1. С. 82. URL: http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/2231/1/ITE_2004_1_Kobzev_Izucheniye%20protsessa.pdf (дата обращения10.11.2017).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.