Катализатор и способ его применения


 


Владельцы патента RU 2608192:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУВПО КФУ) (RU)

Предлагаемое изобретение относится к области технологических процессов и может быть использовано в горном деле для интенсификации добычи тяжелых высоковязких нефтей, а также в химической, лакокрасочной, текстильной промышленности. Цели достигают тем, что создают растворимый в полярных и неполярных жидкостях катализатор проведением реакции взаимодействия при нагревании лигандообразующего компонента и каталитической основы - оксида металла группы железа, в температурном диапазоне от плюс 50° до +200°C. В качестве лигандообразующего компонента используют алкилбензолсульфокислоту, в качестве оксида металла - оксид железа (III)-Fe2O3, двойной оксид железа FeO⋅Fe2O3, а также иные металлы группы железа, а именно - кобальт Co и никель Ni. Катализатор применяют путем растворения его в рабочей жидкости, которую вводят в пласт, исходя из расчета массового расхода катализатора в рабочей жидкости в диапазоне от 1⋅10-3 до 2⋅10° % от ожидаемого количества добываемой нефти конкретного месторождения с учетом физико-химической природы флюидов и породы пласта. Воздействие заявляемого катализатора на нефть приводит к снижению доли тяжелых фракций и увеличению доли легких фракций, существенному снижению вязкости и повышению текучести этой нефти. 2 н. и 9 з.п. ф-лы.

 

Предлагаемое изобретение относится к области технологических процессов и может быть использовано в горном деле для интенсификации добычи тяжелых высоковязких нефтей, а также в химической, лакокрасочной, текстильной промышленности.

Известен способ [1] получения железооксидного катализатора. Сущностью известного технического решения является получение железооксидного катализатора для процесса термолиза тяжелого углеводородного сырья, позволяющий увеличить выход светлых фракций и не требующий для проведения процесса использования пара или водорода, он представляет собой микросферический магнитный продукт, выделенный из летучих зол от пылевидного сжигания бурого или каменного угля, фракционированный по размеру в диапазоне 0,05-0,40 мм, состоящий на 80-90 масс. % из оксида железа, остальное - оксиды кремния, алюминия, кальция, магния, натрия, калия, марганца, серы, и в котором оксид железа распределен между двумя железосодержащими фазами: 13,0-34,5 масс. % феррошпинели и 35,0-63,0 масс. % гематита.

Недостатками способа [1] являются многостадийность и трудоемкость процесса производства (выделения) катализатора из магнитных концентратов, получаемых сепарацией золы в магнитном поле, а также его (катализатора) неудовлетворительная для практики активность. Кроме того, производство катализатора является весьма энергоемким процессом - требуется высокотемпературное прокаливание продукта в течение длительного времени при использовании его (катализатора) для процесса термолиза тяжелого углеводородного сырья. Недостатки существенно ограничивают область применения способа [1].

Известен способ [2] изготовления катализатора для получения алифатических углеводородов. Сущностью известного технического решения является то, что катализатор для получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода, содержащий наноразмерные частицы железа, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид калия и оксид алюминия, сформирован in situ непосредственно в зоне реакции в процессе термообработки компонентов катализатора в токе оксида углерода или водорода и имеет следующий состав, масс. %:

Fe 87-95
K2O 2-9
Al2O3 1-8

И способ его применения, заключающийся в том, что получение алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода в трехфазном реакторе реализуется при повышенной температуре и давлении в присутствии наноразмерных, суспендированных в жидкой углеводородной фазе частиц железосодержащего катализатора, активированного непосредственно в зоне реакции оксидом углерода или водородом.

Недостатками [2] являются невысокая активность катализатора, а также высокие трудо- и времяемкость осуществляемого процесса изготовления катализатора, для получения которого требуется многочасовой подвод оксида углерода или водорода в реакционную среду. Кроме того, для осуществления способа требуется использование дорогостоящих исходных компонентов, что значительно ухудшает общую экономику процесса. Эти недостатки существенно ограничивают область применения известного способа [2].

Наиболее близким по существу заявляемого изобретения прототипом, является способ [3]. Сущностью известного технического решения является получение нефтерастворимого катализатора гидрокрекинга углеводородного сырья, которое состоит из конденсированных ароматических соединений, содержащего растворимый в нефти каталитический комплекс, состоящий из

- первого атома каталитического металла, выбранного из группы, состоящей из металлов группы VIB, металлов группы VIIIB и их комбинаций;

- второго атома каталитического металла, выбранного из группы, состоящей из металлов группы VIB, металлов группы VIIIB и их комбинаций; и

- органического лиганда, связанного с первым и вторым атомом каталитического металла, в котором органический лиганд включает ароматическую группу.

Недостатком прототипа [3] является низкая результативность действия (эффективность) катализатора вследствие его ограниченной растворимости в типичных углеводородных флюидах природных месторождений полезных ископаемых - катализатор растворяется только в нефти и не растворяется в воде - непременном компоненте процесса добычи нефти, например - воды, используемой для вытеснения нефти из породы, низкая текучесть нефти в пласте вследствие его (катализатора) низкого каталитического действия, узкая область применения, т.к. известное изобретение применяется исключительно для целей повышения нефтеотдачи и не применимо в качестве поверхностно-активного вещества (далее ПАВ). Указанные недостатки существенно ограничивают область применения прототипа.

Целью предлагаемого изобретения является:

- расширение перечня катализаторов целевого назначения - получение нефте- и водорастворимого катализатора,

- снижение вязкости и повышение текучести нефти в пласте,

- расширение области применения катализаторов, а именно возможность использования заявляемого изобретения в качестве ПАВ в различных областях техники, например в лакокрасочной промышленности, фармацевтике и т.д.

- повышение рентабельности процесса добычи и транспортировки нефти.

Цели достигают тем, что создают с неприсущей традиционным видам катализаторов крекинга уникальной способностью катализатор нефтеводорастворимый путем осуществления реакции взаимодействия при нагревании лигандообразующего компонента и каталитической основы - оксида металла группы железа, в качестве лигандообразующего компонента используют алкилбензолсульфокислоту. В качестве оксида металла используют оксид железа(III)-Fe2O3, реакцию осуществляют в температурном диапазоне от плюс 50° до +200°С. В качестве оксида металла используют двойной оксид железа FeO⋅Fe2O3, реакцию осуществляют в температурном диапазоне от плюс 50° до +200°С. Мольное соотношение между алкилбензолсульфокислотой и оксидом железа(III)-Fe2O3 выполняют в диапазоне от 50:1 до 1:1. Мольное соотношение между алкилбензолсульфокислотой и двойным оксидом железа FeO⋅Fe2O3 выполняют в диапазоне от 40:1 до 1:1. Катализатор растворяют в рабочей жидкости и вводят в пласт. В качестве рабочей жидкости для растворения катализатора используют полярный растворитель. В качестве рабочей жидкости для растворения катализатора используют неполярный растворитель. Растворенный в рабочей жидкости катализатор вводят в пласт, исходя из расчета массового расхода катализатора в рабочей жидкости в диапазоне от 1⋅10-3 до 2⋅100% от ожидаемого количества добываемой нефти конкретного месторождения. В качестве полярного растворителя используют воду. В качестве неполярного растворителя используют органический растворитель.

Указанная область массовой концентрации (катализатора) может быть расширена. Однако превышение концентрации выше указанного максимума будет экономически нецелесообразным, хотя и будет способствовать увеличению каталитического действия заявляемого изобретения; в свою очередь использование концентраций менее представленных минимальных значений не приведет к заметному повышению эффективности катализатора.

Способность заявляемого катализатора растворяться в полярных и неполярных растворителях обусловлена амфифильным строением катализатора. Катализатор является ПАВом за счет того, что его (катализатора) молекулы имеют в своем составе полярную гидрофильную часть (функциональные группы -SOOOH, чаще соли -SOOOMe, где Me- атом металла) и неполярную гидрофобную часть - длинный углеводородный радикал с длиной цепи С1214.

Заявляемое изобретение осуществляют, например, следующим путем.

Берут известные составляющие (компоненты) катализатора, например каталитическую основу - оксид железа(III)-Fe2O3 в количестве 20 г и лигандообразующий компонент - алкилбензолсульфокислоту в количестве 200 г.

Алкилбензолсульфокислоту помещают в термостойкую стеклянную емкость, при интенсивном перемешивании, например - магнитной мешалкой, нагревают, например - до температуры в диапазоне от плюс 50° до +200°С, например, при атмосферном давлении.

В нагретую алкилбензолсульфокислоту добавляют порошкообразный оксид железа(III)-Fe2O3, перемешивают, получают суспензию. И в последующем сохраняя температурный режим (от +50° до +200°С), синтезируя катализатор, суспензию выдерживают в емкости, например - в течение от 0,5 до 10,0 часов, и получают заявляемый катализатор. Температуру и продолжительность нагрева выбирают, исходя из особенностей характерных параметров нефти конкретных месторождений, например - вязкости, содержания парафина, асфальтенов и т.д. Для применения на различных месторождениях создают линейку катализаторов заявляемого состава, но приготовленных при экспериментально подобранной температуре и продолжительности нагрева при синтезировании катализатора. Таким путем получают конкретный вариант катализатора, оптимального для применения с наибольшей результативностью при добыче нефти конкретного месторождения с учетом природы углеводородов и породы пласта, которые могут иметь различную природу, например - карбонатное, глинистое базальтовое и т.п. происхождение.

После завершения синтеза реакционную массу охлаждают до комнатной температуры и получают готовый к применению катализатор. Преимущественно готовый катализатор представляет собой вязкую, нетекучую массу красно-коричневого цвета, растворимую в полярных и неполярных средах, например - нефти, нефтепродуктах, органических растворителях, воде.

Заявляемый катализатор применяют, например, следующим путем.

Берут готовый катализатор. Берут емкость с определенным количеством растворителя, например - дизельного топлива. В емкость с растворителем вводят катализатор, перемешивают и добиваются полного растворения катализатора в растворителе при температуре окружающей среды. Получают готовый к применению раствор катализатора, пригодный к использованию для тех или иных нефтяных месторождений с учетом физико-химической природы как флюидов, так и породы пласта.

Для повышения нефтеотдачи пласта через закачивающую скважину в пласт закачивают раствор катализатора в рабочей жидкости, например - в дизельном топливе. В качестве растворителя могут быть использованы и другие свойственные флюидам месторождений полярные и неполярные жидкости, например - товарная нефть, керосин, бензин, вода.

Концентрацию катализатора в рабочей жидкости выбирают опытным путем, с учетом переменных характеристик (коллекторских свойств) нефтеносного пласта породы конкретного месторождения добываемого углеводородного энергоносителя, например - материала породы, его проницаемости, пористости и трещиноватости, вязкости содержащейся в пласте нефти, температуры пласта. Оптимальное соотношение количества катализатора к количеству растворителя составляет от 1:1 до 1:500 в зависимости от свойств нефти конкретного месторождения. Массовый расход катализатора в рабочей жидкости составляет в диапазоне от 1⋅10-3 до 2⋅10° % от ожидаемого количества добываемой нефти конкретного месторождения и наличия или отсутствия паротеплового воздействия на пласт в технологическом процессе добычи. При наличии паротеплового воздействия на продуктивный пласт выбирают меньшую концентрацию катализатора.

Действенность заявляемого катализатора оценена применительно к образцу нефти Ромашкинского месторождения в Татарстане, в условиях, имитирующих производственный процесс нефтедобычи с применением паротепловой обработки продуктивного пласта, содержащего флюид в виде эмульсии нефти в воде. В исследуемую нефть при температуре применяемого в промысловых условиях паротеплового воздействия от плюс 180 до +300°С в виде раствора в петролейном эфире вводят катализатор из расчета 0,1-1,0% масс. на нефть. В опытах при концентрации катализатора в растворе 1,0% масс. на нефть при массовом соотношении 1:14 (раствор катализатора: нефть) после 6-ти часовой обработки нефти при температуре +250°С и давлении 6,5 МПа с использованием реактора высокого давления Parr Instrument (г. Молин, Иллинойс, США) доля асфальтенов снизилась от 1 до 5%, против доля смол снизилась от 3 до 10%, а доля легких углеводородов увеличилась от 4 до 15%. Вязкость снизилась на 60%. То есть, воздействие заявляемого катализатора на нефть приводит к изменению физико-химических свойств нефти, а именно - снижению доли тяжелых фракций и увеличению доли легких фракций, существенному снижению вязкости и повышению текучести этой нефти. Произошедшие изменения являются фактором, способствующим повышению результативности процесса добычи содержащейся в продуктивном пласте нефти в условиях реальных производственных процессов нефтедобычи. Применение заявляемого катализатора способствует достижению цели заявляемого изобретения - повышению нефтеотдачи пласта, повышению суточного дебита и рентабельности процесса добычи и транспортировки нефти.

Аналогичные результаты - снижение вязкости и повышение текучести нефти под воздействием заявляемого катализатора - получены при использовании катализаторов на основе оксида железа (III)-Fe2O3 и/или двойного оксида железа FeO⋅Fe2O3, растворенных в воде. Катализатор на основе двойного оксида железа FeO⋅Fe2O3 получают путем, аналогичным катализатору на основе оксида железа (III)-Fe2O3. Кроме того, снижение вязкости и повышение текучести нефти достигается при использовании растворенного в органическом растворителе, например - петролейном эфире, катализатора на основе двойного оксида железа FeO⋅Fe2O3.

Являющийся целью результат заявляемого изобретения - снижение вязкости и повышение текучести нефти - получают с использованием в качестве каталитической основы объединенных общим признаком - способностью проявлять различную валентность и легко переходить из одного валентного состояния в другое, склонностью к комплексообразованию - иных металлов группы железа, а именно - кобальта Со и никеля Ni.

Заявляемый катализатор обладает существенным каталитическим эффектом снижения доли тяжелых фракций и вязкости, способствующим увеличению степени извлечения пластовой нефти. Наиболее существенный результат катализатор проявляет при добыче нефти с использованием паротеплового воздействия на продуктивный пласт породы, когда наиболее полно проявляется свойство растворимости катализатора как в нефти (что свойственно прототипу), так и в воде (отсутствующее у прототипа свойство). Кроме того, процесс синтеза заявляемого катализатора происходит при меньших, по сравнению с прототипом, температурах и затратах времени, что способствует энергосбережению в ходе его (катализатора) производства, что в итоге повышает рентабельность процесса добычи и последующей транспортировки нефти, существенно расширяет область применения катализаторов.

Предлагаемое изобретение удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники не обнаружено средство, которому присущи признаки, идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в формуле изобретения, включая характеристику назначения.

Заявляемый катализатор и способ его применения имеют изобретательский уровень, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками данного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.

Заявленное техническое решение с использованием известных технических средств и технологий можно реализовать в промышленном масштабе нефтепромысловой отрасли при добыче высоковязких и тяжелых нефтей, когда процесс облагораживания происходит во внутрипластовом пространстве посредством использования нефте- и водорастворимого катализатора, синтезируемого из недорогих общедоступных сырьевых материалов с использованием стандартных технических устройств и оборудования. Кроме того, применение заявляемого технического решения существенно снижает расходы при транспортировке добытой с применением катализатора нефти по трубопроводам. Это соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Патент RU 2442648. МПК - 2006.01 B01J 23/745, B01J 23/881, C10G 11/08, C10G 51/04, C10G 49/02. Приоритет от 04.08.2010. Опубл. 20.02.2012. Описание изобретения.

2. Патент RU 2443471. МПК - 2006.01 B01J 23/745, В82В 1/00, B01J 23/78, B01J 21/04, С07С 1/04. Приоритет от 02.06.2010. Опубл. 27.02.2012. Описание изобретения.

3. Патент США 7951745 В2. МПК C10G 47/02, C07F 15/00, C07F 11/00. Приоритет от 03.01.2008. Опубл. 31.05.2011. Описание изобретения.

1. Катализатор нефтеводорастворимый для повышения текучести нефти в продуктивном пласте породы получают реакцией взаимодействия при нагревании лигандообразующего компонента и каталитической основы - оксида металла группы железа, в качестве лигандообразующего компонента используют алкилбензосульфокислоту.

2. Катализатор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оксида металла используют оксид железа(III)-Fe2O3, реакцию осуществляют в температурном диапазоне от плюс 50° до +200°С.

3. Катализатор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оксида металла используют двойной оксид железа FeO⋅Fe2O3, реакцию осуществляют в температурном диапазоне от плюс 50° до +200°С.

4. Катализатор по п. 2, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности катализатора путем адаптации катализатора к свойствам нефти конкретного месторождения мольное соотношение между алкилензосульфокислотой и оксидом железа(III)-Fe2O3 выполняют в диапазоне от 50:1 до 1:1.

5. Катализатор п. 3, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности катализатора путем адаптации катализатора к свойствам нефти конкретного месторождения мольное соотношение между алкилбензосульфокислотой и двойным оксидом железа FeO⋅Fe2O3 выполняют в диапазоне от 40:1 до 1:1.

6. Способ применения катализатора по п. 1, заключающийся в том, что катализатор растворяют в рабочей жидкости.

7. Способ применения катализатора по п. 6, заключающийся в том, что в качестве рабочей жидкости для растворения катализатора используют полярный растворитель.

8. Способ применения катализатора по п. 6, заключающийся в том, что в качестве рабочей жидкости для растворения катализатора используют неполярный растворитель.

9. Способ применения катализатора по п. 6, заключающийся в том, что растворенный в рабочей жидкости катализатор вводят в пласт, исходя из расчета массового расхода катализатора в рабочей жидкости в диапазоне от 1⋅10-3 до 2⋅100% от ожидаемого количества добываемой нефти конкретного месторождения.

10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в качестве полярного растворителя используют воду.

11. Способ по п. 8, отличающийся тем, что в качестве неполярного растворителя используют органический растворитель.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к изменению фильтрационных характеристик неоднородных пластов, увеличению нефтеотдачи пластов и снижению обводненности добывающих скважин с получением максимального эффекта на поздней стадии разработки нефтяной залежи.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к изоляции газа, поступающего из газовой шапки в нефтяную часть нефтегазовой залежи, в частности в интервал перфорации нефтяной добывающей скважины.

Изобретение относится к производству проппантов - расклинивающих гранул, применяемых при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта. Технический результат - уменьшение плотности проппанта и использование техногенных отходов при производстве проппантов.

Изобретение относится к усовершенствованным композициям поверхностно-активных веществ. Описана композиция поверхностно-активного вещества, содержащая молекулы алкиларилсульфоната, причем более 30 масс.

Изобретение относится к газодобывающей промышленности, в частности к способам разработки запасов газа из залежей природных гидратов. Технический результат - увеличение скорости выделения метана из гидратов и степени конверсии гидратного метана в свободный газ.
Изобретение относится к области интенсификации добычи сланцевого газа и сланцевой нефти методом гидроразрыва пласта - ГРП, в частности к способам получения расклинивающих агентов, используемых в составе рабочей жидкости ГРП.

Группа изобретений относится к установке для обезвреживания высокоминерализованных отходов бурения, содержащих нефтепродукты, тяжелые металлы, синтетические поверхностно-активные вещества и другие загрязнители, основанной на введении отверждающего состава, и способу, осуществляемому с ее использованием.

Группа изобретений относится к добыче нефти и газа. Технический результат - высокая способность к гидролизу при низкой температуре реагента жидкости, применяемой при бурении и обработке пласта.

Изобретение относится к композиции водного понизителя температуры застывания в виде дисперсии для улучшения текучести сырой нефти при низких температурах. Композиция содержит сополимер этилена-винилацетата, диспергатор, воду и необязательно водный понизитель температуры застывания.

Изобретение относится к способу получения композиции водного понизителя температуры застывания в виде дисперсии для улучшения текучести сырой нефти при низких температурах.

Изобретение относится к способу улавливания и повторного применения железного катализатора, используемого в способе получения галогеналкановых соединений из тетрахлорида углерода и алкена с использованием железного катализатора и одного или нескольких триалкилфосфатных соединений в качестве сокатализатора, с применением элемента электромагнитного разделения (EMSU).

Изобретение относится к способу получения предшественника катализатора. Способ включает приведение в контакт материала подложки катализатора с предшественником модифицирующего компонента в жидкой среде для пропитки, необязательно прокаливание содержащего модифицирующий компонент материала подложки катализатора при температуре выше 100°С с получением модифицированной подложки катализатора и введение соединения предшественника кобальта (Со) в качестве активного компонента катализатора на и/или в (i) материал подложки катализатора перед приведением в контакт материала подложки катализатора с предшественником модифицирующего компонента, (ii) содержащий модифицирующий компонент материал подложки катализатора и/или (iii) модифицированную подложку катализатора, посредством чего получают предшественник катализатора.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения цианистого водорода включает взаимодействие окиси углерода и аммиака в газовой фазе в присутствии катализатора.

Изобретение относится к способу приготовления катализаторов для среднетемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, которые могут быть использованы в промышленности при получении азотоводородной смеси для синтеза аммиака.

Настоящее изобретение относится к каталитической композиции для синтеза углеродных нанотрубок. Композиция включает активный катализатор и носитель катализатора, причем активный катализатор содержит смесь железа и кобальта в любой окисленной форме, а носитель катализатора содержит вспученный вермикулит.

Изобретение относится к способу получения ацетилена окислительным пиролизом метана в присутствии кислородсодержащего газа и катализатора, нагреваемого до температуры 750-1200°C путем пропускания через него электрического тока.

Изобретение относится к нефтехимии и касается катализатора для пиролиза углеводородной смеси C1-C4, сформированного в виде пленочного покрытия в проточном трубчатом реакторе.

Изобретение относится к способу гетерогенного каталитического разложения комплексонов и поверхностно-активных веществ в технологических растворах радиохимических производств на никель-феррицианидном катализаторе.
Изобретение относится к способу получения C2-C4 олефинов, включающему стадию контактирования синтез-газа с катализатором на основе железа при температуре в интервале от 250 до 350°C и давлении в интервале от 10 до 40 бар.

Изобретение относится к вариантам способа получения низкомолекулярных олефинов путем конверсии сырьевого потока, содержащего монооксид углерода и водород, с применением нанесенного катализатора на основе железа, в котором обеспечивают каталитическую композицию, содержащую железосодержащие частицы, диспергированные на подложке, которая содержит α-оксид алюминия (α-Al2O3), причем указанная подложка содержит по меньшей мере 1 масс.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к составам для увеличения нефтеотдачи пластов, сложенных карбонатными коллекторами гидрофобными или со смешанной смачиваемостью. Состав обеспечивает повышение коэффициента нефтеотдачи за счет повышения эффективности вытеснения нефти и увеличения охвата пласта воздействием при заводнении карбонатных залежей с гидрофобной или смешанной смачиваемостью. Сущность изобретения заключается в создании ионно-модифицированной воды с конкретным детальным ионным составом, который обеспечивает максимальное изменение смачиваемости породы в сторону гидрофилизации, что в итоге приводит к извлечению дополнительной нефти за счет прироста коэффициентов вытеснения и охвата. Состав ионно-модифицированной воды для повышения нефтеотдачи пласта согласно изобретению включает ионы гидрокарбоната, сульфата, хлора, кальция, магния, натрия, калия. Предлагаемый состав ионно-модицированной воды обладает следующими преимуществами: прост и технологичен в изготовлении (незначительно отличается от ППД водой произвольного состава), существенно дешевле ПАВ, позволяет получить значительное увеличение Квыт и изменение смачиваемости. Таким образом, применение данного состава позволяет мобилизовать и вытеснить дополнительный объем нефти и увеличить КИН. 4 табл., 3 ил.
Наверх