Изучение механизма реакций окисления алифатических и ароматических углеводородов и нефти на основе анализа термодинамических и кинетических параметров, а также содержания свободных радикальных частиц

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-73-10378

НазваниеИзучение механизма реакций окисления алифатических и ароматических углеводородов и нефти на основе анализа термодинамических и кинетических параметров, а также содержания свободных радикальных частиц

Руководитель Юань Чэнгдонг, кандидат наук (признаваемый в РФ PhD)

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" , Республика Татарстан (Татарстан)

Конкурс №23 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-401 - Неравновесные процессы – воспламенение, горение, детонация, взрыв

Ключевые слова Методы повышения нефтеотдачи, закачивание воздуха под давлением (HPAI), внутрипластовое окисление (ISC), подземная нефтепереработка, модельные углеводороды, механизм окисления, термодинамика, кинетика, инициаторы окисления, механизм инициации окисления, дифференциально-сканирующая калориметрия высокого давления, термогравиметрия, ЯМР и ЭПР-спектроскопия.

Код ГРНТИ31.15.27 31.15.25 61.13.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Лабораторные и промысловые испытания процесса закачивания воздуха в пласт указывают на факт того, что поджиг нефтяного пласта (будь то самовозгорание или принудительный процесс поджига), а также поддержание стабильного фронта горения, которые непосредственно зависят от процесса взаимодействия нефти с воздухом, является крайне сложным явлением из-за низкой внутрипластовой температуры, свойств самой нефти, её высокой обводнённости и ряда других факторов. В настоящее время реакцию окисления в основном исследуют современными методами термического анализа, такими как термогравиметрия (ТГА) и дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) с различными модификациями. Различные по свойствам и составу нефти были изучены с помощью методов ТГА и ДСК для выявления кинетических параметров реакции окисления. Эти исследования позволили получить некоторые важные термохимические данные, такие как интервалы реакций и соответствующие им температуры пиков, начальные температуры процесса воспламенения, тепловой эффект, а также кинетические параметры, которые могут помочь объяснить механизм процесса окисления. Было установлено, что для метода повышения нефтеотдачи с использованием технологии закачки воздуха характерны три основные стадии реакции, а именно: зона низкотемпературного окисления, зона высокотемпературного окисления, а также промежуточная стадия, названная зоной образования топлива, относящаяся к процессу пиролиза. Для моделирования и прогнозирования этих процессов были созданы некоторые простые кинетические модели. Однако, к сожалению, механизм реакции окисления еще недостаточно изучен из-за сложного состава нефти (каждая SARA фракция нефти является смесью большого числа компонентов). В свою же очередь, механизмы реакции, которые регулируют различные стадии данного процесса, не ясны до конца, к тому же эффект промотирования или ингибирования горения одного компонента другими фракциями также часто игнорируется. Следовательно, имеющиеся простые модели реакции не способны предоставить полную картину процесса. С нечетким механизмом окисления также трудно изучить начало процесса окисления сырой нефти и разработать эффективные методы инициирования, разработать дешевые и эффективные способы для поджига нефти и поддержки стабильного фронта горения. Все это оказывает серьезное влияние на эффективность закачки воздуха и ограничивает широкое применение данной технологии. Поэтому, чтобы решить эти проблемы, данный проект будет сосредоточен на двух аспектах: во-первых, обеспечение более глубокого понимания механизма окисления сырой нефти на основе изучения модельных соединений и их смесей; во-вторых, разработка химических способов инициирования и стабилизации процессов окисления. Для этих целей будут использованы современные физико-химические методы: дифференциально-сканирующая калориметрия (ДСК) высокого давления, совмещенные методы термогравиметрии (ТГА) и ИК-спектроскопии (ИК), газовая хроматография, масс-спектрометрия, элементный анализ, ЭПР-, ЯМР- и ИК-спектроскопия. Их применение позволит решить следующие задачи: (1) Исследовать механизм реакций окисления, включая каждую стадию, для отдельных компонентов нефти (алифатические и ароматические углеводороды, смолы и асфальтены) и установить кинетическую модель реакции. (2) Изучить влияние отдельных компонентов нефти на кинетику реакций окисления друг друга (промотирование или ингибирование горения), а также на другие параметры реакций: температура начала, температурный диапазон, тепловой эффект и т.д.). Будут изучены бинарные и тройные смеси углеводородов, что позволит восстановить процесс окисления сырой нефти и установить точную модель этого процесса. (3) Изучить механизм инициирования процесса окисления сырой нефти в присутствии различных химических добавок и разработать эффективные методы инициирования окисления для применения в пластовых условиях. Эксперименты с индивидуальными компонентами нефти с использованием ДСК-высокого давления, совмещенного метода ТГА-ИК при различных скоростях нагрева позволит получить информацию о кинетики происходящих процессов и оценить термохимические параметры реакций. Совмещенный метод ТГА-ИК предоставит информацию о выделившихся в результате реакции окисления газообразных продуктах на каждой стадии данного процесса. Элементный анализ, газовая хроматография, масс-спектрометрия, ЭПР, ЯМР и ИК-спектроскопия будут использованы для анализа изменений свойств нефти и модельных соединений до и после окисления. ЯМР и ЭПР могут также предоставить информацию об изменении интенсивности и структуры свободных радикалов для изучения механизма реакции окисления и ее инициации. Таким образом, сочетание представленных методов обеспечит эффективное и направленное исследование механизма окисления и процесса инициирования. Новизна этой работы включает в себя два аспекта: (1) каждый компонент нефти (чистые алифатические и ароматические углеводороды, смола и асфальтены), их бинарные и тройные смеси будут изучены отдельно с помощью целого набора методов (ДСК-высокого давления, ТГА-ИК, газовая хроматография, элементный анализ, масс-спектрометрия, ЭПР-, ЯМР- и ИК-спектроскопия и т.д.). Это позволит нам получить исчерпывающую информацию о взаимном влиянии этих компонентов нефти друг на друга и поможет восстановить картину реакций при ее окислении. (2) будут разработаны некоторые виды химических и природных инициаторов, одновременно являющихся дешевыми и экологичными. Они позволят снизить температуру воспламенения нефти и поддержать равномерный тепловой фронт, что повышает эффективность применения воздуха в технологии обработки пласта и облагораживания нефти.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ