РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

1
РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
КАТАЛИТИЧЕСКОГО АБИОГЕННОГО СИНТЕЗА УГЛЕВОДОРОДНЫХ МАСС
В ЗЕМНОЙ КОРЕ
Д. х. н., проф. К.Г. Ионе
Научно-инженерный центр «Цеосит» ОИК СО РАН
пр. Академика Лаврентьева, 5, г. Новосибирск, 630090, Россия
Факс: (007-383-2) 34-37-63, 39-62-51, e-mail: [email protected]
Проблема происхождения углеводородных месторождений в земной коре
рассматривается в течение многих лет. В основу наиболее принятых моделей положено
допущение о биогенных механизмах образования земных нефтегазовых линз.
Однако в литературе достаточно часто утверждается, что Земля 1-1.8 млрд лет назад
имела восстановительную атмосферу, которая помимо водорода включала также СО и СО2, а
содержание кислорода в атмосфере находилось на уровне 0.001 от современного.
Предполагается, что Н2 и СО2 были захвачены материалом Земли при формировании
Солнечной системы.
В течение последних 30 лет выполнен большой объем работ по каталитическому
(неорганическому) синтезу углеводородных смесей из газов СО, СО2 и Н2 с применением
широкого спектра катализаторов.
Первоначально это были каталитические системы Фишера-Тропша, применение
которых позволяло получать углеводородные смеси с высоким содержанием метана, налканов и олефинов. В последние два десятилетия выполнено много работ по синтезу
углеводородов из смесей СО, СО2 и Н2 на бифункциональных каталитических системах,
включающих, помимо металлического компонента, катализаторы кислотно-основного
действия – глины или цеолиты. Показано, что на катализаторах бифункционального
действия при 220- 450С и давлениях от 1 атм. до 100 атм возможен синтез углеводородных
смесей с широкой вариацией содержания нафтенов, изо-парафинов и ароматических
соединений в их составе [1].
Можно допустить, что высокоэкзотермичные реакции синтеза углеводородов и воды
из СО, СО2 и Н2 в зонах никель-железорудных формаций носили на Земле глобальный
характер (возможно, в глубинах Земли протекают и в настоящее время).
В настоящей статье дано описание результатов исследования каталитических
процессов синтеза углеводородов из СО, СО2 и Н2 на лабораторном и пилотном уровнях в
присутствии металлсодержащих (Fe, Ni, Co, Mo и др.) катализаторов, а также
металлоокисных систем в смеси с глинами, SiO2, Al2O3 и цеолитами [2-7].
Варианты составов синтезированных углеводородных смесей сравниваются с
составами природных газоконденсатных месторождений.
Сделан вывод, что современные технологии неорганического синтеза
углеводородов на бифункциональных каталитических системах позволяют получать
природные вариации их состава – от преимущественно метана до смеси жидких
углеводородов (C20+) с различным содержанием олефинов, н-алканов, изопарафинов,
ароматических углеводородов.
Рассмотрено предположение, что процессы синтеза углеводородов на
неорганических катализаторах из смесей СО, СО2, СH4 и Н2 могут моделировать
макрогеохимические процессы, происходившие в земной коре на разных этапах
геохимической истории Земли.
Рассмотрен
возможный
геохимический
сценарий
абиогенного
синтеза
углеводородных смесей.
2
Первичный сценарий предусматривает процессы синтеза углеводородов из CO, СО2,
Н2 газов. Вторичный сценарий предусматривает появление этих газовых смесей в результате
глубинных превращений метана и воды в зонах, имеющих температуру более 800С.
Наконец, в верхних зонах, в условиях контакта углеводородов с кислородом, а также
вторичного воздействия на нефть биологических организмов, происходили процессы
образования смол, асфальтенов и битумов.
Считается, что взрыв биологической активности следует отнести к началу
«докембрия» (~500-800 млн. лет тому назад) – предполагаемому времени нарастания
содержания кислорода в атмосфере Земли.
При сравнении вероятностей биогенного и абиогенного вариантов синтеза природных
углеводородных смесей следует также обратить внимание на следующее. При биогенном
механизме синтеза углеводородов по маршруту
О2
СО2, Н2
NH3, H2O
1
2040С
1 атм.
биоорганизмы
2
CnHOmN
3
CnH2n
- H2O, NH3
термодинамическая вероятность стадии 1 низка: реакции присоединения двуокиси углерода
и воды идут с поглощением тепла, т.е. требуют источника энергии. Их интенсивность в
бескислородной атмосфере была бы незначительной.
При абиогенном механизме синтеза углеводородов
CO, СО2, Н2
CH4, H2O
1
200500С
1 и более атм.
углеводородные
смеси
(первичные
составы)
+ биоорганизмы
О2 (Fe, Ni)
современные
составы
углеводородов
реакции стадии 1 являются термодинамически высоковероятными, идут с большим
выделением тепла. Интенсивность этих процессов в условиях первичной атмосферы Земли
должна была быть очень большой, а вероятность – очень высокой.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Литература.
Chang C.D., Dr. Scott Han. Fuel synthesis (liquid). Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical
Technology. V. 12, 1994.
V. Udaya, S. Rao and R.J. Gormley, Catal. Today, V. 6, 1990, p. 207-234.
Ione K.G., Stepanov V.G. and Mysov V.M., in Proceeding of the International Meeting, January
6-12, 1992, Yaroslavl, Russia // In book "Chemistry Ecology Health", Nova Science Publishers
Inc, New York, 1995, p.193-198.
Mysov V.M. and Ione K.G., in Proceed. Int. Symp. on Zeolites in China.- Nanjing, 1995.
Mysov V.M., Stepanov V.G. and Ione K.G., in "Progress in Zeolites and Microporous
Materials", Stud. Surf. Sci. Catal., 105 (1997) 1381-1392.
К.Г. Ионе, В.М. Мысов, В.Г. Степанов, В.Н. Пармон. Химия в интересах устойчивого
развития, 2001 г., т. 9, с. 129-143.
К.Г. Ионе, В.М. Мысов, В.Г. Степанов, В.Н. Пармон. Нефтехимия, 2001г., т. 41, № 3, с.
178-184.