ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОДУКТОВ ДЕСТРУКЦИИ СМОЛ И АСФАЛЬТЕНОВ В СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ ВОДЕ
Аннотация
Использование сверхкритической воды является перспективным способом трансформации тяжелого нефтяного сырья в светлые продукты. Тяжелое углеводородное сырье характеризуется высоким содержанием высокомолекулярных компонентов, которые затрудняют переработку. Облагораживание асфальтенов и смол тяжелого нефтяного остатка в сверхкритической воде исследовали с использованием автоклавного реактора. Эксперименты были проведены при температуре 450 °С, продолжительность составляла 60 мин, давление 465 атм. Реакционную способность и структурные изменения смол и асфальтенов оценивали по выходу продуктов (газ, масла, смолы, асфальтены и твердые продукты) и характеристикам исходных и термолизованных высокомолекулярных соединений (смолы, асфальтены) с помощью структурно-группового анализа. Для максимальной конверсии использовали прекурсор катализатора - трис-ацетилацетонат железа (III), который при термолизе образует каталитически активные оксиды железа. Было показано положительное влияние сверхкритической воды на конверсию смол и асфальтенов. Использование сверхкритической воды позволяет уменьшить выход твердых продуктов и увеличить выход светлых продуктов. В присутствии катализатора асфальтены оказались более реакционноспособными, по сравнению со смолами. Термолиз с использованием воды в сверхкритическом состоянии приводит к изменениям параметров макроструктуры остаточных смол и асфальтенов. При термолизе смол в присутствии воды происходит уменьшение количества структурных блоков в молекуле у вторичных смол, а количество гетероатомов увеличивается по сравнению с исходными смолами. Использование оксидов железа способствует значительному увеличению отношения Н/С во вторичных асфальтенах, полученных при термолизе асфальтенов. Количество структурных блоков уменьшилось в 2 раза.
Для цитирования:
Нальгиева Х.В., Копытов М.А. Характеристики продуктов деструкции смол и асфальтенов в сверхкритической воде. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 11. С. 25-31. DOI: 10.6060/ivkkt.20236611.11t.
Литература
Canıaz R.O., Arca S., Yaşar M., Erkey C. Refinery bitumen and domestic unconventional heavy oil upgrad-ing in supercritical water. J. Supercrit. Fluids. 2019. V. 152. P. 104569. DOI: 10.1016/j.supflu.2019.104569.
Hosseinpour M., Ahmadi S.J., Fatemi S. Deuterium tracing study of unsaturated aliphatics hydrogenation by supercritical water in upgrading heavy oil. Part I: Non-catalytic cracking. J. Supercrit. Fluids. 2016. V. 107. P. 278-285. DOI: 10.1016/j.supflu.2015.08.004.
Sviridenko N.N., Akimov A.S. Characteristics of products of thermal and catalytic cracking of heavy oil asphaltenes under supercritical water conditions. J. Supercrit. Fluids. 2023. V. 192. P. 105784. DOI: 10.1016/j.supflu.2022.105784.
Liu Y., Bai F., Zhu C.C., Yuan P.Q., Cheng Z.M., Yuan W.K. Upgrading of residual oil in sub-and supercritical water: An experimental study. Fuel Process. Technol. 2013. V. 106. P. 281-288. DOI: 10.1016/j.fuproc.2012.07.032.
Fedyaeva O.N., Antipenko V.R., Vostrikov A.A. Heavy oil upgrading at oxidation of activated carbon by super-critical water-oxygen fluid. J. Supercrit. Fluids. 2017. V. 126. P. 55-64. DOI: 10.1016/j.supflu.2017.02.016.
Poletaeva O.Yu., Kolchina G.Yu., Leontev A.Yu., Ba-bayev E.R., Movsumzade E.M. Study of composition of high-vis-cous heavy oils by method of nuclear magnetic resonant spectroscopy. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 1. P. 52-58 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216401.6261.
Peshnev B.V., Nikolaev A.I., Nikishin D.V., Alkhamedi M.Kh.I. Prospects of using the cavitation phenomenon in oil refining. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 4. P. 110-116 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236604.6760.
Wang, T., Xu J., Liu X., He M. Co-gasification of waste lignin and plastics in supercritical liquids: Comparison of water and carbon dioxide. J. CO2 Utilization. 2022. V. 66. P. 102248. DOI: 10.1016/j.jcou.2022.102248.
Sharan P., Thengane S.K., Yoon T.J., Lewis J.C., Singh R., Currier R.P., Findikoglu A.T. A novel approach for produced water treatment: Supercritical water oxidation and desalination. Desalination. 2022. V. 532. P. 115716. DOI: 10.1016/j.desal.2022.115716.
Song Z., Xiu F. R., Qi Y. Degradation and partial oxidation of waste plastic express packaging bags in supercritical water: Resources transformation and pollutants removal. J. Hazard. Mater. 2022. V. 423. P. 127018. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.127018.
Isa K. M., Snape C. E., Uguna C., Meredith W., Deng H. Pyrolysis oil upgrading in high conversions using sub-and supercritical water above 400 °C. J. Analyt. Appl. Pyrol. 2016. V. 119. P. 180-188. DOI: 10.1016/j.jaap.2016.03.004.
Yu J., Jiang C., Guan Q., Gu J., Ning P., Miao R., Zhang J. Conversion of low-grade coals in sub-and su-percritical water: A review. Fuel. 2018. V. 217. P. 275-284. DOI: 10.1016/j.fuel.2017.12.113.
Kozhevnikov I.V., Nuzhdin A.L., Martyanov O.N. Transformation of petroleum asphaltenes in supercritical water. J. Supercrit. Fluids. 2010. V. 55. N 1. P. 217-222. DOI: 10.1016/j.supflu.2010.08.009.
Li N., Zhang X., Zhang Q., Chen L., Ma L., Xiao X. Reactivity and structural changes of asphaltene during the supercritical water upgrading process. Fuel. 2020. V. 278. P. 118331. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.118331.
Xin S.M., Liu Q.K., Wang K., Chen Y., Yuan P.Q., Cheng Z. M., Yuan W.K. Solvation of asphaltenes in su-percritical water: A molecular dynamics study. Chem. Eng. Sci. 2016. V. 146. P. 115-125. DOI: 10.1016/j.ces.2016.02.032.
Liu Q. K., Xu Y., Tan X. C., Yuan P.Q., Cheng Z.M., Yuan W.K. Pyrolysis of asphaltenes in subcritical and supercritical water: influence of H-donation from hydro-carbon surroundings. Energy Fuels. 2017. V. 31. N 4. P. 3620-3628. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.6b03135.
Morimoto M., Sato S., Takanohashi T. Effect of water properties on the degradative extraction of asphaltene us-ing supercritical water. J. Supercrit. Fluids. 2012. V. 68. P. 113-116. DOI: 10.1016/j.supflu.2012.04.017.
Poletaeva O.Y., Leontev A.Y., Kolchina G.Y., Babayev E.R., Movsumzade E.M., Khasanov I.I. Geometric and electronic structure of heavy highly viscous oil components. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 9. P. 40-45 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20196209.6022.
Fedyaeva O.N., Vostrikov A.A. The products of heavy sulfurrich oil conversion in a counter supercritical water flow and their desulfurization by ZnO nanoparticles. J. Supercrit. Fluids. 2016. V. 111. P. 121-128. DOI: 10.1016/j.supflu.2016.01.020.
Hosseinpour M., Fatemi S., Ahmadi S.J. Deuterium tracing study of unsaturated aliphatics hydrogenation by supercritical water in upgrading heavy oil. Part II: Hydrogen donating capacity of water in the presence of iron (III) oxide nanocatalyst. J. Supercrit. Fluids. 2016. V. 110. P. 75-82. DOI: 10.1016/j.supflu.2015.12.014.
Urazov Kh.Kh., Sviridenko N.N., Iovik Y.A., Kolobova E.N., Grabchenko M.V., Kurzina I.A. Effect of hydro-gen-donor of heavy crude oil catalytic aquathermolysis in the presence of a nickel-based catalyst. Catalysts. 2022. V. 12. N 10. P. 1154. DOI: org/10.3390/catal12101154.
Golmohammadi M., Ahmadi S.J., Towfighi J. Catalytic cracking of heavy petroleum residue in supercritical wa-ter: Study on the effect of different metal oxide nanoparticles. J. Supercrit. Fluids. 2016. V. 113. P. 136-143. DOI: 10.1016/j.supflu.2016.03.023.
Sato T., Trung P.H., Tomita T., Itoh N. Effect of water density and air pressure on partial oxidation of bitumen in supercritical water. Fuel. 2012. V. 95. P. 347-351. DOI: 10.1016/j.fuel.2011.10.016.
Kopytov M.A., Golovko A.K. Changes in structural-group characteristics of resins and asphaltenes of heavy oils in the primary distillation process. Petrol. Chem. 2017. V. 57. P. 39-47. DOI: 10.1134/S0965544116090139.
Nal’gieva K.V., Kopytov M.A. Study of the thermolysis products of asphaltenes from the vacuum residue of Usinskoe oil produced in supercritical water. Solid Fuel Chem. 2022. V. 56. N 2. P. 116-122. DOI: 10.3103/S0361521922020070.
Sviridenko N.N., Krivtsov E.B., Golovko A.K. Cracking of tar in the presence of nanoscale powder of tungsten carbide and nichrome. Khimiya Interesakh Ustoiychivogo Razviiya 2018. V. 26. N 4. P. 427-434 (in Russian). DOI: 10.15372/KhUR20180410.
