ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ ВОДЫ НА ТВЕРДЫЕ КОКСОПОДОБНЫЕ ПРОДУКТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ В ПРОЦЕССЕ КРЕКИНГА
Аннотация
Одно из возможных применений сверхкритической воды – это конверсия тяжелого углеводородного сырья с высоким содержанием смол и асфальтенов. Использование сверхкритической воды позволяет снизить выход коксоподобных продуктов и увеличить выход светлых фракций. В данной работе проведен сравнительный анализ процессов крекинга нефтяного остатка, асфальтенов и смол, выделенных из него, в среде сверхкритической воды и без воды. Эксперименты были проведены в автоклаве при температуре 450 °С и давлении до 47 МПа. Продолжительность крекинга – 60 мин. Крекинг в среде сверхкритической воды нефтяного остатка, а также его отдельных компонентов – смол и асфальтенов показал положительное влияние на конверсию, во всех экспериментах снизился выход твердых продуктов и увеличился выход мальтенов. Твердые коксоподобные образцы были исследованы методами рентгенофазового и термогравиметрического анализа, сканирующей электронной микроскопии. Методом рентгеноструктурного анализа изучено влияние сверхкритической воды на параметры макроструктуры, было определено, что проведение крекинга с водой влияет на увеличение расстояния между насыщенными фрагментами молекул (dr), в структуре твердых продуктов крекинга в сравнении с продуктами, полученными без воды. С помощью сканирующей электронной микроскопии охарактеризована поверхность частиц нерастворимых продуктов крекинга, полученные в среде сверхкритической воды твердые продукты, имеют пористую поверхность. По данным термического анализа показано, что твердые продукты, полученные при крекинге в среде воды, характеризуются более интенсивной динамикой потери массы образца и меньшим остатком при конечной температуре.
Для цитирования:
Нальгиева Х.В., Копытов М.А. Исследование влияния сверхкритической воды на твердые коксоподобные продукты, полученные в процессе крекинга. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 8. С. 113-120. DOI: 10.6060/ivkkt.20246708.14t.
Литература
Dong Y., Zhao Q., Jin H., Miao Y., Zhang Y., Wang X., Guo L. Hydrogen donation of supercritical water in asphaltenes upgrading by deuterium tracing method. J. Supercrit. Fluids. 2024. V. 205. P. 106137. DOI: 10.1016/j.supflu.2023.106137.
Sviridenko N.N., Akimov A.S. Characteristics of products of thermal and catalytic cracking of heavy oil asphal-tenes under supercritical water conditions. J. Supercrit. Fluids. 2023. V. 192. P. 105784. DOI: 10.1016/j.supflu.2022.105784.
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.
Krivtsov E.B., Goncharov A.V., Sviridenko Yu.A., Merzhigot M.I. Kinetic regularities of formation and de-struction of thiophene derivatives during heat treatment of high-sulfur vacuum gas oil oxidation products. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 11. P. 32-41. DOI: 10.6060/ivkkt.20236611.15t.
Sviridenko N.N. Cracking of heavy oil in supercritical water in the presence of nanosized iron oxide powder: transformation of asphaltenes and process kinetics. Nefnekhimiya. 2023. V. 63. N 3. P. 391-400 (in Russian). DOI: 10.31857/S0028242123030097.
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.
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.
Kovalenko E.Y., Sagachenko T.A., Cherednichenko K.A., Gerasimova N.N., Cheshkova T.V., Min R.S. Structural organization of asphaltenes and resins and composition of low polar components of heavy oils. En-ergy Fuels. 2023. V. 37. N 13. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.3c01048.
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.
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.
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
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.
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.
Djimasbe R., Varfolomeev M.A., Khasanova N.M., Al-Muntaser A.A., Davletshin R.R., Suwaid M.A., Mingazov G.Z. Use of deuterated water to prove its role as hydrogen donor during the hydrothermal upgrading of oil shale at supercritical conditions. J. Supercrit. Fluids. 2024.V. 204. P. 106092. DOI: 10.1016/j.supflu.2023.106092.
Dong Y., Zhao Q., Zhou Y., Zheng L., Jin H., Bawaa B., Guo L. Kinetic study of asphaltenes phase separation in supercritical water upgrading of heavy oil. Fuel Process. Technol. 2023. V. 241. P. 107588. DOI: 10.1016/j.fuproc.2022.107588.
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.
Akimov A. S., Sviridenko N.N. Transformation of asphaltenes of vacuum residues in thermal and thermocatalytic processes. Petrol. Sci. Technol. 2022. V. 40. P. 980-994. DOI: 10.1080/10916466.2021.2008973.
Eletsky P.M., Sosnin G.A., Zaikina O.O., Kukushkin R.G., Yakovlev V.A. Upgrading of heavy petroleum feedstock in the presence of water. Zhurn. Sibir. Fed. Univ. Khim. 2017. V. 10(4). P. 545-572 (in Russian). DOI: 10.17516/1998-2836-0048.
Canıaz R.O., Arca S., Yaşar M., Erkey C. Refinery bitumen and domestic unconventional heavy oil upgrading in supercritical water. J. Supercrit. Fluids. 2019. V. 152. P. 104569. DOI: 10.1016/j.supflu.2019.104569.
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.
Nalgieva Kh.V., Kopytov M.A. Characteristics of the degradation products of resins and asphaltenes in super-critical water. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 11. P. 25–31. DOI: 10.6060/ivkkt.20236611.11t.
Magaril R.Z. Theoretical foundations of chemical pro-cesses in oil refining: a textbook for universities. L.: Khimiya. 1985. 280 p. (in Russian).
Antipenko V.R., Grinko A.A. Macrostructure parameters of insoluble products of thermolysis of resins and asphaltenes of Usinsk oil. Izv. Tomsk Polytekh. Univ. 2021. V. 332. N 4. P. 123-131 (in Russian).
AlHumaidan F.S. Changes in asphaltene structure during thermal cracking of residual oils: XRD study. Fuel. 2015. V. 150. P. 558-564. DOI: 10.1016/j.fuel.2015.02.076.
Antipenko V.R., Fedyaeva O.N., Vostrikov A.A. Macrostructure parameters of asphaltene nanoaggregates of natural asphaltite and its conversion products in supercritical water. Nefetekhimiya. 2021. V. 61. N 4. P. 547-554 (in Russian). DOI: 10.1134/S0965544121070069.
