КИНЕТИКА ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПОНЕНТОВ ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕЙ
Аннотация
Методом термогравиметриии исследована термическая стабильность смол, асфальтенов, и их смеси. Смолы и асфальтены выделены из нефтей Усинского и Зюзеевского месторождений. Выбор нефтей обусловлен тем, что обе они являются тяжелыми, высокосернистыми, высокосмолистыми и различаются по химическому типу. Нефть Усинского месторождения относится к нафтеновому типу, а нефть Зюзеевского месторождения – к метановому. Выделенные из этих нефтей смолы и асфальтены отличаются по структурно-групповым характеристикам (число структурных блоков, доля ароматических и нафтеновых циклов). Смолы и асфальтены зюзеевской нефти характеризуются более высоким содержанием серы по сравнению со смолами и асфальтенами усинской нефти, что оказывает влияние на их термическую стабильность. Данные термического анализа использованы для определения температурных интервалов максимальной скорости разложения смол, асфальтенов и их смесей, определения предэкспоненциального множителя k0 расчета энергии активации термической деструкции компонентов нефтей. Установлено, что кажущаяся энергия активации (Ea) термической деструкции смол как нафтеновой, так и метановой нефтей ниже по сравнению с Ea асфальтенов. Энергия активации термической деструкции смесей «смол и асфальтенов» обеих нефтей выше энергии активации термической деструкции смол и асфальтенов, подвергнутых ТГ анализу по отдельности. Повышенные значения энергии активации смесей «смол и асфальтенов» могут быть обусловлены самоогрганизацией молекул смол и асфальтенов смеси в сложные структурные единицы. Показано, что в процессе термического разложения асфальтены нафтеновой нефти более склонны к образованию твердого остатка, чем асфальтены метановой нефти, тогда как для смол отмечена обратная тенденция. Выявлено, что образование кокса при термическом разложении смесей «смол и асфальтенов» не зависит от аддитивного вклада компонентов и количественно подтверждает синергию термического превращения смол и асфальтенов. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации термических процессов переработки нефтей и улучшения качества получаемых продуктов.
Для цитирования:
Воронецкая Н.Г., Певнева Г.С., Копытов М.А. Кинетика термического разложения высокомолекулярных компонентов тяжелых нефтей. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 8. С. 12-19. DOI: 10.6060/ivkkt.20256808.5t.
Литература
Nasyrova Z.R., Kayukova G.P., Kosachev I.P., Vakhin A.V. Effect of Sub- and Supercritical Water on the Trans-formation of High-Molecular-Mass Components of High-Carbon Rocks from Unconventional Formations (A Re-view). Neftekhimiya. 2023. V. 63. N 2. P. 145-179 (in Russian). DOI: 10.31857/S0028242123020016.
Voronetskaya N.G., Pevneva G.S. Structural Transformations of Heavy Oil Resins and Asphaltenes upon Thermal Cracking. Solid Fuel Chem. 2021. V. 55. N 3. P. 165–170. DOI: 10.3103/S0361521921030113.
Korneev D.S., Pevneva G.S. Composition of the products of low-temperature destruction asphaltenes of heavy oil and oil residues. Khim. Interesakh Ustoych. Razvitiya. 2020. V. 28. N 3. P.252-257 (in Russian). DOI: 10.15372/KhUR2020226.
Gray M.R. Fundamentals of partial upgrading of bitumen. Energy Fuels. 2019. V. 33. N 8. P. 6843-6856. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.9b01622.
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.
Sviridenko N.N., Urazov Kh.Kh., Sergeyev N.S. The effect of asphaltenes quantity on thermal and catalytic cracking product yield of heavy oil from Karmalskoye field. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 8. P. 76-84. DOI: 10.6060/ivkkt.20246708.6t.
Voronetskaya N.G., Pevneva G.S. Thermal transformations of maltenes and oils from heavy methane base crudes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 8. P. 59-67. DOI: 10.6060/ivkkt.20246708.4t.
Trejo F., Rana M.S., Ancheyta J. Thermogravimetric determination of coke from asphaltenes, resins and sedi-ments and coking kinetics of heavy crude asphaltenes. Catal. Today. 2010. V. 150. N 3-4. P. 272-278. DOI: 10.1016/j.cattod.2009.07.091.
Yusevich A.I., Timoshkina M.A., Grushova E.I. Features of combined thermal cracking of oil residues and plant oil. Pet. Chem. 2010. V. 50. N 3. P. 231–236 DOI: 10.1134/S0965544110030084.
Kam’yanov V.F., Filimonova T.A., Gorbunova L.V., Lebedev A.K., Sivirilov P.P. Chemical composition of West Siberian Crude oils. Novosibirsk: Nauka. 1988. 288 p. (in Russian).
Kam’yanov V.F., Bol’shakov G.F. Structural group analysis of crude oil components. Neftekhimiya. 1984. V. 24. N 4. P. 443-449 (in Russian).
Cheshkova T.V., Grinko A.A., Min R.S. Sagachenko T.A. Structural Transformations of Heavy Oil Asphaltenes in the Course of Heat Treatment. Pet. Chem. 2022. V. 62. N 2. P. 214–221. DOI: 10.1134/S0965544122060093.
Timoshkina M.A., Yusevich A.I., Mikhalenok S.G. Kinetics of thermal degradation of macromolecular petrole-um compounds in the presence of fatty acid triglycerides. Pet. Chem. 2014. V. 54. N 2. P. 111–119. DOI: 10.1134/S0965544114020121.
Strizhakov D.A., Yusevich A.I., Yurachka V.V., Kadiev Kh.M., Agabekov V.Е., Khadzhiev S.N. Thermolysis ki-netics of tar and pine sawdusts. Neftekhimiya. 2016. V. 56. N 5. P. 475-482 (in Russian). DOI: 10.7868/S0028242116050178.
Opfermann J.R., Kaisersberger E., Flammersheim H.J. Model-free analysis of thermoanalytical data-advantages and limitations. Thermochim. Acta. 2002. V. 391. N 1. P. 119-127. DOI: 10.1016/S0040-6031(02)00169-7.
Boytsova A.A., Baytalov F., Strokin S.V. Study of thermodynamic, kinetic and structural parameters of heavy Yaregskaya crude oil aspaltenes thermolysis. Neftegaz.RU. 2020. V. 99. N 3. P. 46-51 (in Russian).
Guo A., Zhang X., Wang Z. Simulated delayed coking characteristics of petroleum residues and fractions by thermogravimetry. Fuel Process. Technol. 2008. V. 89. N 7. P. 643–650. DOI: 10.1016/j.fuproc.2007.12.006.
Sharp J.H., Wentworth S.A. Kinetic analysis of thermo-gravimetric data. Anal. Chem. 1969. V. 41. N 14. P. 2060–2062. DOI: 10.1021/ac50159a046.
Pivovarova N.A., Tatzhikov A.D. Composition and structure of oil dispersed systems. Neftegas.Tekhnol. Ekolog. Bezopasn. 2023. N 4. P. 14-27 (in Russian). DOI: 10.24143/1812-9498-2023-4-14-27.
Zlobin А.А. Experimental researches of aggregation and self-assembly of nanoparticles in oil dispersed systems. Vestn. Perm. Nats. Issled. Polytekh. Univ. Geol. Neftegaz. Gorn. Delo. 2015. N 15. P. 57-72 (in Russian). DOI: 10.15593/2224-9923/2015.15.7.
