ГИДРОПЕРЕРАБОТКА ТЯЖЕЛОЙ НЕФТИ: ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ И КАТАЛИЗАТОРА NiCrWC НА СОСТАВ ПРОДУКТА И ТРАНСФОРМАЦИЮ СМОЛИСТО-АСФАЛЬТЕНОВЫХ КОМПОНЕНТОВ
Аннотация
Переработка тяжелых нефтей с целью получения менее вязкого «синтетического масла», обогащенного легкими фракциями, является актуальной проблемой. В данной работе рассматриваются каталитический крекинг и гидропереработка тяжелой нефти в присутствии катализаторов на основе порошка карбида вольфрама и нихрома. Установлено, что каталитический крекинг дополнительно образует 9,8% легких фракций по сравнению с термическим крекингом и 30,6% мас. по сравнению с исходной нефтью, ускоряя образование побочных продуктов. Деструкция смолисто-асфальтеновых компонентов составляет более 60% отн. Выявлено, что при гидропереработке тяжелой нефти в присутствии NiCrWC катализатора с увеличением давления водорода от 0,1 до 3,0 МПа образуется большее количество легких фракций, достигающее 61,8% мас., и меньший выход побочных продуктов. После гидропереработки молекулы смол и асфальтенов становятся более ароматизированными и конденсированными (низкое H/C и высокая fa). Отмечено, что при давлении 1,0 МПа преобладают реакции десульфуризации, степень удаления серы составляет 65% отн. С помощью рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии установлено, что поверхностные оксиды никеля и хрома образуют сульфиды при взаимодействии с серосодержащими компонентами тяжелой нефти. Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии установлено, что карбидная форма вольфрама стабилизируется поверхностным кислородом, который удаляется в процессе гидрообработки.
Для цитирования:
Свириденко Н.Н., Акимов А.С., Акимов Ал.С., Свириденко Ю.А., Уразов Х.Х., Фролова У.А. Гидропереработка тяжелой нефти: влияние давления и катализатора NiCrWC на состав продукта и трансформацию смолисто-асфальтеновых компонентов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 7. С. 33-43. DOI: 10.6060/ivkkt.20266907.12t.
Литература
Okunev A.G., Parkhomchuk E.V., Lysikov A.I., Parunin P.D., Semeikina V.S., Parmon V.N. Catalytic hy-droprocessing of heavy oil feedstocks. Usp. Khim. 2015. V. 84. N 9. P. 981-999. DOI: 10.1070/RCR4486.
Zhao F., Liu Y., Lu N., Xu T., Zhu G., Wang K. A review on upgrading and viscosity reduction of heavy oil and bitumen by underground catalytic cracking. Energy Rep. 2021. V. 7. P. 4249-4272. DOI: 10.1016/j.egyr.2021.06.094.
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 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246708.6t.
Morelos Santos O., Reyes de la Torre A.I., Melo Banda J.A., Schacht Hernández P., Portales Martínez B., Soto Escalante I., José Yacamán M. A novel direct method in one step for catalytic heavy crude oil upgrading using iron oxide nanoparticles. Catal. Today. 2022. V. 392–393. P. 60-71. DOI: 10.1016/j.cattod.2021.04.024.
Cheshkova T., Sergun V.P., Kovalenko E.Yu., Gerasi-mova N.N., Sagachenko T.A., Min R.S. Resins and as-phaltenes of light and heavy oils: their composition and structure. Energy Fuels. 2019. V. 33. P. 7971-7982. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.9b00285.
Korneev D., Fialkovsky I. Thermolytic Synthesis of Asphaltene-like Nitrogenous Bases and Study of Their Aggregative Stability. Processes. 2024. V. 12. N 7. P. 1448. DOI: 10.3390/pr12071448.
Kondoh H., Tanaka K., Nakasaka Y., Tago T., Masuda T. Catalytic cracking of heavy oil over TiO₂–ZrO₂ catalysts under superheated steam conditions. Fuel. 2016. V. 167. P. 288-294. DOI: 10.1016/j.fuel.2015.11.075.
Wei L., Wang H., Dong Q., Li Y., Xiang H. A Review on the Research Progress of Zeolite Catalysts for Heavy Oil Cracking. Catalysts. 2025. V. 15. N 4. P. 401. DOI: 10.3390/catal15040401.
Pan M., Zheng J., Liu Y., Ning W., Tian H., Li R. Con-struction and practical application of a novel zeolite cata-lyst for hierarchically cracking of heavy oil. J. Catal. 2019. V. 369. P. 72-85. DOI: 10.1016/j.jcat.2018.10.032.
Mukhamatdinov I.I., Saif S.M.A., Ali M.O.N., Mukhamatdinova R.E., Affane B., Vakhin A.V., Tsvetkov S.V., Protsenko A.N., Volkov D.A. Development of a catalyst based on metal tallates for intensification of heavy oil production. J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2025. V. 189. P. 107058. DOI: 10.1016/j.jaap.2025.107058.
Li F., Wang X., Pan H., Li Q., Yang J. Preparation of disk like α-Fe₂O₃ nanoparticles and their catalytic effect on extra heavy crude oil upgrading. Fuel. 2019. V. 251. P. 644-650. DOI: 10.1016/j.fuel.2019.04.048.
Tanimu A., Tanimu G., Alasiri H., Aitani A. Catalytic cracking of crude oil: Mini review of catalyst formulations for enhanced selectivity to light olefins. Energy Fuels. 2022. V. 36. P. 5152-5166. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.2c00567.
Tian Y., He X., Chen X., Qiao C., Wang H., Diao Z., Liu G. Transition metal modified hierarchical ZSM 5 nanosheet for catalytic cracking of n pentane to light olefins. Fuel. 2024. V. 363. P. 130902. DOI: 10.1016/j.fuel.2024.130902.
Shi Q., Zhao S., Zhou Y., Gao J., Xu C. Development of heavy oil upgrading technologies in China. Rev. Chem. Eng. 2019. V. 36. P. 1-19. DOI: 10.1515/revce 2017-0077.
Mukhamatdinov I. I., Salih I.Sh., Vakhin A. V. Changes in the subfractional composition of heavy oil asphaltenes under aquathermolysis with oil-soluble CO-based catalyst. Petrol. Sci. Technol. 2019. V. 37. P. 1589-1595. DOI: 10.1080/10916466.2019.1594287.
Suganuma S., Arita K., Nakano F., Tsuji E., Katada N. Adsorption kinetics in removal of basic nitrogen con-taining compounds from practical heavy oils by amorphous silica alumina. Fuel. 2020. V. 266. P. 117055. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.117055.
Chen X., Li T., Xin L., Yang Y., Shan H., Yang C. Inductive effect of basic nitrogen compounds on coke formation during the catalytic cracking process. Catal. Commun. 2016. V. 74. P. 95-98. DOI: 10.1016/j.catcom.2015.11.008.
Al Attas T. A., Ali S. A., Zahir M. H., Xiong Q., Al Bogami S. A., Malaibari Z. O., Razzak S. A., Hossain M. M. Recent Advances in Heavy Oil Upgrading using Dispersed Catalysts. Energy Fuels. 2019. V. 33. P. 7917-7949. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.9b01532.
Urazov Kh. Kh., Sviridenko N. N. NiO based catalysts obtained “in situ” for heavy crude oil upgrading: effect of NiO precursor on the catalytic cracking products compo-sition. J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 2021. V. 127. P. 151-156. DOI: 10.1016/j.jtice.2021.07.044.
Aliev F. A., Mukhamatdinov I. I., Sitnov S. A., Zi-ganshina M. R., Onishchenko Y. V., Sharifullin A. V., Vakhin A. V. In Situ Heavy Oil Aquathermolysis in the Presence of Nanodispersed Catalysts Based on Transition Metals. Processes. 2021. V. 9. N 1. P. 127. DOI: 10.3390/pr9010127.
Sviridenko N. N., Golovko A. K., Kirik N. P., Anshitz A. G. Upgrading of heavy crude oil by thermal and cata-lytic cracking in the presence of NiCr/WC catalyst. J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 2020. V. 112. P. 97-105. DOI: 10.1016/j.jtice.2020.06.018.
Sviridenko N. N., Akimov A. S. Effect of pre oxidation of dispersed catalysts on heavy oil cracking. Pet. Sci. Technol. 2023. V. 41. N 11. P. 1147-1161. DOI: 10.1080/10916466.2022.2091599.
Sviridenko N. N., Urazov Kh. Kh. Catalytic upgrading of heavy oil from the Ashalchinskoye oilfield. Pet. Sci. Technol. 2023. V. 41. N 20. P. 1918-1933. DOI: 10.1080/10916466.2022.2104872.
Walton J., Fairley N. Noise reduction in X ray photoelectron spectromicroscopy by a singular value decompo-sition sorting procedure. J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 2005. V. 148. N 1. P. 29-40. DOI: 10.1016/j.elspec.2005.02.003.
Poletaeva O.Yu., Kolchina G.Yu., Leontev A.Yu., Babayev E.R., Movsumzade E.M. Study of composition of high-viscous 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.
Sviridenko N.N., Urazov K.K., Korneev D.S. Asphaltene transformation during thermal cracking of heavy oils. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2025. V. 68. N 8. P. 75-83 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20256808.12t.
Urazov K. K., Sviridenko N. N., Sviridenko Y. A., Utyaganova V. R. Influence of a precursor catalyst on the composition of products in catalytic cracking of heavy oil. Energies. 2024. V. 17. P. 2016. DOI: 10.3390/en17092016.
Kaichev V. V., Teschner D., Saraev A. A., Kosolobov S. S., Gladky A. Y., Prosvirin I. P., Rudina N. A., Ayupov A. B., Blume R., Hävecker M., Knop Gericke A., Schlög R., Latyshev A. V., Bukhtiyarov V. I. Evolution of self sustained kinetic oscillations in the catalytic oxidation of propane over a nickel foil. J. Catal. 2016. V. 334. P. 23-33. DOI: 10.1016/j.jcat.2015.11.009.
Kosova N. V., Devyatkina E. T., Kaichev V. V. Mixed layered Ni–Mn–Co hydroxides: Crystal structure, electronic state of ions, and thermal decomposition. J. Power Sourc. 2007. V. 174. P. 735-740. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2007.06.109.
Carley A. F., Jackson S. D., O’Shea J. N., Roberts M. W. The formation and characterisation of Ni³⁺ - an X ray photoelectron spectroscopic investigation of potassium doped Ni(110)-O. Surf. Sci. 1999. V. 440. P. L868-L874. DOI: 10.1016/S0039 6028(99)00872-9.
Maetaki A., Yamamoto M., Matsumoto H., Kishi K. The preparation of ultra-thin chromium-vanadium oxides on Cu(100) studied by XPS and LEED. Surf. Sci. 2000. V. 445. P. 80-88. DOI: 10.1016/S0039 6028(99)010444.
Bullen H. A., Garrett S. J. Epitaxial growth of CrO₂ thin films on TiO₂(110) surfaces. Chem. Mater. 2002. V. 14. P. 243–248. DOI: 10.1021/cm0105256.
Xie F. Y., Gong L., Liu X., Tao Y. T., Zhang W. H., Chen S. H., Meng H., Chen J. XPS studies on surface reduction of tungsten oxide nanowire film by Ar⁺ bom-bardment. J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 2012. V. 185. P. 112-118. DOI: 10.1016/j.elspec.2012.01.004.
Lewin E., André B., Urbonaite S., Wiklund U., Jans-son U. Synthesis, structure and properties of Ni alloyed TiCₓ based thin films. J. Mater. Chem. 2010. V. 20. P. 5950-5960. DOI: 10.1039/C0JM00592D.
Ma S., Deng Y., Xie J., He K., Liu W., Chen X., Li X. Noble metal free Ni₃C cocatalysts decorated CdS nanosheets for high efficiency visible light driven photo-catalytic H₂ evolution. Appl. Catal. B: Environ. 2018. V. 227. P. 218-228. DOI: 10.1016/j.apcatb.2018.01.031.
McIntyre N. S., Spevack P. A., Beamson G., Briggs D. Effects of argon ion bombardment on basal plane and polycrystalline MoS₂. Surf. Sci. 1990. V. 237. P. L390-L397. DOI: 10.1016/0039 6028(90)90508-6.
Siriwardane R. V., Cook J. M. Interactions of SO₂ with sodium deposited on silica. J. Colloid Interface Sci. 1985. V. 108. P. 414-422. DOI: 10.1016/00219797(85)902802.
