Особенности состава и структуры асфальтенов и смол остаточного продукта комбинированного термо- и гидрокрекинга гудрона в суспензионной фазе

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Впервые исследован состав асфальтенов и смол концентрированного остатка гидрокрекинга гудрона (КОГГ), получаемого по технологии комбинированного термо- и гидрокрекинга в суспензионной фазе. Содержание асфальтенов в КОГГ составляет 48,6 мас.%, а смол — 14,3 мас.%. Сопоставительный анализ асфальтенов и смол КОГГ методами ИК-спектроскопии, масс-спектрометрии матрично-активированной лазерной десорбции/ионизации (МАЛДИ), элементного анализа, ТГА, ЭПР и ААС позволил выявить основные особенности их состава и структуры в сравнении с соответствующими компонентами в исходном гудроне. В результате показано, что асфальтены и смолы КОГГ отличаются от соответствующих компонентов исходного гудрона меньшей молекулярной массой, более высокой долей ароматических и конденсированных структур и более чем в 30 раз сниженным содержанием ванадия и никеля. Полученные результаты позволяют предположить, что в составе асфальтенов и смол КОГГ в основном присутствуют новообразованные за счет поликонденсации компоненты, а также определенные полиароматические структуры, которые не могут быть конвертированы в дистилляты в условиях гидрокрекинга.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Махмут Ренатович Якубов

ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Казанский НЦ РАН»

Author for correspondence.
Email: yakubovmr@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0504-5569
SPIN-code: 1937-2391

д. х. н., доцент; Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова

Russian Federation, Казань, 420088

Алексей Александрович Храмов

АО «ТАИФ-НК»

Email: yakubovmr@mail.ru
ORCID iD: 0009-0003-8870-0457
Russian Federation, Нижнекамск, 423574 Татарстан

Марат Ринатович Идрисов

АО «ТАИФ-НК»

Email: yakubovmr@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0997-2872
SPIN-code: 8739-6447

к. т. н.

Russian Federation, Нижнекамск, 423574 Татарстан

Юлия Юрьевна Борисова

ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Казанский НЦ РАН»

Email: yakubovmr@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1677-3668
SPIN-code: 2400-4890

к. х. н.; Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова

Russian Federation, Казань, 420088

Дмитрий Николаевич Борисов

ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Казанский НЦ РАН»

Email: yakubovmr@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3755-7764
SPIN-code: 2385-7552

к. х. н.; Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова

Russian Federation, Казань, 420088

Светлана Габидуллиновна Якубова

ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Казанский НЦ РАН»

Email: yakubovmr@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2845-2573
SPIN-code: 9490-4620

к. х. н.; Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова

Russian Federation, Казань, 420088

Эльвира Габидулловна Тазеева

ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Казанский НЦ РАН»

Email: yakubovmr@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6419-708X
SPIN-code: 4802-3772

Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова

Russian Federation, Казань, 420088

Дамир Ильдарович Тазеев

ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Казанский НЦ РАН»

Email: yakubovmr@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7074-6508
SPIN-code: 8875-2280

к. х. н.; Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова

Russian Federation, Казань, 420088

References

  1. Максимов А.Л., Зекель Л.А., Кадиева М.Х., Гюльмалиев А.М., Дандаев А.У., Батов А.Е., Висалиев М.Я., Кадиев Х.М. Оценка активности дисперсных катализаторов в реакциях гидрокрекинга углеводородного сырья // Нефтехимия. 2019. Т. 59, № 5. C. 516–523. https://doi.org/10.1134/S0028242119050101 [Maksimov A.L., Zekel L.A., Kadieva M.K., Gulma-liev A.M., Dandaev A.U., Batov A.E., Visaliev M.Y., Kadiev K.M. Assessment of the activity of dispersed catalyst in hydrocracking reactions of hydrocarbonaceous feedstock // Petrol. Chem. 2019. V. 59, № 9. P. 968–974. https://doi.org/10.1134/S096554411909010X]
  2. Окунев А.Г., Пархомчук Е.В., Лысиков А.И., Парунин П.Д., Семейкина В.С., Пармон В.Н. Каталитическая гидропереработка тяжелого нефтяного сырья // Успехи химии. 2015. Т. 84, № 9. С. 981–999. https://doi.org/10.1070/RCR4486 [Okunev A.G., Parkhomchuk E.V., Lysikov A.I., Parunin P.D., Semeykina V.S., Parmon V.N. Catalytic hydroprocessing of heavy oil feedstocks // Russ. Chem. Rev. V. 84, № 9. P. 991–999. https://doi.org/10.1070/RCR4486]
  3. Pham D.V., Nguyen N.T., Kang K.H., Seo P.W., Yun D., Phan P.D., Park Y.K., Park S. Comparative study of single-and two-stage slurry-phase catalytic hydrocracking of vacuum residue for selective conversion of heavy oil // Catalysis Today. 2024. V. 426. ID114391. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2023.114391
  4. 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, № 9. P. 7917–7949. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.9b01532
  5. Prajapati R., Kohli K., Maity S.K. Slurry phase hydrocracking of heavy oil and residue to produce lighter fuels: An experimental review // Fuel. 2021. V. 288. ID119686. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119686
  6. Sahu R., Song B.J., Im J.S., Jeon Y.P., Lee C.W. A review of recent advances in catalytic hydrocracking of heavy residues // J. Ind. Eng. Chem. 2015. V. 27. P. 12–24. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2015.01.011
  7. Kapustin V., Chernysheva E., Khakimov R. Comparison of moving-bed catalytic tar hydrocracking processes // Processes. 2021. V. 9, № 3. ID500. https://doi.org/10.3390/pr9030500
  8. Konovnin A.A., Presnyakov V.V., Shigabutdinov R.A., Akhunov R.N., Idrisov M.R., Novikov M.A., Khramov A.A., Urazaikin A.S., Shigabutdinov A.K. Deep processing of heavy resids based on TAIF-NK JSC heavy residue conversion complex // Chem. Technol. Fuels Oils. 2023. V. 59, № 1. P. 1–6. https://doi.org/10.1007/s10553-023-01493-w
  9. Khramov A.A., Idrisov M.R., Presnyakov V.V., Shigabutdinov R.A., Akhunov R.N., Novikov M.A., Konovnin A.A., Urazaikin A.S., Shigabutdinov A.K. Methods of conversion of residual product of combined thermo-and hydrocracking of heavy resid // Chem. Technol. Fuels Oils. 2023. V. 59, № 1. P. 17–21. https://doi.org/10.1007/s10553-023-01496-7
  10. Chacón-Patiño M.L., Blanco-Tirado C., Orrego-Ruiz J.A., Gómez-Escudero A., Combariza M.Y. Tracing the compositional changes of asphaltenes after hydroconversion and thermal cracking processes by high-resolution mass spectrometry. Energy Fuels. V. 29, № 10. P. 6330–6341. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.5b01510
  11. Nguyen M.T., Nguyen D.L.T., Xia C., Nguyen T.B., Shokouhimehr M., Sana S.S., Grace A.N., Aghbashlo M., Tabatabaei M., Sonne C., Kim S.-Y., Lam S.S., Le V.Q. Recent advances in asphaltene transformation in heavy oil hydroprocessing: Progress, challenges, and future perspectives // Fuel Processing Technology. 2021. V. 213. ID106681. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2020.106681
  12. Liu D., Li Z., Fu Y., Zhang Y., Gao P., Dai C., Zheng K. Investigation on asphaltene structures during Venezuela heavy oil hydrocracking under various hydrogen pressures // Energy Fuels. 2013. V. 7. P. 3692–3698. https://doi.org/10.1021/ef4003999
  13. Sun Y.D., Yang C.H., Zhao H., Shan H.H., Shen B.X. Influence of asphaltene on the residue hydrotreating reaction // Energy Fuels. 2010. V. 24, № 9. P. 5008–5011. https://doi.org/10.1021/ef1005385
  14. Nguyen N.T., Kang K.H., Pham H.H., Go K.S., Van Pham D., Seo P.W., Nho N.S., Lee C., Park S. Catalytic hydrocracking of vacuum residue in a semi-batch reactor: Effect of catalyst concentration on asphaltene conversion and product distribution // J. Ind. Eng. Chem. 2021. V. 102. P. 112–121. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2021.06.033
  15. Pham H.H., Nguyen N.T., Go K.S., Park S., Nho N.S., Kim G.T., Lee C.W, Felix G. Kinetic study of thermal and catalytic hydrocracking of asphaltene // Catalysis Today. 2020. V. 353. P. 112–118. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2019.08.031
  16. Ancheyta J., Trejo F., Rana M.S. Asphaltenes: chemical transformation during hydroprocessing of heavy oils. CRC Press, 2010. 461 p. https://doi.org/10.1201/9781420066319
  17. Ok S., Samuel J., Bahzad D., Safa M.A., Hejazi M.A., Trabzon L. The asphaltenes: state-of-the-art applications and future perspectives in materials science // Energy Fuels. 2024. V. 38, № 12. P. 10421–1044. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.4c00060
  18. Kamkar M., Natale G. A review on novel applications of asphaltenes: A valuable waste // Fuel. 2021. V. 285. ID119272. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119272
  19. Enayat S., Tran M.K., Salpekar D., Kabbani M.A., Babu G., Ajayan P.M., Vargas F.M. From crude oil production nuisance to promising energy storage material: Development of high-performance asphaltene-derived supercapacitors // Fuel. 2020. V. 263. ID116641. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.116641
  20. Borisova Y.Y., Minzagirova A.M., Galikhanov M.F., Zaripov R.B., Spiridonova R.R., Yakubov M.R., Borisov D.N. Potential of industrial symbiosis of petroleum residues and recycled polyethylene // Petrol. Sci. Technol. 2024. P. 1–18. https://doi.org/10.1080/10916466.2024.2353279
  21. Borisova Y.Y., Minzagirova A.M., Gilmanova A.R., Galikhanov M.F., Borisov D.N., Yakubov M.R. Heavy oil residues: application as a low-cost filler in polymeric materials // Civil Engineering J. 2019. V. 5, № 12. P. 2554–2568. http://doi.org/10.28991/cej-2019-03091432
  22. Pripakhaylo A.V., Tsypakin A.A., Klam A.A., Andreichev A.L., Timerbaev A.R., Shapovalova O.V., Magomedov R.N. Polyacrylonitrile composites blended with asphalt as a low-cost material for producing synthetic fibers: rheology and thermal stability // Materials. 2024. V. 17, № 23. P. 5725. https://doi.org/10.3390/ma17235725
  23. Борисова Ю.Ю., Мусин Л.И., Борисов Д.Н., Якубов М.Р. Экстракционное выделение высококонденсированных полиароматических компонентов из нефтяных асфальтенов // Нефтехимия. 2021. Т. 61, № 3. C. 311–318. https://doi.org/10.31857/S0028242121030023 [Borisova Y.Y., Musin L.I., Borisov D.N., Yakubov M.R. Extraction of highly condensed polyaromatic components from petroleum asphaltenes // Petrol. Chem. 2021. V. 61. P. 424–430. https://doi.org/10.1134/S0965544121050029]
  24. Borisova Y.Y., Tazeeva E.G., Mironov N.A., Borisov D.N., Yakubova S.G., Abilova G.R., Sinyashin K.O., Yakubov M.R. Role of vanadylporphyrins in the flocculation and sedimentation of asphaltenes of heavy oils with high vanadium content // Energy Fuels. 2017. V. 31, № 12. P. 13382–13391. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.7b02544
  25. Кадиев Х.М., Зекель Л.А., Кадиева М.Х., Гюльмалиев А.М., Батов А.Е., Висалиев М.Я., Дандаева А.У., Магамодов Э.Э., Кубрин Н.А. Поведение ванадия и никеля при гидроконверсии гудрона в присутствии суспензий наноразмерных катализаторов // Нефтехимия. 2020. Т. 60, № 5. С. 619–629. https://doi.org/10.31857/S0028242120050135 [Kadiev K.M., Zekel L.A., Kadieva M.K., Gulmaliev A.M., Batov A.E., Visaliev M.Y., Dandaev A.U., Magamadov E.E., Kubrin N.A. Behavior of vanadium and nickel in hydroconversion of vacuum tower bottoms over nanosized slurry catalysts // Petrol. Chem. 2020. V. 60, № 9. P. 1009–1018. https://doi.org/10.1134/S0965544120090133]
  26. Якубов М.Р., Синяшин К.О., Абилова Г.Р., Тазеева Э.Г., Милордов Д.В., Якубова С.Г., Борисов Д.Н., Грязнов П.И., Миронов Н.А., Борисова Ю.Ю. Дифференциация тяжелых нефтей по содержанию ванадия и никеля в асфальтенах и смолах // Нефтехимия. 2017. Т. 57, № 5. С. 525–531. https://doi.org/10.7868/S0028242117050197 [Yakubov M.R., Sinyashin K.O., Abilova G.R., Tazeeva E.G., Milordov D.V., Yakubova S.G., Borisov D.N, Gryaznov P.I., Mironov N.A., Borisova Y.Y. Differentiation of heavy oils according to the vanadium and nickel content in asphaltenes and resins // Petrol. Chem. 2017. V. 57, № 10. P. 849–854. https://doi.org/10.1134/S096554411710019X]
  27. Hernández M.S., Coll D.S., Silva P.J. Temperature dependence of the electron paramagnetic resonance spectrum of asphaltenes from Venezuelan crude oils and their vacuum residues // Energy Fuels. 2019. V. 33. № 2. P. 990–997. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.8b03951
  28. Мартьянов О.Н., Ларичев Ю.В., Морозов Е.В., Трухан С.Н., Казарян С.Г. Развитие и применение современных метолов in situ для исследования стабильности нефтяных систем и физико-химических процессов в них // Успехи химии. 2017. Т. 86, № 11. С. 999–1023. https://doi.org/10.1070/RCR4742
  29. Rueda-Velásquez R.I., Freund H., Qian K., Olmstead W.N., Gray M.R. Characterization of asphaltene building blocks by cracking under favorable hydrogenation conditions // Energy Fuels. 2013. V. 27, № 4. P. 1817–1829. https://doi.org/10.1021/ef301521q
  30. León A.Y., Guzman A., Laverde D., Chaudhari R.V., Subramaniam B., Bravo-Suárez J.J. Thermal cracking and catalytic hydrocracking of a colombian vacuum residue and its maltenes and asphaltenes fractions in toluene // Energy Fuels. 2017. V. 31, № 4. P. 3868–3877. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.7b00078

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Appearance of concentrated residue of tar hydrocracking (CRTG).

Download (142KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. MALDI spectra of asphaltenes (a) and resins (b) isolated from tar and COGG.

Download (172KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. IR spectra of asphaltenes (a) and resins (b) (tar components are black, COGG components are red).

Download (261KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. TG/DTG curves of asphaltenes (a) and resins (b) isolated from tar and COGG (solid lines are TG curves, dashed lines are DTG curves).

Download (251KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences