Тяжелые нефти сегодня составляют до трети мировых запасов углеводородов, но остаются одним из самых сложных видов сырья. Высокая вязкость, большое содержание серы, смол и асфальтенов делают их трудными в добыче, транспортировке и переработке. По мере истощения легких запасов именно такие нефти становятся ключевым резервом для нефтяной отрасли — при условии, что удается эффективно снижать их вязкость и получать больше ценных фракций.
Исследователи Томского государственного университета совместно с Институтом химии нефти СО РАН и Томским политехническим университетом предложили новый каталитический метод переработки тяжелой нефти, сообщила пресс-служба Минобрнауки РФ. Результаты работы, опубликованные в научном журнале, показывают, что технология позволяет почти на 40% увеличить выход бензиновых и дизельных фракций и одновременно существенно снизить вязкость сырья.
В основе метода лежит биметаллический катализатор на основе никеля и кобальта, который формируется непосредственно в процессе переработки. Его предшественники растворяют в ацетоне и вводят в нефть. Никель ускоряет разрушение тяжелых высокомолекулярных компонентов, кобальт подавляет их повторную конденсацию в кокс, а ацетон обеспечивает равномерное распределение катализатора и сам участвует в реакциях.
Эксперименты проводились на нефти Зюзеевского месторождения в Татарстане, отличающейся высоким содержанием серы — 4,53%, смолисто-асфальтеновых компонентов — 31,9% и низкой долей легких фракций — 30,8%. После обработки выход бензиновых и дизельных фракций увеличился на 36,1%, вязкость снизилась в 5,4 раза — с 743 до 138 мм²/с. Выход газа и кокса сократился в 1,6 раза, а содержание серы в жидких продуктах уменьшилось на 44%.
Ученые наблюдали синергетический эффект, когда никель ускоряет разрушение тяжелых смол и асфальтенов, а кобальт подавляет их повторную конденсацию в кокс. Ацетон же играет ключевую роль: он не только идеально распределяет катализатор в сырье, но и сам участвует в реакциях, интегрируясь в состав получаемых углеводородов и дополнительно замедляя образование кокса. В качестве растворителя, помимо ацетона, мы изучали также воду и этанол. Ацетон показал наилучшие результаты, а поскольку расход его невелик — около 4 кг на тонну нефти, его использование является экономически оправданным.
Таким образом, разработанный томскими учеными метод позволяет получать из тяжелого сырья так называемую синтетическую нефть, свойства которой — пониженная вязкость, высокая доля светлых фракций, малое содержание серы и кокса — близки к характеристикам легких и средних нефтей.
На данный момент аналогичные результаты экспериментов получены уже для трех нефтей, которые отличаются по физико-химическим свойствам.
Сейчас мы увеличиваем сырьевую базу и проводим дополнительные исследования, чтобы с большей уверенностью говорить об универсальности метода. Кроме того, стараемся масштабировать процесс на проточной установке, имитирующей установки непосредственно на нефтеперерабатывающих заводах. Но уже ясно, что исследуемые нами процессы можно использовать на существующих мощностях отечественных НПЗ без их существенной модернизации. А необходимые реактивы, в том числе используемый прекурсор катализатора, производятся на территории России, что облегчит их поставки на предприятия.
Аналогов подобных работ в мире насчитывается немного, отмечают томские исследователи. Так, известны аналогичные подходы в нефтяной промышленности США и Китая — там на стадии добычи нефти в пласт закачивают схожие прекурсоры катализаторов. Однако остается ряд моментов, которые ученым еще предстоит изучить.
Помимо предстоящего масштабирования исследований, с научной точки зрения в нашей работе стоит вопрос образования активной фазы катализатора в процессе переработки тяжелой нефти. Какие компоненты или соединения способствуют их образованию, остается ключевым вопросом.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что плазма поможет очистить нефть от воды перед транспортировкой.
