Томские ученые нашли способ эффективного «превращения» тяжелой нефти в легкую
Ученые Томского государственного университета (ТГУ) совместно с коллегами из Института химии нефти СО РАН и ТПУ разработали новый эффективный метод переработки тяжелой нефти. Использование биметаллического катализатора на основе никеля и кобальта в сочетании с ацетоном позволило на 36 % увеличить выход легких и ценных фракций, таких как бензин и дизель, и резко снизить вязкость тяжелых нефтей.
Тяжелые нефти составляют до трети мировых запасов углеводородов. В условиях постоянно растущего спроса на нефтепродукты и истощения запасов легких углеводородов тяжелая нефть рассматривается как альтернативный источник энергии для удовлетворения потребностей мирового рынка. Но несмотря на значительные запасы этого сырья, его добыча, транспортировка и переработка затруднены — высокая вязкость, большое количество серы и смолисто-асфальтеновых веществ делают это сырье малоценным и сложным в обработке.
Эти обстоятельства стимулируют разработку современных технологий по снижению вязкости тяжелых нефтей за счет разрушения ее высокомолекулярных компонентов. Во многом это зависит от эффективности применяемых при этом катализаторов.
Авторы исследования предложили использовать для крекинга тяжелой нефти биметаллические катализаторы на основе никеля и кобальта. Они формируются in situ — прямо в процессе переработки своих предшественников – солей этих металлов, растворенных в ацетоне. Использование такого простого органического растворителя привело к прорывным результатам.
«Мы наблюдали синергетический эффект. 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», — объяснили авторы работы.
Эксперимент, проведенный на тяжелой нефти Зюзеевского месторождения (Республика Татарстан) показал, что новый метод увеличивает выход легких фракций (бензиновых и дизельных) на 36,1 %. Вязкость нефти при этом снизилась в 5,4 раза, количество вредных побочных продуктов — газа и кокса — сократился в 1,6 раза, а содержание серы упало на 44 %. На данный момент аналогичные результаты получены уже для трех нефтей, различающихся по своим 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», — отметил один из авторов исследования, старший научный сотрудник Институт химии нефти СО РАН Никита Свириденко.
«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», — добавила доцент кафедры физической и коллоидной химии химического факультета ТГУ Мария Грабченко.
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. По оценкам ученых, внедрение этой технологии позволит эффективно перерабатывать тяжелые высоковязкие запасы нефти на существующих заводах даже без их модернизации. При этом сократятся расходы на дорогостоящие вторичные процессы очистки и увеличится общий выход востребованного топлива.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России.