Выпуск 1, 2026 >

Кинетика карбонизации асфальтенов из остатков вакуумной перегонки и термического крекинга

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Научный центр «Проблем переработки минеральных и техногенных ресурсов»

doi: 10.65402/npnh.2026.1.001
УДК: 665.642.4
Выпуск №1 2026 г.
Страницы 3-10
Дата поступления рукописи в редакцию: 16.12.2025 г.
Дата принятия рукописи в печать: 27.01.2026 г.

Аннотация

Представлены результаты сравнительной оценки кинетики карбонизации асфальтенов, выделенных из вакуумного остатка (гудрона) перегонки смеси западносибирских нефтей и продукта его лёгкого термического крекинга (крекинг-остатка). Эффективная энергия активации Еа карбонизации асфальтенов была определена из неизотермических экспериментов с использованием изоконверсионных методов Фридмана, Озавы-Флинна-Уолла и Киссинджера-Акахира-Суносе. Для последнего метода при конверсии по потере веса от 0,05 до 0,45 Еа (эфф.) составила 166,2–221,2 кДж/моль для асфальтенов остатка вакуумной перегонки и 108,9–181,7 кДж/моль для асфальтенов крекинг-остатка. Предэкспоненциальный фактор k0 процесса карбонизации изменяется от 1,01·10⁸ до 4,39·10¹⁰ мин⁻¹ и от 2,08·10⁴ до 2,50·10⁸ мин⁻¹ для асфальтенов, выделенных из остатка вакуумной перегонки и крекинг-остатка соответственно. Сравнительные результаты исследований показывают, что асфальтены крекинг-остатка в полтора-два раза более реакционноспособны на начальной стадии карбонизации с образованием нефтяного кокса, но на заключительной стадии при более высоких температурах существенно более реакционноспособны асфальтены остатка вакуумной перегонки.

Ключевые слова: термогравиметрия, кинетический анализ, эффективная энергия активации, асфальтены, нефтяной кокс

Для цитирования:

Рудко В.А., Шариков Ф.Ю., Ивкин А.С. Кинетика карбонизации асфальтенов из остатков вакуумной перегонки и термического крекинга // Нефтепереработка и нефтехимия, 2026, № 1, С. 3-10. DOI 10.65402/npnh.2026.1.001.

Список литературы

  1. Zhang Y. et al. Mechanisms of Asphaltene Aggregation: Puzzles and a New Hypothesis // Energy & Fuels. 2020. Vol. 34, № 8. P. 9094-9107. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.0c01564.
  2. Speight J.G. Petroleum asphaltenes – Part 2: The effect of asphaltenes and resin constituents on recovery and refining processes // Oil Gas Sci. Technol. 2004. Vol. 59, № 5. P. 479-488. DOI: 10.2516/ogst.
  3. Speight J.G. Refinery Feedstocks. CRC Press – Taylor & Francis Group, 2021. 356 p.
  4. Guida P. et al. Chemical Kinetics of Asphaltene Pyrolysis // Energy & Fuels. 2021. Vol. 35, № 10. P. 8672-8684. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.0c04358.
  5. Saitova A., Strokin S., Ancheyta J. Evaluation and comparison of thermodynamic and kinetic parameters for oxidation and pyrolysis of Yarega heavy crude oil asphaltenes // Fuel. 2021. Vol. 297. P. 120703. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.120703.
  6. AlHumaidan F.S. et al. Pyrolysis of Asphaltenes Derived from Residual Oils and Their Thermally Treated Pitch // ACS Omega. 2020. Vol. 5, № 38. P. 24412-24421. DOI: 10.1021/acsomega.0c02792.
  7. Halim H.P., Im J.S., Lee C.W. Preparation of needle coke from petroleum by-products // Carbon Lett. 2013. Vol. 14, № 3. P. 152-161. DOI: 10.5714/CL.2013.14.3.152.
  8. Mochida I. et al. Optimization of carbonization conditions for needle coke production from a low-sulphur petroleum vacuum residue // J. Mater. Sci. 1988. Vol. 23, № 1. P. 298-304. DOI: 10.1007/BF01174069.
  9. Gorlanov Е.S., Leontev L.I. Directions in the technological development of aluminium pots // J. Min. Inst. 2024. Vol. 266. P. 246-259.
  10. Trejo F., Rana M.S., Ancheyta J. Thermogravimetric determination of coke from asphaltenes, resins and sediments and coking kinetics of heavy crude asphaltenes // Catal. Today. 2010. Vol. 150, № 3-4. P. 272-278. DOI: 10.1016/j.cattod.2009.07.091.
  11. Abdul Jameel A.G. et al. Heavy fuel oil pyrolysis and combustion: Kinetics and evolved gases investigated by TGA-FTIR // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2017. Vol. 127. P. 183-195. DOI: 10.1016/j.jaap.2017.08.008.
  12. Boytsova A., Kondrasheva N., Ancheyta J. Pyrolysis Kinetics of Heavy Oil Asphaltenes under Steam Atmosphere at Different Pressures // Energy & Fuels. 2018. Vol. 32, № 2. P. 1132-1138. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.7b02716.
  13. Lebedev A.B., Sizyakov V.M., Sharikov F.Y. Optimization of pelletizing conditions for ferruginous quartzites using red mud and calcined petroleum coke additives // Obogashchenie Rud. 2024. № 5. P. 44-51. DOI: 10.17580/or.2024.05.08.
  14. Savchenkov S., Beloglazov I. Features of the Process Obtaining of Mg-Zn-Y Master Alloy by the Metallothermic Recovery Method of Yttrium Fluoride Melt // Crystals. 2022. Vol. 12, № 6. P. 771. DOI: 10.3390/cryst12060771.
  15. Sverguzova S. et al. Electric steelmaking dust as a raw material for coagulant production // J. Min. Inst. 2023. Vol. 260. P. 279-288. DOI: 10.31897/PMI.2023.23.
  16. Albagachiev A.Y., Sidorov M.I., Stavrovsky M.E. Topochemical kinetics of external frictionduringmechanical and thermal activationof the friction contact // J. Min. Inst. 2018. Vol. 231. P. 312-316. DOI: 10.25515/PMI.2018.3.312.
  17. Prishchepa O.M. et al. Thermodynamic modelling as a basis for forecasting phase states of hydrocarbon fluids at great and super-great depths // J. Min. Inst. 2024. Vol. 269. P. 815-832.
  18. Popov G.G. et al. Effect of Hydrogenation on Hardness of Metallic Materials Used in Oil and Gas Industry // Int. J. Eng. 2025. Vol. 38, № 2. P. 295-303. DOI: 10.5829/ije.2025.38.02b.04.
  19. Gonçalves M.L.A. et al. Contribution of Thermal Analysis For Characterization of Asphaltenes From Brazilian Crude Oil // J. Therm. Anal. Calorim. 2001. Vol. 64. P. 697-706. DOI: 10.1023/A.
  20. Barneto A.G., Carmona J.A., Garrido M.J.F. Thermogravimetric assessment of thermal degradation in asphaltenes // Thermochim. Acta. 2016. Vol. 627-629. P. 1-8. DOI: 10.1016/j.tca.2016.02.004.
  21. Barbooti M.M., Al-Madfai S.H., Al-Sammerrai D.A. Thermogravimetric characterization of Quayarah heavy crude oils // J. Therm. Anal. 1986. Vol. 31, № 2. P. 253-260. DOI: 10.1007/BF01911056.
  22. Smyshlyaeva K.I. et al. Asphaltene genesis influence on the low-sulfur residual marine fuel sedimentation stability // Fuel. 2022. Vol. 328. P. 125291. DOI: 10.1016/j.fuel.2022.125291.
  23. Sultanbekov R., Schipachev A. Manifestation of incompatibility of marine residual fuels: a method for determining compatibility, studying composition of fuels and sediment // J. Min. Inst. 2022. Vol. Online fir. DOI: 10.31897/PMI.2022.56.
  24. Zhang Y. et al. Separation and thermal conversion of group components from medium-low-temperature coal tar pitch // Asia-Pacific J. Chem. Eng. 2023. Vol. 18, № 5. DOI: 10.1002/apj.2958.
  25. Povarov V., Efimov I. Use of the UNIFAC model in the calculation of physicochemical properties of ecotoxicants for technological and ecoanalytical purposes // J. Min. Inst. 2023. Vol. 260. P. 238-247. DOI: 10.31897/PMI.2023.41.
  26. Gorlanov E.S. et al. Carbon-based composite electrodes C – TiC/TiB2. Part 1. Synthesis and oxidizability of composites // Non-ferrous Met. 2024. № 2. P. 14-23. DOI: 10.17580/nfm.2024.02.03.
  27. Svakhina Y.A., Titova M.E., Pyagay I.N. Products of Apatite-Nepheline Ore Processing in the Synthesis of Low-Modulus Zeolites // Indones. J. Sci. Technol. 2023. Vol. 8, № 1. P. 49-64. DOI: 10.17509/ijost.v8i1.51979.
  28. Friedman H.L. Kinetics of thermal degradation of char-forming plastics from thermogravimetry. Application to a phenolic plastic // J. Polym. Sci. Part C Polym. Symp. 1964. Vol. 6, № 1. P. 183-195. DOI: 10.1002/polc.5070060121.
  29. Ozawa T. A New Method of Analyzing Thermogravimetric Data // Bull. Chem. Soc. Jpn. 1965. Vol. 38, № 11. P. 1881-1886. DOI: 10.1246/bcsj.38.1881.
  30. Flynn J.H., Wall L.A. A quick, direct method for the determination of activation energy from thermogravimetric data // J. Polym. Sci. Part B Polym. Lett. 1966. Vol. 4, № 5. P. 323-328. DOI: 10.1002/pol.1966.110040504.
  31. Kissinger H.E. Reaction Kinetics in Differential Thermal Analysis // Anal. Chem. 1957. Vol. 29, № 11. P. 1702-1706. DOI: 10.1021/ac60131a045.
  32. Akahira T., Sunose T. Transactions of Joint Convention of Four Electrical Institutes. 1969. 246 p.
  33. Schucker R.C. Thermogravimetric determination of the coking kinetics of Arab heavy vacuum residuum // Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 1983. Vol. 22, № 4. P. 615-619. DOI: 10.1021/i200023a011.
  34. Shih S.-M., Sohn H.Y. Nonisothermal Determination of the Intrinsic Kinetics of Oil Generation from Oil Shale // Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 1980. Vol. 19, № 3. P. 420-426. DOI: 10.1021/i260075a016.
  35. Starink M.J. The determination of activation energy from linear heating rate experiments: a comparison of the accuracy of isoconversion methods // Thermochim. Acta. 2003. Vol. 404, № 1-2. P. 163-176. DOI: 10.1016/S0040-6031(03)00144-8.