Petroleum ChemistryPetroleum ChemistryНефтехимия0028-24213034-5626The Russian Academy of Sciences68674210.31857/S0028242125020036KLVDLZArticlesСтатьиResearch ArticleОсобенности состава и структуры асфальтенов и смол остаточного продукта комбинированного термо- и гидрокрекинга гудрона в суспензионной фазеОсобенности состава и структуры асфальтенов и смол остаточного продукта комбинированного термо- и гидрокрекинга гудрона в суспензионной фазеhttps://orcid.org/0000-0003-0504-55691937-2391ЯкубовМахмут Ренатович
Russian Federation

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

yakubovmr@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0003-8870-0457ХрамовАлексей Александрович
Russian Federation
yakubovmr@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0997-28728739-6447ИдрисовМарат Ринатович
Russian Federation

к. т. н.

yakubovmr@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1677-36682400-4890БорисоваЮлия Юрьевна
Russian Federation

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

yakubovmr@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3755-77642385-7552БорисовДмитрий Николаевич
Russian Federation

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

yakubovmr@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2845-25739490-4620ЯкубоваСветлана Габидуллиновна
Russian Federation

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

yakubovmr@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6419-708X4802-3772ТазееваЭльвира Габидулловна
Russian Federation

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

yakubovmr@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7074-65088875-2280ТазеевДамир Ильдарович
Russian Federation

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

yakubovmr@mail.ruФГБУН «Федеральный исследовательский центр Казанский НЦ РАН»АО «ТАИФ-НК»150420256521061150507202505072025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0028-2421/article/view/686742

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.

тяжелые нефтяные остаткисуспензионный гидрокрекинггудронасфальтенысмолысоставструктураThe work was carried out using a grant provided in 2024 by the Academy of Sciences of the Republic of Tatarstan (Agreement No. 19/2024-FIP) for the implementation of fundamental and applied scientific work in scientific and educational organizations, enterprises and organizations of the real sector of the economy of the Republic of Tatarstan.Работа выполнена за счет предоставленного в 2024 г. Академией наук Республики Татарстан гранта (Соглашение № 19/2024-ФИП) на осуществление фундаментальных и прикладных научных работ в научных и образовательных организациях, предприятиях и организациях реального сектора экономики Республики Татарстан.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]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]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.2023.114391Al-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.9b01532Prajapati 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.2020.119686Sahu 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.2015.01.011Kapustin V., Chernysheva E., Khakimov R. Comparison of moving-bed catalytic tar hydrocracking processes // Processes. 2021. V. 9, № 3. ID500. https://doi.org/10.3390/pr9030500Konovnin 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-wKhramov 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/s10553-023-01496-7Chacón-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.5b01510Nguyen 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.2020.106681Liu 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/ef4003999Sun 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/ef1005385Nguyen 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.2021.06.033Pham 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.2019.08.031Ancheyta J., Trejo F., Rana M.S. Asphaltenes: chemical transformation during hydroprocessing of heavy oils. CRC Press, 2010. 461 p. https://doi.org/10.1201/9781420066319Ok 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.4c00060Kamkar 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.2020.119272Enayat 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.2019.116641Borisova 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/10.1080/10916466.2024.2353279Borisova 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-2019-03091432Pripakhaylo 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/ma17235725Борисова 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]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.7b02544Кадиев 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]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]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.8b03951Мартьянов 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/RCR4742Rueda-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/ef301521qLeón 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