Плазмохимический акватермолиз тяжелого углеводородного сырья

Тяжелая нефть составляет треть мировых запасов углеводородов. Только в России запасы тяжелой нефти оцениваются в 6–7 млрд т. Истощение традиционных углеводородных ресурсов и растущий спрос на энергию делают актуальным и критическим усовершенствование методов переработки тяжелых нефтепродуктов. Низкое содержание легких фракций и соотношение водорода к углероду, а также высокая вязкость, большое количество гетеросоединений, асфальтенов, смол и высокомолекулярных парафинов также являются факторами, осложняющими переработку тяжелых нефтей традиционными методами. Применяемые в современном производстве методы переработки тяжелого углеводородного сырья имеют ряд недостатков: высокие температура (400-600 °С) и давление (до 20 МПа) процессов, необходимость использования водорода, большие затраты на оборудование и удаление кокса. Замена высокотемпературных реакторов и печей на плазменные реакторы, работающие с использованием безуглеродного электричества, позволит значительно снизить эмиссию СО2. Плазменные технологии переработки тяжелого углеводородного сырья снижают использование водорода, а также исключают применение дорогостоящих катализаторов. При воздействии плазмы на вещества активируются первичные реакции, такие как возбуждение, диссоциация и ионизация. Химически активные частицы, образующиеся в результате этих реакций (радикалы, ионы и возбужденные частицы) на стадии релаксации претерпевают быструю рекомбинацию с образованием продуктов. По энергии частиц и, следовательно, по температуре плазмы различают тепловую (TP) и нетепловую плазму (NTP). NTP генерирует высокоэнергетические электромагнитные поля, энергичные электроны, свободные радикалы, возбужденные состояния и другие активные частицы. Технологии переработки углеводородов на основе NTP пиролиза могут работать при температуре окружающей среды или немного выше ее. Использование NTP пиролиза для химических процессов делает возможными сильно эндотермические реакции при умеренных температурах, ограничивая эффект джоулева нагрева и тем самым минимизируя потери энергии на нагрев реакционной массы. Эта особенность делает плазменные процессы энергоэффективными и перспективными для термокаталитических реакций, которые обычно проводят при высоких температурах и повышенных давлениях. NTP пиролиз мазута в жидкой фазе при конверсии 40-50%масс приводит к высокому выходу углеродных структур 53-59%масс из-за соотношения С/Н - 7 в сырье. Увеличить выход водорода, ацетилена, этилена и легких углеводородов можно за счет изменения соотношения C/H в реакционной системе в сторону водорода за счет добавления допирующих компонентов с высокой долей водорода (метан, гексан, изооктан). Однако эти компоненты также являются ценным сырьем и увеличивают стоимость переработки. Решением данной проблемы является использование воды в качестве допирующего компонента. Плазмохимический акватермолиз мазута приведет к снижению выхода твердых продуктов и увеличению конверсии мазута. Цель заявленного проекта заключается в изучении физико–химических закономерностей и формировании теоретических основ плазмохимического акватермолиза тяжелого углеводородного сырья. Задачей проекта является определение параметров процесса плазмохимического акватермолиза, обеспечивающих увеличение конверсии, выход ацетилена, водорода, этилена и уменьшение энергетических затрат на осуществление процесса. Исследования, выполняемые в проекте, позволят изучить влияние содержания воды в реакционной системе; времени пребывания сырья в реакционном пространстве; напряжения и мощности электрических разрядов, а также времени воздействия низкотемпературной неравновесной плазмой на состав получаемых продуктов и удельные энергозатраты. Ожидаемые результаты заявленного проекта: будут разработаны теоретические основы технологии плазмохимического акватермолиза тяжелого углеводородного сырья, определены оптимальные условия проведения процесса.