В конкурсе 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, выиграл проект «Индуцированная низковольтными разрядами в жидкой фазе переработка тяжелых нефтепродуктов» ученых Нижегородского государственного технического университета
В состав авторского коллектива сотрудников института физико-химических технологий и материаловедения, получившего грантовую поддержку Россиского научного фонда, входят: Титов Е.Ю., Бодриков И.В., Курский Ю.А., Чиянов А.А. Руководитель - кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология электрохимических производств и химия органических веществ» Евгений Юрьевич Титов.
Целью проекта является создание нетрадиционной технологии глубокой переработки тяжелых нефтяных фракций с целью получения легких бензинов, водорода, ацетилена, этилена и углеродных материалов. Метод основан на кратковременном воздействии низкотемпературной неравновесной плазмой на тяжелые нефтяные фракции
Во всем мире месторождения высококачественной легкой нефти истощаются, стоимость ее добычи возрастает. В будущем, вероятно, предпочтение будет отдано испльзованию тяжелой нефти, включая битумные пески, сверхтяжелую нефть и остатки нефтепереработки. От обычной нативной нефти тяжелая нефть отличается низким отношением водорода к углероду, высоким содержанием гетероатомов (азота, кислорода, серы) и металлов, сконцентрированных в асфальтеновой фракции. Поэтому переработка тяжелых нефтей и нефтяных фракций традиционными технологиями часто представляет собой сложную задачу.
Развитие метода фрагментации органических соединений при регулируемом воздействии низкотемпературной плазмы проводится на кафедре ИФХТиМ НГТУ им. Р.Е. Алексеева под руководством профессора, доктора химических наук, лауреата Государственной премии СССР в области науки и техники Ивана Васильевича Бодрикова с 2015 года.
Механизм процесса плазмохимического крекинга представляет собой совокупность реакций радикально-цепных превращений, инициируемых электрическим разрядом за счет перевода молекул углеводородов в возбужденное (триплетное) состояние и их дальнейших превращений. Такой метод индуцирования химических реакций обеспечивает разрыв связей С-С, С-H, C-S при относительно низких температурах (до 120 ̊С) и давлении (до 1 МПа) в реакторе. При этом происходит образование свободных радикалов, карбенов, ион-радикалов и других частиц, а также протекают реакции дегидрирования, изомеризации, конденсации и др. при взаимодействии промежуточных активных частиц между собой во время релаксации. Невозбужденные молекулы, оказавшиеся вне зоны плазменного образования, также частично вовлекаются в реакции с активными частицами, диффундирующими из зоны электрического разряда.
Фундаментальные и прикладные исследования в области плазмохимического крекинга углеводородов показывают, что этот метод переработки тяжелых нефтепродуктов (мазут, вакуумный газойль, тяжелые остатки каталитического крекинга и др.) является конкурентным процессом традиционным методам переработки тяжелых нефтяных остатков.
Исследования, выполняемые в рамках проекта, позволят изучить влияние концентрации и типа допирующих добавок и источников водорода; времени пребывания сырья в реакционном пространстве; температуры и давления в реакторе; напряжения и мощности электрических разрядов, а также времени воздействия низкотемпературной неравновесной плазмой на состав получаемых продуктов и удельные энергозатраты при плазмохимическом крекинге тяжелых нефтяных фракций.
Ожидаемые результаты заявленного проекта: будут разработаны теоретические основы технологии плазмохимического крекинга тяжелых нефтепродуктов, определены оптимальные условия проведения процесса в зависимости от состава сырья при минимальных энергозатратах, а также выявлен вероятный механизм низкотемпературного плазмокрекинга.