Актуальность исследования влияния наночастиц металлов на низкотемпературный крекинг тяжёлой нефти обусловлена необходимостью разработки эффективных и экологически чистых методов переработки трудноизвлекаемых углеводородов. Тяжелая нефть, содержащая значительное количество смолисто-асфальтеновых компонентов, требует особых условий и технологий для её переработки. В статье рассматриваются результаты исследования влияния наночастиц металлов Zn и Al на изменения состава и вязкостных свойств продуктов низкотемпературного крекинга тяжёлой нефти. Эксперименты проводились при температуре 360 °C под давлением перегретого пара 160 бар в среде субкритического водного флюида. Проведение крекинга в субкритическом водном флюиде позволяет уменьшить образование побочных продуктов. В продуктах крекинга нефти увеличивается содержание смоли снижается выход легкокипящих фракций. Напротив, присутствие в реакционной среде наночастиц металлов приводит к снижению содержания смолисто-асфальтеновых веществ и увеличению количества насыщенных и ароматических углеводородов, что указывает на более эффективное разрушение высокомолекулярных соединений нефти. Наибольшая деструкция смолисто-асфальтеновых веществ происходит при крекинге тяжелой нефти с наночастицами Zn, с конверсией асфальтенов 21 %. Тяжёлая нефть и продукты крекинга, содержащие значительное количество смолисто-асфальтеновых компонентов, демонстрируют неньютоновское поведение с вязкопластичными свойствами. В субкритическом водном флюиде вязкость дополнительно уменьшается вследствие увеличения содержания углеводородов и снижения концентрации смол и асфальтенов. При участии в процессе крекинга наночастиц вязкость снижается, причём наиболее заметное уменьшение наблюдается при использовании ZnO. Крекинг нефти в присутствии наночастиц изменяет состав и строение нефтяных дисперсных систем, уменьшается доля ядра. Крекинг в субкритическом водном флюиде с ZnO приводит к наибольшему увеличению количества дисперсионной среды и снижению доли сольватной оболочки. Показано, что индикаторами трансформации структуры нефтяных дисперсных систем могут служить ИК-спектральные коэффициенты. Исследование влияния наночастиц металлов на процесс крекинга тяжёлой нефти может иметь практическое значение для нефтеперерабатывающей промышленности. Наночастицы металлов, такие как Zn и Al, могут значительно изменить состав и свойства нефти, снижая затраты на её дальнейшую переработку. Результаты исследования могут быть полезны для оптимизации технологий переработки нефти и улучшения экологических характеристик процесса.
The relevance of studying the effect of metal nanoparticles on low-temperature cracking of heavy oil is due to the need to develop efficient and environmentally friendly methods for processing hard-to-recover hydrocarbons. Heavy oil containing a significant amount of resinous-asphaltene components requires special conditions and technologies for its processing. The article discusses the results of studying the effect of metal nanoparticles Zn and Al on changes in the composition and viscosity properties of products of low-temperature cracking of heavy oil. The experiments were carried out at a temperature of 360 °C under a superheated steam pressure of 160 bar in a subcritical aqueous fluid. Cracking in a subcritical water fluid reduces the formation of by-products of the process. In oil cracking products, the tar content increases and the yield of low-boiling fractions decreases. On the contrary, the presence of metal nanoparticles in the reaction medium leads to a decrease in the content of resinous-asphaltene substances and an increase in the amount of saturated and aromatic hydrocarbons, which indicates a more efficient destruction of high-molecular-weight oil compounds. The greatest destruction of resinous-asphaltene substances occurs during cracking of heavy oil with Zn nanoparticles, with an asphaltene conversion of 21 %. Heavy oil and cracking products containing a significant amount of resinous-asphaltene components exhibit non-Newtonian behavior with viscoplastic properties. In a subcritical aqueous fluid, the viscosity is further reduced due to an increase in the content of hydrocarbons and a decrease in the concentration of resins and asphaltenes. When nanoparticles participate in the cracking process, the viscosity decreases, and the most noticeable decrease is observed when using ZnO. Oil cracking in the presence of nanoparticles changes the composition and structure of oil dispersed systems, and the fraction of the core decreases. Cracking in a subcritical aqueous fluid with ZnO leads to the greatest increase in the amount of dispersion medium and a decrease in the proportion of the solvate shell. It is shown that IR spectral coefficients can serve as indicators of transformation of the structure of oil dispersed systems. The study of the effect of metal nanoparticles on the cracking process of heavy oil can be of practical importance for the oil refining industry. Metal nanoparticles, such as Zn and Al, can significantly change the composition and properties of oil, reducing the cost of its further processing. The results of the study can be useful for optimizing oil refining technologies and improving the environmental characteristics of the production process.