Қазақстанның мұнай-газ саласының хабаршысыҚазақстанның мұнай-газ саласының хабаршысы2707-42262957-806XKMG Engineering10895510.54859/kjogi108955Research ArticleThermal destruction of composite raw materials based on combustible shale and heavy petroleum productsKairbekovZhaksyntay K.<p>D. Sc. (Chemistry), Professor</p>zh_kairbekov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0255-2330SarmurzinaRaushan G.<p>D. Sc. (Chemistry), Professor</p>sarmurzina_r@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9572-9712EsenalievaManshuk Z.<p>Cand. Sc. (Chemistry), Associate Professor</p>manshuk.esenalieva@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0817-2048KairbekovAlizhan A.alizhan.kairbekov@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0006-5534-9869SuimbaevaSaltanat M.<p>PhD</p>suimbayeva@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-3990-4974DzheldybaevaIndira M.<p>PhD, Associate Professor</p>dzheldybaeva@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1524-4046Al-Farabi Kazakh National UniversityKazakhstan Association of Organizations of the oil and Gas and Energy complex “KAZENERGY”30062026821331412302202615052026Copyright © 2026, Kairbekov Z.K., Sarmurzina R.G., Esenalieva M.Z., Kairbekov A.A., Suimbaeva S.M., Dzheldybaeva I.M.2026<p><strong>Background: </strong>The significance of this study stems from the necessity to broaden the hydrocarbon resource base as conventional oil reserves are steadily declining. Consequently, alternative sources like oil shale, which boast global reserves far exceeding those of traditional oil, have become a focal point of interest. Furthermore, incorporating fuel oil into composite feedstock’s addresses the challenge of efficiently processing heavy oil residues, converting them into high-value motor fuel components.</p> <p><strong>Aim: </strong>Determining the effect of composite feedstock composition (shale/fuel oil) on thermal degradation parameters and investigating the physicochemical properties of the resulting products for their further application as motor fuel components.</p> <p><strong>Materials and Methods: </strong>The study objects included oil shale from the Kenderlyk deposit (East Kazakhstan Region, JSC “Quartz”) and petroleum fuel oil from the Pavlodar refinery (Northeastern Kazakhstan). The hydrogenation process was studied using two types of equipment: in a rotating 2-liter autoclave and on a bench-scale flow-through unit (reactor volume 0.8 L). For the disposal of sludge (solid liquefaction residue), the pyrolysis method was used in a flow-through apparatus with a descending layer of solid heat carrier.</p> <p><strong>Results:</strong> Analysis of experimental data showed that increasing the hydrogenation temperature of oil shale from 410 to 440°C (at P = 8 MPa) intensifies gas formation from 10.2 to 12.2 wt.% and almost doubles hydrogen consumption to 1.6 wt.%, contributing to an increase in the yield of gasoline and diesel fractions. It was found that increasing the hydrogen pressure within the range of 4.0–8.0 MPa has a positive effect on the performance: the organic mass of shale (OMS) increases by 20%, while the yields of liquid products, gas, and water rise to 50.4, 10.5, and 7.7 wt.%, respectively. A further increase in pressure beyond 8.0 MPa is impractical, as it does not significantly affect the process. Optimization of the parameters of thermocatalytic processing of a mixture of fuel oil and shale made it possible to identify the best conditions: temperature 420°C, time 60 min, and concentration of shale as an activating additive 12 wt.%. In this mode, the total distillate yield reaches 59.2% by mass.</p> <p><strong>Conclusion: </strong>The fundamental feasibility and high efficiency of the co-processing of oil shale and heavy petroleum residues have been proven. The resulting liquid degradation products possess optimal physicochemical properties for the subsequent compounded processing of solid fossil fuels. They serve as a direct alternative to the scarce components of highly marketable motor fuels.</p>oil shalefuel oilthermal processingliquid fuelmotor fuelsтақтатасмазуттермиялық қайта өңдеусұйық отынымотор отындарысланецмазуттермическая переработкажидкое топливомоторные топлива1.Малолетнев А.С., Наумов К.И., Шведев И.М., Мазнева О.А. Гидрогенизация сланца // Химия твердого топлива. 2011. №5. С. 29–33.2.Назаренко М.Ю., Бажин В.Ю., Салтыкова С.Н., Коновалов Г.В. Изучение физико-химических свойств горючих сланцев // Кокс и химия. 2014. №3. С. 44–49. doi: 10.3103/S1068364X14030065.3.Малолетнев А.С., Юлин М.К., Воль-Эпштейн А.Б. Термический крекинг тяжелых нефтяных остатков в смеси со сланцем // Химия твердого топлива. 2011. T. 45, № 4. С. 20–25.4.Каирбеков Ж.К., Сармурзина Р.Г., Есеналиева М.З., и др. Получение топливных продуктов совместным гидрированием угля и сланца // Вестник нефтегазовой отрасли Казахстана. 2023. Т. 5, №4. С. 83–91. doi: 10.54859/kjogi108656.5.Стрижакова Ю.А., Усова Т.В., Третьякова В.Ф. Горючие сланцы – потенциальный источник сырья для топливно-энергетической и химической промышленности // Вестник МИТХТ. 2006. Т. 1, №4. С. 76–85.6.Стрижакова Ю.А. Пути переработки горючих сланцев в химические продукты // Химия твердого топлива. 2006. Т. 40, №2. С. 86–90.7.Герасимов А.М., Сыроежко А.М., Ицковия В.А., Холоднов В.А. Влияние добавки нефтеотходов на процесс термохимической переработки горючих сланцев и бурых углей // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2012. Т. 16, №(42). С. 40–43.8.Герасимов А.М., Сыроежко А.М., Дронов С.В., Страхов В.М. Влияние минеральной части горючего сланца на процесс его совместной термохимической переработки с гудроном // Кокс и химия. 2012. №4. С. 37–41.9.Можайская М.В., Сурков В.Г., Копытов М.А., Головко А.К. Совместный крекинг нефтяного остатка и механоактивированного горючего сланца // Журнал Сибирского университета. Химия. 2019. Т. 12, №3. С. 319–327. doi: 10.17516/1998-2836-0129.10.Горлов Е.Г., Котов А.С., Горлова Е.Е. Термокаталитическая переработка нефтяных остатков в присутствии цеолитов и горючих сланцев // Химия твердого топлива. 2009. №1. С. 31–38.11.Аббасов В.М., Мухтарова Г.С., Ализаде А.Э., Баширова Т.Х. Использование горючих сланцев в процессе гидрокрекинга тяжелых нефтяных остатков // Технология нефти и газа. 2020. №3(128). С. 13–16. doi: 10.32935/1815-2600-2020-128-3-13-16.12.Стрижакова Ю.А., Усова Т.В. История развития процессов получения синтетических моторных топлив на основе горючих сланцев // История науки и техники. 2007. №9. С. 32–48.13.Каирбеков Ж.К., Джелдыбаева И.М., Малолетнев А.С. Применение ультразвукового воздействия для интенсификации термического крекинга мазута в смеси со сланцем // Химия твердого топлива. 2020. №3. С. 62–67. doi: 10.31857/S0023117720030056.14.Каирбеков Ж.К., Джелдыбаева И.М., Кайролла С., Кайыржанова К. Термическая переработка сланцев и твердого нефтяного остатка Кендерлыкского месторождения // Химический журнал Казахстана. 2020. №1(69). С. 146–152.15.Можайская М.В., Певнева Г.С. Влияние концентрации добавки нитрата железа на крекинг смеси мазут-механоактивированный горючий сланец // Материалы XII Международной конференции «Химия нефти и газа»; Сентябрь 26–30, 2022; Томск, Россия. Режим доступа: elibrary.ru/download/elibrary_49762648_98582436.pdf. Дата обращения: 07.01.2026.16.Горлова Е.Е., Нефедов Б.К., Горлов Е.Г. Термохимическая переработка мазута совместно с резинотехническими отходами в смеси со сланцем // Современная наука. 2012. №1(9). С. 15–18.17.Каирбеков Ж.К., Джелдыбаева И.М., Ахметов Т.З., Есеналиева М.З. Влияние ультразвука на термохимическую переработку мазута с добавками сланца при разных давлениях // Химический журнал Казахстана. 2021. №1(73). С. 119–126. doi: 10.51580/2021-1/2710-1185.12.18.Каирбеков Ж.К., Джелдыбаева И.М., Ахметов Т., Каирбеков А.Ж. Высокотемпературная переработка нефтяного остатка с добавками сланца // Химический журнал Казахстана. 2020. №3(71). С. 189–195.19.Каирбеков Ж.К., Ермолдина Э.Т., Джелдыбаева И.М., Ахметов Т. Эффективное использование горючего сланца месторождения Кендырлык // Химический журнал Казахстана. 2018. №4(64). С. 124–129.20.Kairbekov Zh.K., Maloletnev A.S., Jeldybayeva I.М. Application of Ultrasonication to Intensify the Thermal Cracking of Fuel Oil in a Mixture with Oil Shale // Solid Fuel Chemistry. 2020. Vol. 54, No. 3. P. 175–179. doi: 10.3103/S0361521920030052.