Город Ангарск
Экологическая группа

Экологическая группа

Навигация

Система управления

Что такое крекинг углеводородов?

Главная страница » Что такое крекинг углеводородов?

Что такое крекинг углеводородов?

o22n04nov62@rambler.ru

Кре́кинг (англ. cracking, расщепление) — высокотемпературная переработка нефти и её фракций с целью получения, углеводородов меньшей молекулярной массы (моторных топлив, смазочных масел), а также сырья для химической и нефтехимической промышленности. Крекинг протекает с гомолитическим  или гетеролитическим разрывом связей С—С и образованием свободных радикалов или карбанионов. Одновременно с разрывом связей С—С происходит дегидрирование, изомеризация, полимеризация и конденсация как промежуточных, так и исходных веществ. В результате последних двух процессов образуются т. н. крекинг-остаток (фракция с температурой кипения более 350 °C) и нефтяной кокс. Первая в мире промышленная установка непрерывного термического крекинга нефти была создана и запатентована инженером В. Г. Шуховым и его помощником С. П. Гавриловым в 1891 году (патент Российской империи № 12926 от 27 ноября 1891 года). Была сделана экспериментальная установка. Научные и инженерные решения В. Г. Шухова повторены У. Бартоном при сооружении первой промышленной установки в США в 1915—1918 годах. Первые отечественные промышленные установки крекинга построены В. Г. Шуховым в 1934 году на заводе «Советский крекинг» в Баку. Крекинг проводят нагреванием нефтяного сырья или одновременным воздействием на него высокой температуры и катализаторов. В первом случае процесс применяют для получения бензинов (низкооктановые компоненты автомобильных топлив) и газойлевых (компоненты флотских мазутов, газотурбинных и печных топлив) фракций, высокоароматизированного нефтяного сырья в производстве технического углерода (сажи), а также альфа-олефинов (термический крекинг); котельных, а также автомобильных и дизельных топлив (висбрекинг); нефтяного кокса, а также углеводородных газов, бензинов и керосино-газойлевых фракций; этилена, пропилена, а также ароматических углеводородов (пиролиз нефтяного сырья). Во втором случае процесс используют для получения базовых компонентов высокооктановых бензинов, газойлей, углеводородных газов (каталитический крекинг); бензиновых фракций, реактивных и дизельных топлив, нефтяных масел, а также сырья для процессов пиролиза нефтяных фракций и каталитического риформинга (гидрокрекинг). Используют также др. виды пиролитического расщепления сырья, например процесс получения этилена и ацетилена действием электрического разряда в метане (электрокрекинг), осуществляемый при 1000—1300°C и 0,14 МПа в течение 0,01—0,1 с.

Другое определение: Крекинг (англ. cracking, от crack — расщеплять), переработка нефти и её фракций для получения в основном моторных топлив, а также химического сырья, протекающая с распадом тяжёлых углеводородов. Наряду с распадом при крекинге происходят изомеризация и синтез новых молекул, например в результате циклизации, полимеризации и конденсации. Он является одним из основных методов получения моторных топлив (в частности, бензинов) и может осуществляться как чисто термический процесс — термический крекинг, так и в присутствии катализаторов — каталитический крекинг. Реакции распада при термическом процессе обычно рассматриваются как цепные, протекающие по свободнорадикальному механизму. Продукты термического К., осуществляемого обычно при 470—540°С и давлении 4—6 Мн/м2 (40—60 am), содержат много непредельных углеводородов, нестабильны при хранении, бензины из этих продуктов мало восприимчивы к тетраэтил-свинцу и требуют дальнейшей переработки путём риформинга. Термический крекинг подвергают низкосортные виды тяжёлого остаточного нефтяного сырья. Термический крекинг низкого давления, проводимый при 500— 600°С и под давлением несколько десятых долей Мн/м2 (несколько am), называется также коксованием и применяется для превращения тяжёлых продуктов, например гудронов, в более лёгкие (выход 60—70%), используемые для дальнейшей переработки в моторные топлива. Наряду с этим получают до 20% кокса, применяемого в различных целях, например при изготовлении электродов (для дуговых печей, гальванических элементов). Высокотемпературный (650—750°С) К. низкого давления, называемый также пиролизом, проводят под давлением, близким к атмосферному; этим способом перерабатывают тяжёлое остаточное нефтяное сырьё в газ, содержащий до 50% непредельных углеводородов (этилен, пропилен и др.), и ароматические соединения; полученные продукты служат главным образом химическим сырьём. Термические процесс обычно осуществляют в трубчатых печах или в реакторах с твёрдым циркулирующим теплоносителем, в качестве которого может быть использован образующийся кокс. Каталитический крекинг, проводимый в присутствии катализаторов — синтетических или природных алюмосиликатов (активированные глины, например монтмориллонит), служит для получения основным компонента высококачественного моторного бензина с октановым числом до 85, используемого в автотранспорте и авиации. При этом получают также керосино-газойлевые фракции, пригодные в качестве дизельного или реактивного топлива. Процесс осуществляют при 450—520°С, под давлением 0,2—0,3 Мн/м2 (2—3 am)в реакционных колоннах с неподвижным или непрерывно циркулирующим катализатором. И в том и в др. случае катализатор нуждается в регенерации, т. к. при К. на нём накапливаются углеродистые отложения (кокс), дезактивирующие катализатор. Кокс удаляют выжиганием. При каталитическом крекинге распад гораздо быстрее, чем при термическом. Кроме того, в этом случае происходит изомеризация с образованием насыщенных углеводородов. В результате выход лёгких продуктов больше, чем при термическом процессе а получаемый бензин содержит много изопарафинов и мало непредельных углеводородов, что обусловливает его высокое качество. Сырьём для каталитического К. служит обычно газойль, из которого получают 30—40% бензина (с содержанием изопарафинов до 50%), 45—55% каталитического газойля, 10—20% газа (в т. ч. 6—9% бутан-бутиленовой фракции, являющейся химическим сырьём) и 3—6% кокса. Для переработки средних и тяжёлых нефтяных дистиллятов с большим содержанием сернистых и смолистых соединений, непригодных поэтому для переработки чисто каталитическим способом, большое распространение получил каталитический К. в присутствии водорода, т. н. гидрокрекинг. Он осуществляется при температурах 350—450°С, давлении водорода 3—14 Мн/м2 (30—140 am) и расходе водорода 170—350 м3 на 1 м3 сырья. Катализаторами служат окислы или сульфиды молибдена и никеля, молибдат кобальта и др. на крекирующих носителях, например на алюмосиликатах. Применение водорода обеспечивает эффективное гидрирование на катализаторе высокомолекулярных и сернистых соединений с их последующим распадом на крекирующем компоненте. Благодаря этому выход светлых продуктов повышается до 70% (в пересчёте на нефть) и сильно снижается содержание в продуктах серы и непредельных углеводородов. Получаемые моторные топлива (бензин, реактивное и дизельное топлива) отличаются высоким качеством. Значительное применение для получения непредельных углеводородов, используемых как химическое сырьё, находит К. с водяным паром. Исходными продуктами служат различные виды нефтяного сырья — от газов нефтепереработки до остатков после перегонки нефтепродуктов. К. проводят при 650—800°С в присутствии катализаторов, например окиси никеля, на огнеупоре. Преимущество метода — низкое коксообразование и большой выход олефинов. Помимо указанных, существуют и частично используются на практике др. виды крекинга, например  в присутствии кислорода (окислительный К.), электрокрекинг при получении ацетилена (метан пропускают через электрическую дугу).

Метод крекинга  был запатентован В. Г. Шуховым и С. Гавриловым (1891). Их технические решения были повторены У. Бартоном при сооружении первой в мире установки (США, 1915-18). Первые отечественные установки построены в начале 30-х гг. Используют также др. виды пиролитического расщепления сырья, например в в плазме.

Мировая доля процессов крекинга в общем объеме нефтепереработки 28,3%, в СССР-10,3% (1986).

Холодный крекинг осуществляется при температурах менее 450 градусов С. Наши исследования проводятся при температурах крекинга от 30 до 450 градусов С.

Автомобили становятся все совершенней, требования к качеству топлива увеличиваются год от года. И количество перешло в качество. Теперь такой бензин практически невозможно получить перегонкой. Более того, в таком бензине не может быть существенной доли тех молекул, которые были в нефти. Нефть так вздорожала, что потерялся смысл делать качественный бензин из нее. Теперь это просто один из видов химического сырья, причем не слишком конкурентноспособный. Уголь дешевле и именно из него легче получаются ароматические углеводороды, являющиеся основой современного качественного бензина.

Литература

Смидович Е. В., в кн.: Технология переработки нефти и газа, 3 изд., ч. 2, М., 1980. См. также лит. при статьях о др. видах крекинга.

Смидович Е. В., Деструктивная переработка нефти и газа, 2 изд., М., 1968 (Технология переработки нефти и газа, ч. 2) В. В. Щекин.


Главная страница » Что такое крекинг углеводородов?