Что такое крекинг и зачем он нужен
Содержание:
- Что такое крекинг
- Когда изобрели крекинг
- Два основных вида крекинга
- Виды крекинга по назначению
- Катализаторы крекинга
- Какое значение имеет крекинг для отрасли
Что такое крекинг
Крекинг — это химический процесс переработки углеводородов, в результате которого из тяжелых фракций получаются более легкие продукты, такие как бензин и дизель. Он получил свое название от английского cracking, что в переводе означает «дробление» или «расщепление». Для крекинга характерны разрыв атомов углерода и образование свободных радикалов. Такую реакцию вызывают с помощью нагревания сырья до температуры более 300 градусов или воздействия катализаторов.
Когда изобрели крекинг
В 1875 году российский химик Александр Летний выяснил, что тяжелые нефтепродукты при нагревании свыше 300 градусов частично расщепляются на более легкие — бензин, керосин и газы. Это открытие легло в основу крекинг-процесса. Его разработал и в 1891 году запатентовал другой российский ученый Владимир Шухов вместе с помощником Сергеем Гавриловым. Благодаря их усилиям на нефтеперерабатывающем заводе в Баку появилась первая в мире экспериментальная термоустановка. Позднее, в 1912 году, американский химик Уильям Бартон совместно с коллегой Робертом Хамфрисом разработал и в 1913 году запатентовал промышленную термоустановку, которая впервые была установлена на НПЗ Standard Oil в Вайтинге (штат Индиана). В течение 1913–1920 годов она была усовершенствована.
Разработку каталитического крекинга связывают с франко-американским механиком Эженом Гудри (1892–1962). По его методу в 1936–1937 годах началось промышленное использование этого процесса в США на перерабатывающих объектах компаний Socony-Vacuum Oil Company и Sun Oil. Каталитический крекинг позволил получать на выходе больше бензина, чем термический, что способствовало развитию автомобильной и авиационной отраслей. В частности, установки, работавшие по технологии Гудри, обеспечили до 90% топлива для британской авиации, что обеспечило ей преимущество над Люфтваффе в первые два года Второй мировой войны.
Два основных вида крекинга
Крекинг применяется как при первичной переработке углеводородов, так и при вторичной. К его основным видам относятся термический и каталитический.
Термический крекинг
При термопереработке углеводородов на них оказывают воздействие температура (500–540 градусов Цельсия) и давление (2–5 МПа) в отсутствии воздуха. В результате этого процесса образуются бензин, котельное, автомобильное и дизельное топливо, газойлевые и керосино-газойлевые фракции, а также нефтяной кокс. Конечный продукт зависит от химических особенностей сырья, температуры, давления и продолжительности воздействия на него. Бензиновой фракции будет соответствовать порядка 30–40% получаемых на выходе веществ.
По назначению термическая переработка делится на пиролиз, риформинг и висбрекинг. Помимо распада углеводородов, крекинг-процесс сопровождают конденсация и полимеризация, что снижает его эффективность. Зачастую такой переработке подвергаются остатки мазута, масляные гудроны и другие продукты, температура кипения которых не превышает 350 градусов Цельсия.
Каталитический крекинг
Для этого процесса характерно воздействие на углеводороды температуры 450–530 градусов Цельсия и близкого к атмосферному давления (0,1–0,2 МПа). Его основой является применение катализаторов, которые сокращают параметры воздействия на сырье, ускоряют распад и на выходе увеличивают долю компонентов высокооктанового бензина до 50–65%. С помощью каталитического крекинга также можно получить газойль, углеводородные газы, бензиновые фракции, реактивное и дизельное топливо, нефтяное масло. В качестве катализатора зачастую выступают цеолиты, их объем не превышает 30% сырья. Крекинг-процессу предшествуют гидроочистка и деметаллизация углеводородов, что увеличивает его эффективность. Сама реакция проходит быстрее, чем при термической обработке.
Виды крекинга по назначению
Крекинг-процесс подразделяется на несколько видов в зависимости от химических свойств сырья и желаемого продукта на выходе. Он регулируется с помощью температуры, давления, катализаторов и времени реакции.
Висбрекинг
Это вид термического крекинга, который позволяет снизить вязкость мазута или гудрона и получить 80% котельного топлива и 20% газа, бензина и дизеля. Последние отделяют друг от друга с помощью ректификации. Сырье подвергается непродолжительному воздействию температуры 430–500 градусов Цельсия и давления 1–5 МПа. Время реакции составляет от двух минут и более. Этот процесс происходит в трубчатой печи объемом 30–50 кв. м. Далее газы поступают на газофракционирующую установку, а бензин проходит глубокое гидрирование и используется в качестве топлива для автомобилей. Название висбрекинг происходит от английского viscosity breaking, где viscosity означает вязкость, а breaking — разрушение.
Гидрокрекинг
Этот процесс основан на распаде тяжелых углеводородов в присутствии водорода, что приводит к избавлению от серы и увеличению качества продуктов на выходе.
В качестве сырья могут выступать газойлевая фракция, мазут, гудрон и другие высококипящие нефтяные фракции. В зависимости от их вида и химических особенностей различают легкий (мягкий) и глубокий (жесткий) гидрокрекинг. В первом случае температура составляет 380–400 градусов Цельсия, давление — 5 МПа, во втором — 389–400 градусов Цельсия и 10 МПа соответственно. Процесс мягкого гидрокрекинга происходит в одном реакторе и позволяет получить сырье для каталитического крекинга и дизельное топливо. Конверсия при этом составляет 10–50%. Жесткий гидрокрекинг осуществляется в двух реакторах, среди продуктов реакции — дизельное топливо, бензиновая и керосиновая фракции. Конверсия превышает 50%.
Гидрокрекинг позволил существенно нарастить производство светлых нефтепродуктов, пользующихся большим спросом, в отличие от темных. Таких фракций можно получить до 90% на выходе, в частности до 20% бензиновой.
Крекинг нефти и нефтепродуктов
Нефть и нефтепродукты подвергаются таким процессам, как пиролиз, риформинг, изомеризация и каталитический крекинг.
Пиролиз осуществляется при температуре 700–1200 градусов Цельсия и давлении 0,1–0,3 МПа. Время реакции достигает 0,1–0,5 секунды. В качестве сырья могут выступать твердые органические отходы, нефтешламы и продукты бурения. Результатом такой переработки станет газ с большим количеством ненасыщенных углеводородов, в частности ценный этилен.
С помощью риформинга прямая цепь углеводородов превращается в разветвленную или кольцевую под воздействием температуры (480–550 градусов Цельсия), давления (0,7–3 МПа) и катализаторов (платина, рений, иридий, германий). Сырьем могут выступать низкооктановые химикаты, чья температура кипения не превышает 190 градусов Цельсия. Процесс сопровождают дегидрирование нафтенов, дегидроциклизация и изомеризация парафинов, а также гидрокрекинг. Продуктами такой переработки станет высокооктановое топливо.
Нефть и нефтепродукты также подвергаются гидроочистке, парообессериванию и гидрокрекингу. Для производства нефтяных дистиллятов, кислого гудрона и масла сырье очищают от щелочей, серы, кислот и других примесей.
Высококачественный бензин получают с помощью каталитического крекинга вакуум-соляра. В случае глубокой переработки применяются алюмосиликаты. Изомеризация позволяет нарастить октановое число бензиновой фракции, тем самым улучшив ее качество.
Крекинг алканов
Алканы — одни из главных составляющих нефти наряду с нафтенами и аренами. Они будут газообразными при атмосферном давлении, в случае если количество атомов углерода не превышает четыре. При каталитическом или термическом крекингах из алканов образуются смазочные масла, моторное топливо и другие продукты. Для такого вида переработки характерны дегидрирование и изомеризация.
Крекинг газов
В состав газов входят смешанные углеводороды и водород, его позволяют менять параметры крекинга. Жидкофазная переработка предусматривает воздействие температуры в 450–480 градусов Цельсия и получение газа с парафиновыми углеводородами. Продуктом парофазной переработки станет газ, содержащий до 60% олефинов. После этого их очищают от сероводорода и делят на сухой газ и газовый бензин.
Крекинг метана
Газы, в состав которых входит метан, с помощью электричества подвергаются пиролизу для получения ацетилена. Они попадают сквозь электроды в печь и нагреваются до 1600 градусов Цельсия. После выделения ацетилена воздух внутри быстро охлаждают. Полученный продукт в дальнейшем используют при сварке металла, синтезе этилового спирта, каучука, технического углерода и других материалов, а также для производства иных веществ, в частности уксусной кислоты.
Крекинг бутана
Содержащие бутан газы подвергаются термическому крекингу, результатом реакции станет образование свободного водорода, метана, этана, этилена, пропилена, бутилена и бутена. Последние два вещества в дальнейшем используют при синтезе бензина и создании топливной смеси для резки и сварки металлов.
Крекинг гексана
Переработка содержащих гексан газов осуществляется при невысокой температуре, результатом которой станет цепочка синтезов. В частности, продуктом ароматизации является бензол, а гидрокрекинга — пропан и бутан. Таким образом, в этом случае снижение температуры не повлияет на качество ароматических углеводородов.
Катализаторы крекинга
Катализаторы крекинга — это вещества, которые влияют на температуру и давление химической реакции для ее ускорения. Они могут быть твердыми или жидкими. Первые используются в процессе термического крекинга и включают в себя природные и синтетические глиноземы. В качестве вторых выступают различные соединения на основе кислорода (фосфорная или серная кислота), они применяются в ходе жидкого каталитического крекинга.
Использование катализаторов позволяет снизить энергетические затраты, нарастить выход и поддерживать чистоту целевых веществ, а также избежать побочных реакций.
Какое значение имеет крекинг для отрасли
Крекинг — неотъемлемая часть нефтеперерабатывающей промышленности, он обеспечивает создание широкого спектра продуктов. В частности, эта методика применяется при производстве синтетических волокон, пластмасс, бензина и дизеля, смазочных материалов, косметики, лекарств и медицинских изделий. Данный процесс постоянно совершенствуется с целью повышения эффективности и сокращения воздействия на окружающую среду. Отсутствие крекинга замедлило бы промышленную производительность, так как многие отрасли зависят от нефти и нефтепродуктов, и рост мировой экономики.
Попробуйте новую функцию «ГигаЧат» — общаться голосом
Какое вино подать к ужину, если не знаешь предпочтения гостей
Как приготовить говядину в вине по-бургундски
Чем занять детей, пока взрослые общаются за столом
Как легко завести разговор в компании, где все только что познакомились
О чём надо позаботиться, если собираешься позвать много гостей
Из каких сыров и ветчин собрать тарелку закусок к вину
Что делать, если пролил красное вино на белую скатерть
Какие есть правила классической сервировки стола
Какие игры можно предложить для взрослой компании дома
Как легко запомнить имена людей, которых тебе представили
