Крекинг

Крекинг можно охарактеризовать как высокотемпературную переработку нефти и её фракций путём расщепления длинных цепочек углеводородов на более короткие в процессе нагрева. Иными словами, под воздействием высоких температур (от 450 до 550 °С) крупные молекулы нефтяных продуктов распадаются на более мелкие с разрывом углерод-углеродных связей (связей С–С).

В большинстве случаев данный технологический процесс проходит в специальных промышленных установках под воздействием высоких давлений и катализаторов. Цель крекинга – получение ценных нефтепродуктов с меньшей молекулярной массой: бензина, дизельного топлива, керосина, моторных масел и т.п., а также сырья для химической и нефтехимической отрасли.

Сущность крекинга

В качестве исходного сырья для крекинга используется, как правило, одна из тяжёлых фракций нефти, получаемая путём перегонки (мазут, гудрон, газойль). В последнее время благодаря совершенствованию технологий сырьём служит и сырая нефть, что способствует унификации и ускорению производственного процесса. В ходе крекинга протекает ряд химических реакций, среди которых:

• дегидрирование (отделение водорода от молекул органического вещества);
• изомеризация (образование изомеров с идентичной молекулярной формулой);
• полимеризация (возникновение высокомолекулярных соединений);
• конденсация (переход вещества из газообразного состояния в жидкое).

Преимущество крекинга состоит в возможности получения качественного топлива с достаточно высоким октановым числом (85-92 единицы), чего практически невозможно добиться путём прямой перегонки. Кроме того, при крекинге образуются крекинговые остатки и нефтяной кокс, которые применяются во многих сферах нефтеперерабатывающей промышленности.

Виды крекинга и применение

Для промышленных целей применяют разнообразные методы крекинга, однако самыми распространёнными являются термический и каталитический.

Термический - данный способ предусматривает пропускание тяжёлых нефтепродуктов (главным образом мазута) сквозь электронагревательное устройство – трубчатую печь, выступающую в качестве реактора. Температура в печи поддерживается на уровне 450-550 0С, а давление – в пределах от 20 до 70 атмосфер.

Родоначальником термического крекинга по праву можно считать русского инженера В. Шухова. В дальнейшем на базе его методики американские химики У. Бертон и К. Даббс усовершенствовали российскую методику и зарегистрировали соответствующие патенты. Процесс Даббса применялся на многих НПЗ вплоть до 40-х годов прошлого столетия, после чего стал терять свою актуальность в связи с появлением каталитического крекинга.

На промышленных установках осуществляют термический крекинг парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов, в результате чего получают бензин, непредельные углеводороды, газ, кокс. В ряде случаев производят отбор керосиновой фракции. На выход бензина влияет ряд факторов, главный из которых – вид перерабатываемого сырья. Самый низкая отдача у гудрона – из него получается всего 10-12% готового продукта.

Самый высокий показатель – у керосиновой фракции, из неё добывают до 65% бензина. Мазут и газойль на выходе дают, соответственно, до 35 и 55 процентов. Бензины, получаемые посредством термического крекинга, не отличаются высоким качеством из-за наличия значительного количества непредельных углеводородов и сернистых соединений. Тем не менее, данный способ и в наши дни не утратил актуальности благодаря простоте технологии и отсутствию дорогостоящих катализаторов.

Его продолжают использовать на старых НПЗ для получения определённых сортов моторного топлива и газовых фракций.

Каталитический - такой вид крекинга обеспечивает глубокую переработку нефтяных фракций, что позволяет получить высокооктановый бензин, содержащий не более 1% бензола. После дополнительной приработки он становится полноценным моторным топливом в соответствии с экологическими стандартами Евросоюза. Другими ценными компонентами каталитического крекинга являются:

• газы, содержащие 85-90% непредельных углеводородов;
• лёгкий газойль с большим содержанием ароматических углеводородов – используется для снижения вязкости котельного топлива и производства сажи;
• тяжёлый газойль со средним содержанием ароматических углеводородов – используется в качестве сырья для приготовления игольчатого кокса.

Основное сырьё каталитического процесса – вакуумный газойль с порогом кипения 400-500 °С. В то же время некоторые нефтяные компании разработали и внедрили технологии разложения тяжёлых нефтяных фракций (таких как мазут), имеющих коксуемость порядка 5-8%.

Вакуумный газойль подаётся в реактор, где нагревается до 500 0С. Его пары вступают в контакт с катализатором, в качестве которого обычно выступают алюмосиликаты с содержанием до 30% цеолита. Из реактора парообразная смесь поступает в нижнюю часть ректификационной колонны, где проходит очистку от частичек катализатора и других примесей. На заключительном этапе процесса проводится сепарация и вывод конечных продуктов из установки.

К другим каталитическим методам относятся гидрокрекинг и риформинг.

Характерной особенностью гидрокрекинга является присутствие водорода, участвующего в расщеплении углеводородов путём разрушения С-С связей, а также гидрирующих катализаторов. Гидрокрекинг подразделяется на лёгкий (при давлении 50-100 атм.) и глубокий (при давлении до 200 атм.). За счёт гидроочистки, снижающей содержание смол и других нежелательных примесей, удаётся получать малосернистый бензин, реактивное и дизельное топливо, сжиженные нефтяные газы (главным образом, пропилена и бутенов).

С помощью каталитического риформинга низкооктановую нафту превращают в высокооктановые продукты нефтепереработки: бензин, ароматические углеводороды и др. Процесс происходит в реакторах различного типа при температуре около 500 °С градусов и давлении от 12 до 40 атм. В качестве катализатора используют глинозём, покрытый кристаллами платины или рения

Отличия между термическим и каталитическим крекингом

В отличие от термического крекинга, где для расщепления углеводородов используется тепловая энергия, в каталитическом крекинге применяется катализатор. За счёт этого процесс протекает при более низких температурах и с большей скоростью, а получаемый бензин содержит гораздо меньше непредельных углеводородов и не требует добавления антиокислителей.