Что такое крекинг нефти

Виды

Современные технологии позволяют применять в промышленных целях различные виды крекинга. К числу наиболее популярных методов относятся термический и каталитический.

Кроме этого, в химической промышленности используют и иные способы. Так, для получения ацетилена применяется метод электрического крекинга, суть которого заключается в том, что через электризованную среду пропускают метан. Также используют окислительный метод, где данный процесс сопровождается подачей чистого кислорода. Однако в контексте данной статьи больший интерес все же представляют термический и каталитический крекинг.

Каталитический крекинг

Суть его заключается в том, что процесс переработки происходит при помощи специальных веществ, обеспечивающих большую скорость реакции и качество выведенных нефтепродуктов, которые называются катализаторами.

На сегодняшний день ими являются алюмосиликаты, в частности, цеолитсодержащий микросферический катализатор, который представляет собой частицы, имеющие размер до 150 мкм.

Основным сырьем для данного вида переработки выступает прямогонный тяжелый газойль, а также иные фракции, которые имеют температуру закипания более +350 градусов по шкале Цельсия. Технологически каталитический крекинговый процесс осуществляется при нормальном атмосферном давлении.

После его завершения на выходе имеются десятки продуктов, которые практически все нашли применение в народном хозяйстве. Так, более половины этого объема занимает крекинг-бензин высокого качества, который имеет октановое число 88-91. Содержание вредных примесей в нем минимально, поэтому именно оно становится основой для топлива Евро-4 и Евро-5.

Более четверти от общего объема выхода составляет газойль, при этом не очень хороший, что, впрочем, не препятствует тому, чтобы использовать его в качестве дизельного топлива.

Кроме этого, заметен выход изобутана и бутиленов, а также других газообразных предельных углеводородов. В их число входит пропилен, который используется в производстве полипропилена, широко применяемого в промышленности.

В целом, каталитический крекинг позволяет расщеплять фракции практически без потерь (не более 1,5%), именно поэтому он является наиболее распространенным способом углубленной нефтепереработки.

Термический метод

Данный способ характеризуется тем, что на выходе получаются продукты с меньшим октановым числом, такие как:

  • легкое топливо для ДВС;
  • непредельные углеводороды;
  • кокс.

Большая часть автомобильного бензина получается в результате применения данного метода.

Исходным сырьем для него выступает мазут, который, как правило, проходит предварительную подготовку, а также иные фракции.

Технологический процесс заключается в перегонке сырья при высокой температуре и давлении. В зависимости от частных особенностей, оно может составлять от 2 до 7 МПа.

Что такое крекинг нефти

Термический способ

По обыкновению, термический крекинг используется для переработки нефтепродуктов, если нужно получить в итоге продукт с более маленькой молекулярной массой. Например, к таким можно отнести непредельные углеводороды, нефтяной кокс, легкие моторные топлива.

Направление этого способа переработки нефти находится в зависимости от молекулярной массы и природы сырья, а также непосредственно от условий, при которых происходит сам крекинг. Это было подтверждено химиками с течением времени. Одними из главнейших условий, которые влияют на быстроту и направление протекания термического крекинга, считаются температура, давление и длительность процесса. Последний получает видимую фазу при трехстах–трехстах пятидесяти градусах. При описании этого процесса используется кинетическое уравнение крекинга первого порядка. На результат крекинга, а точнее, на состав его продуктов оказывает влияние перемена давления. Причиной этому служит перемена скорости и характеристик вторичных реакций, к которым относятся, как уже упоминалось ранее, полимеризация и конденсация, которыми сопровождается крекинг. Уравнение реакции термического процесса выглядит так: С20Н42 = С10Н20 + С10 Н22. Влияние оказывает на итог и результат еще объем реактивов.

Что такое крекинг нефти

Нужно заметить, что крекинг нефти, осуществляемый перечисленными способами, не является единственным. В производственной деятельности нефтеперерабатывающие предприятия используют и многие другие виды этого процесса переработки. Так, в определенных случаях используется так называемый окислительный крекинг, осуществляемый с использованием кислорода. Применяется в производстве и электрический крекинг. С помощью этого метода производители получают ацетилен путем пропуска сквозь электричество метана.

Виды крекинга

Крекинг нефти может осуществляться либо термическим, либо каталитическим способом. Термический крекинг нефти происходит под действием высоких температур. Каталитический крекинг нефти кроме высокой температуры использует катализаторы, которые значительно ускоряют процесс.

Что такое крекинг нефти

Термический крекинг нефти 

При помощи термического крекинга нефти получают углеводороды непредельной группы, легкие виды моторного топлива, кокс. Крекинг-процесс дал возможность увеличить выход бензиновых фракций из сырой нефти до 50-60%. При этом, сырьем для крекинга служит не только нефть, ни и ее фракции, получаемые в процессе перегонки нефти. Основными факторами термического крекинга являются температура, давление, и время процесса. Надо понимать, что различные группы углеводородов имеют различные скорости разложения. Быстрее всего разлагаются парафиновые углеводороды, чуть медленнее нафтеновые, медленнее всего расщепляются ароматические углеводороды.

В свою очередь, термический крекинг подразделяется на жидкофазный крекинг и парофазный крекинг:

  • Жидкофазный крекинг – давление 2-5 Мпа, температура процесса +470…540 °С;
  • Парофазный крекинг – давление 0,2-0,6 Мпа, температура процесса 550°С.

По мере роста температуры растет скорость процесса крекинга – если за 12 часов крекинг-процесса, протекающего при 400°С, получается 30% бензина, то при увеличении температуры на 100°С время процесса сокращается до получаса.

Каталитический крекинг нефти

При помощи каталитического крекинга нефти получают бензин с высоким октановым числом. Каталитический крекинг в промышленных масштабах стал использоваться в 30-х годах минувшего столетия, и сразу показал свое преимущество перед другими видами крекинга, обеспечивая более высокую гибкость процесса, высокую универсальность, а также относительную простоту совмещении с другими процессами.

В качестве сырья при каталитическом крекинге используется вакуумный газойль с температурой кипения 350-500°С. Газойль должен пройти предварительную очистку, в ходе которой удаляются серные соединения, и понижается показатель коксуемости.

Кроме вакуумного газойля в качестве сырья при каталитическом крекинге могут использоваться тяжелые нефтяные фракции, а также остатки, полученные в процессе гидрокрекинга.

Из названия понятно, что в процессе крекинга используется катализатор, значительно ускоряющий процесс. В настоящее время в качестве катализатора при каталитическом крекинге используют микросферические цеолитсодержащие катализаторы размерами 60-80 микрон.

Существуют и другие виды крекинга нефти, которые не нашли столь широкого применения, как термический и каталитический крекинг. Стоит упомянуть об окислительном крекинге, осуществляемым при участии кислорода, а также об электрическом крекинге, при помощи которого получают ацетилен.

Этапы нефтепереработки и вклад Бартона

Начиная с шестидесятых годов девятнадцатого столетия и до начала двадцатого века переработка нефти давала только керосин, который использовался для освещения в темное время суток. Интересен тот факт, что в процессе получения керосина  получаемые легкие углеводороды считали… отходами! Их сливали в канаву и утилизировали (либо – сжиганием, либо другим методом).

Установка Бартона ознаменовала новый этап нефтепереработки. Именно  способ, открытый  английским химиком, позволил увеличить выход бензина и прочих ароматических углеводородов в разы.

В самом начале двадцатого столетия  бензин, по большому счету, был не нужен. Автомобильного транспорта было еще очень мало, и спроса на бензин в промышленном масштабе не было. Однако, время шло, автопарк постоянно рос и, разумеется, возрастала потребность в топливе. За первые двенадцать лет прошлого века такая потребность выросла в 115 раз.

Бензин, который получали простой перегонкой, вернее, его количество, не могли удовлетворить растущий спрос, вследствие сего решили применять крекинг. Темпы производства бензина сразу выросли, и проблема дефицита топлива была решена.

Автотранспорт на нем работал дольше и меньше ломался, поскольку в таком топливе сохранялись некоторые виды углеводородов, которые при обычной перегонке просто сгорали.

Что такое крекинг нефти

История возникновения

Человечество знакомо с нефтью практически всю историю своего существования. Известно, что еще во времена античности при сражениях довольно часто использовались зажигательные смеси, в состав которых она входила. Однако в наибольшей степени на слуху так называемый «греческий огонь», применяемый в средневековых баталиях. Название же эта смесь, основой которой выступала вся та же сырая нефть, получила из-за того, что впервые она была использована византийцами во время морских сражений.

Такое ограниченное применение этого полезного ископаемого продолжалось вплоть до XIX столетия, когда впервые был разработан метод его первичной переработки. Однако до начала XX века в практических целях использовался только керосин для освещения улиц и жилищ. При этом более легкие фракции не находили применения и считались отходами нефтепереработки.

Данная ситуация в корне изменилась с изобретением автомобиля, в котором применялся двигатель внутреннего сгорания. С развитием автомобилизации требовалось все больше моторного топлива, которое можно было получить, используя только углубленные методы нефтеперегонки.

Изначально первая нефтеперерабатывающая установка для осуществления данного технологического процесса была сконструирована нашими соотечественниками – учеными Шуховым и Гавриловым. Произошло это в 1891 году, однако объективной массовой потребности в ней на тот момент не было.

Продолжателем дела Шухова и Гаврилова стал британский инженер Бартон, который значительно усовершенствовал метод российских ученых, что позволило получать бензин довольно высокого качества.

В промышленных масштабах крекинг начал использоваться в США в начале 20-х годов. В то же время в Советском Союзе первые нефтеперегонные установки такого типа появились лишь на десятилетие позже.

На сегодняшний день данный метод (в значительно более усовершенствованных вариантах) является одним из основных технологических процессов, применяемых в нефтеперерабатывающей промышленности.

История и патенты

Среди нескольких вариантов методов термического крекинга (известных как « процесс крекинга Шухова », « процесс крекинга Бертона », « процесс крекинга Бертона-Хамфриса» и «процесс крекинга Дуббса») Владимир Шухов , российский инженер, изобрел и запатентовал впервые в 1891 г. (Российская Империя, патент № 12926, 7 ноября 1891 г.). Одна установка использовалась в ограниченном объеме в России, но развитие не продолжалось. В первом десятилетии 20-го века американские инженеры Уильям Мерриам Бертон и Роберт Э. Хамфрис независимо друг от друга разработали и запатентовали процесс, аналогичный патенту США 1049667 от 8 июня 1908 года. Среди его преимуществ было то, что конденсатор и котел были постоянно находится под давлением.

В своих более ранних версиях это был периодический процесс, а не непрерывный, и многие патенты должны были последовать в США и Европе, хотя не все были практичными. В 1924 году Шухов посетила делегация американской компании Sinclair Oil Corporation . Sinclair Oil явно хотела предположить, что патент Бертона и Хамфриса, используемый Standard Oil, был получен из патента Шухова на крекинг нефти, как описано в российском патенте. Если бы это удалось установить, это могло бы укрепить позиции конкурирующих американских компаний, желающих аннулировать патент Бертона-Хамфриса. В случае, если Шухов убедил американцев в том, что в принципе метод Бертона очень похож на его патенты 1891 года, хотя его собственный интерес в этом вопросе заключался в первую очередь в том, чтобы установить, что «российская нефтяная промышленность может легко построить установку для крекинга в соответствии с любой из описанных систем, при этом обвиняется американцами в бесплатном заимствовании «.

В то время, всего через несколько лет после русской революции и жестокой гражданской войны в России , Советский Союз отчаянно пытался развивать промышленность и зарабатывать иностранную валюту, поэтому их нефтяная промышленность в конечном итоге получила большую часть своих технологий от иностранных компаний, в основном американских. Примерно в то время изучалась и развивалась технология каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем, которая вскоре заменила большинство процессов чисто термического крекинга в индустрии переработки ископаемого топлива. Замена не была полной; многие типы крекинга, включая чистый термический крекинг, все еще используются, в зависимости от природы сырья и продуктов, необходимых для удовлетворения рыночного спроса. Термический крекинг остается важным, например, при производстве нафты, газойля и кокса, и для различных целей были разработаны более сложные формы термического крекинга. К ним относятся висбрекинг , и коксование .

История возникновения

Английский химик Бартон Дерек

Они собрали и запатентовали экспериментальную установку для термического непрерывного крекинга, принцип которой позволял использовать её в промышленных масштабах. Это была первая подобная  установка в мире. Спустя почти четверть века разработанные российскими инженерами  технические решения стали основой промышленной установки, которую построили в США. В СССР первые установки такого типа промышленного масштаба стали делать с 1934-го года на бакинском заводе «Советский крекинг».

В самом начале двадцатого столетия он  нашел практически идеальный метод (крекинг) извлечения из нефти большого количества легких бензиновых фракций. Решив эту проблему,  Бартон запатентовал собственный метод перегонки  бензина, и уже в 1916-ом году этот метод стали применять в  промышленном производстве. К 1920-му году уже работало больше 800 установок Бартона.

Используя свои знания о зависимости температуры закипания от давления на вещество, этому ученому удалось добиться наилучшей температуры для этого процесса, поскольку он проводил его под высоким давлением, ведь чем оно выше – тем выше и температура закипания. При кипении нефть испаряется, а работать с её парами – весьма непростая задача. Поэтому установки Бартона были призваны не допустить такого кипения, а, следовательно, испарения.

Технология крекинга на выставке

В ходе работы выставки «Нефтегаз» можно увидеть, как современные технологии крекинга влияют на развитие нефтехимии и нефтепереработки.

Российские ученые представляют на выставке конкурентоспособные микросферические катализаторы и добавки к ним, промоторы дожига углеродного оксида, новые каталитические системы для переработки нефти.

Институты разрабатывают новые методы производства ароматических углеводородов из попутного сырья и демонстрируют технологии на выставке.

Сфера применения крекинга для производства продуктов нефтепереработки довольно велика. Подробнее узнать об этом и других инновационных процессах можно на выставке «Нефтегаз», которую проводит комплекс ЦВК «Экспоцентр».

Добыча нефти в РоссииНефтяные центрыНефтяные организации

Термический крекинг

При термическом крекинге сырье, находящееся под давлением 2-7 МПа, нагревается до температуры 450–550 градусов, что позволяет получить продукты меньшей молекулярной массы.

Процентное содержание бензинов на выходе колеблется в пределах 30-35% от общей массы сырья, а газы составляют порядка 10-15%.

Бензины, получаемые в результате термического крекинга, имеют небольшое октановое число, которое находится в пределах 60-70 единиц.

При повышении температуры, в процессе термического крекинга, происходит более сильное дробление молекул, вследствие чего выход газа богатого непредельными углеводородами выше. Поэтому этот процесс (чаще он именуется пиролизом) иногда используется только для получения газообразных непредельных углеродов, отсутствующих в природной нефти таких, как этилен, пропилен и другие. Для пиролиза температура поднимается до 650-750 градусов.

Термический крекинг в наше время имеет весьма ограниченное применение и новые установки в промышленных масштабах не производятся.

Суть крекингового процесса

Термин «крекинг» происходит от английского слова cracking, что в переводе на русский язык означает «расщепление». Это название технологического процесса в полной мере отражает его суть.

В целом, под крекингом следует понимать такую переработку нефти или ее тяжелых фракций, при которой происходит разрыв углеродных цепей, то есть из веществ с высокой молекулярной массой образуются продукты с низкой. Данный процесс предполагает следующие химические реакции:

  • конденсация;
  • полимеризация;
  • изомеризация;
  • дегидрирование.

Исходным сырьем для крекинга, по большей части, выступают тяжелые нефтяные фракции, такие как мазут, керосин или газойль. В самом начале использования данного метода именно они и применялись. Однако позже было открыто, что в качестве сырья допустимо применять и сырую нефть. Это обстоятельство позволило унифицировать и ускорить производственный процесс. Однако использование мазута и газойля до сих пор остается актуальным.

Преимущества крекинга заключаются в том, что он позволяет получать более качественное топливо с большим октановым числом, чем это происходит при прямой нефтеперегонке. Кроме моторного топлива, данный технологический процесс предполагает образование крекингового остатка и нефтяного кокса – продуктов нефтепереработки, которые имеют широкое применение в химической промышленности.

Изобретение Шухова

Крекинг нефти, его история начинается в 1891 году. Тогда инженер Шухов В.Г. и его коллега Гаврилов С.П. изобрели промышленную установку для непрерывного термического крекинга. Это была первая установка подобного рода в мире. Изобретатели в соответствии с законами Российской Империи запатентовали ее в уполномоченном органе своей страны. Конечно же, это была экспериментальная модель. Позже, спустя практически четверть века, технические решения Шухова были положены в основу промышленной установки для крекинга в Соединенных Штатах. А в Советском Союзе первые такие установки в промышленном масштабе стали изготавливать и выпускать на заводе «Советский крекинг» в 1934 году. Этот завод располагался в Баку.

Что такое крекинг нефти

Алгоритм крекингового процесса

Крекинг нефти – это процесс, который осуществляется в несколько этапов. Он включается в себя не только расщепление структурных элементов материала, но и их полимеризацию, конденсацию, синтез, изометризацию, циклизацию и т.д.

Как только была изобретена первая установка для крекинга, процесс переработки нефти осуществлялся в соответствии со следующим алгоритмом:

  1. Первоначально в котел заливался нефтепродукт, после чего начиналось его нагревание. Как только температура достигала 130 градусов по Цельсию, из сырья выходила вся вода, поднимаясь наверх по трубе и охлаждаясь. После этого жидкость накапливалась в специальном резервуаре, из которого уходила вниз. Параллельно с этим из сырья выходили другие его компоненты – газы и воздух.
  2. Дальше температура установки повышалась до 345 градусов по Цельсию. В таких условиях начинался процесс испарения облегченных углеводородов. После своего охлаждения эти вещества, в отличие от водяной пары, продолжали оставаться в газообразном виде. Они не покидали резервуара, постоянно циркулируя в трубопроводе. Со временем количество фракций углеводородов становилось все больше, вследствие чего увеличивалось давление в системе. В таких условиях начиналось превращение тяжелых компонентов сырья, вследствие чего образовывался бензин.
  3. Получался полезный продукт переработки нефтепродуктов при температуре 255 градусов по Цельсию и давлению в 5 атмосфер. Он сливался с котла в заранее подготовленные емкости, где из него выходили газообразные компоненты. Как только этот процесс заканчивался, топливо переливалось в баки.

Особенности переработки

Большое количество испаряющихся легких фракций в котле приводило к тому, что существенно росла упругость и термическая стойкость сырья.

После этого заново запускалось оборудование, вследствие чего повторно начиналось образование топлива.

На сегодняшний день принцип крекинга нефти сохранился. При этом, в отличие от первоначальной переработки нефтепродуктов, некоторые процессы стали происходит по-новому в соответствии с последними достижениями в области инженерии.

Качество продуктов

Газ каталитического крекинга наполовину состоит из непредельных углеводородов, в основном, пропилена и бутенов. Также присутствуют значительные количества изобутана. Благодаря этому бутан-бутиленовая фракция газа используется как сырье процесса алкилирования с целью получения высокооктанового бензина. Пропан-пропиленовая фракция используется для выделения пропилена для производства полипропилена. Ввиду большой суммарной мощности установок каталитического крекинга, доля пропилена, вырабатываемого в процессе, составляет до 15% от его общего производства. Сухой газ (водород, метан, этан) используется в качестве топлива в печах заводских установок.

Бензин

В процессе каталитического крекинга вырабатывается высокооктановый бензин с ОЧИ 88-91 пунктов. Кроме того, бензин содержит менее 1% бензола и 20-25% ароматических углеводородов, что дает возможность использовать его для приготовления бензинов согласно последним нормам Евросоюза (Евро-4, Евро-5). Основной недостаток бензина каталитического крекинга — высокое содержание непредельных углеводородов (до 30%) и серы (0,1-0,5%), что очень плохо влияет на стабильность топлива при хранении. Бензин быстро желтеет из-за полимеризации и окисления олефинов и потому не может применяться без смешения с другими бензиновыми фракциями.

Легкий газойль

Легким газойлем каталитического крекинга считается фракция 200-270°С (реже 200-320 или 200-350). В ней содержится большое количество ароматических углеводородов, что приводит к низкому цетановому числу ( как правило, не выше 20-25). Кроме того, даже при условии предварительной гидроочистки сырья, в легком газойле содержится значительное количество сернистых соединений (0,1-0,5%). Из-за этого легкий газойль не может использоваться в больших количествах для приготовления дизельного топлива. Рекомендуемое его содержание в дизельном топливе — до 20% (в случае, если в топливе имеется запас по содержанию серы и цетановому числу). Другое применение легкого газойля — снижение вязкости котельных топлив, судовое топливо и производство сажи.

Тяжелый газойль

Тяжелый газойль каталитического крекинга — это фракция, начинающая кипеть выше 270°С (реже 320,350). Из-за большого содержания полициклических ароматических углеводородов эта фракция (при определенном содержании серы) является прекрасным сырьем процесса коксования с получением высококачественного игольчатого кокса. При невозможности утилизировать фракцию этим путём, её используют как компонент котельного топлива.

admin
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий