Виды крекинга нефти и нефтепродуктов

Все мы пользуемся нефтепродуктами, и прежде всего – различными видами топлива  (бензинами и дизельным), которые нам дает переработка нефти.  Однако каким образом эти продукты получаются из сырой нефти – известно далеко не всем.

Такой процесс называется крекинг нефтепродуктов. С помощью этого процесса на нефтеперерабатывающих заводах производят  не только топливо, но и массу других необходимых нефтепродуктов. Общему описанию крекинга и посвящена эта статья.

Как вы думаете, что будет с нефтью в 2022 году?

• Подорожает
• Подешевеет

Просмотреть результаты

 Загрузка ...

История возникновения

Считается, что крекинг нефтепродуктов, а также первая установка для него,  были изобретены русскими учеными Шуховым и Гавриловым в 1891-ом году.

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».

Значительный вклад в разработку такой переработки нефти также внес английский химик Бартон.

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.

Суть крекингового процесса

Само это название от английского слова «cracking», сто в переводе значит «расщепление».  В этом и заключается суть такой нефтепереработки – разделение сырья на отдельные фракции с меньшей молекулярной массой.

Такими фракциями являются моторное топливо, нефтяные масла и многое другое. Кроме общеизвестного топлива и масел, этот процесс дает и другие продукты, необходимые для нефтехимической и химической промышленности.

Крекинг нефти – это несколько процессов, таких, как, например,  полимеризация и конденсация, а также синтез, изомеризация, циклизация и так далее. В результате  всех этих процессов, после получения более легких фракций,  образуется крекинг-остаток, чья температура кипения – больше 350-ти градусов.

Сам крекинг-процесс в первых установках протекал таким образом. В котел заливали нефтепродукт (чаще всего – мазут) и начинали его нагревать. Когда температура достигала 130-ти градусов, из котла испарялась вода, которая  проходила по трубе и охлаждалась. Затем она  попадала в резервуар-сборник, из которого снова уходила вниз по трубе. Одновременно процесс в  котле продолжался, из мазута начинали исчезать другие его компоненты – воздух и газы.

Читать также: Почему происходит сокращение добычи нефти?

Эти компоненты проходили по тому же пути, что и вода. После удаления из мазута газов и воды, начинался следующий этап. Печь начинали топить еще сильнее, пока температура котла не доходила до 345-ти градусов. Начиналось испарение облегченных углеводородных фракций. Они, в отличие от водных паров,  они даже в охладителе оставались в газообразном состоянии. Попадая в ёмкость для сбора, такие углеводороды, вместо сливной канавы, далее попадали в трубопровод, поскольку закрывался  выпускной вентиль.

Они повторяли свой путь вновь и вновь,  не имея путей выхода. Со временем их количество увеличивалось, что приводило к нарастанию в системе давления. Когда его показатель достигал пяти атмосфер – легкие фракции углеводородов прекращали испаряться из котла, и, сжимаясь, держали одинаковое давление во всех частях установки – в трубопроводе, котле, холодильнике и емкости для сбора. Одновременно с этим под действием высоких температур происходило тяжелых фракций, которые постепенно  превращались в бензин.

Он начинал образовываться при 250-ти градусах, когда легкие фракции испарялись и конденсировались в охладителе, собираясь потом в сборной емкости. Затем полученный  бензин через трубопровод сливали в заранее подготовленные резервуары с пониженным давлением, значение которого позволяло удалять  газообразные компоненты. После удаления газов полученное топливо переливали в  баки или бочки.

Чем больше испарялось легких фракций, тем больше  возрастала упругость и термическая стойкость мазута, вследствие чего после того, как половина содержимого превращалась в бензин,  работу останавливали. Количество вырабатываемого топлива определяли по счетчику, который ставился в установку.  Печку гасили, перекрывали  трубопровод, а вентиль, соединяющий его с компрессором, наоборот, открывали, и нефтяные  пары уходили в компрессор, поскольку в нем давление было ниже. Параллельно перекрывали трубу, которая вела к полученному топливу, с целью обрыва его связи  с установкой.

Нефтеперерабатывающий завод

Далее ждали, пока котел остынет, и сливали с него остатки. Перед повторным использованием котел чистили от коксового налета, и весь процесс повторяли заново.

Этапы нефтепереработки и вклад Бартона

Справедливости ради стоит сказать, что крекинг алканов был известен ученым  и до Бартона и Шухова. Однако при обычной перегонке его не применяли, поскольку расщепление в тех условиях было нежелательным. Поскольку в процессе в те времена применяли перегретый пар, происходило не расщепление нефти, а её испарение.

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).

Читать также: Как осуществляется газлифтная эксплуатация нефтяных скважин?

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.

Со временем стало понятно, что крекинг нефтепродуктов возможен не только при использовании солярки или мазута. Исходным сырьём вполне могла быть  сырая нефть. Кроме того, выяснилось, что полученный крекингом бензин обладает лучшим качеством по сравнению с прямогонным.

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

Виды крекинга

Крекинг бывает каталитическим и термическим.  Во втором случае он осуществляется с помощью простой термообработки нефтепродуктов, а в первом – кроме высокой температуры еще используются специальные вещества – катализаторы.

Каталитический крекинг

Этим способом получают бензин с высоким октановым числом. Специалисты считают, что именно такой процесс позволяет обеспечить большую глубину  повышенное качество нефтепереработки.

Первые установки каталитического крекинга стали появляться в промышленности в 30-х годах двадцатого столетия, и сразу доказали несомненные преимущества такой переработки.

К ним относятся:

• эксплуатационная гибкость;
• относительная простота совмещения с другими процессами, такими как алкирование,  гидроочистка,  деасфальтизация и так далее;
• высокая универсальность.

Сырьём при каталитическом крекинге является вакуумный газойль, температура кипения которого варьируется в пределах 350-ти – 500 градусов. Окончательная точка кипения может быть разной и зависит от концентрации в сырье металлов. Влияет на это значение и такой параметр, как  коксуемость исходного продукта.  Она не должна быть больше, чем  0,3 процента.

Перед таким процессом должна осуществляться  гидроочистка сырья, для удаления из него  нежелательных соединений серы и понижения показателя коксуемости.

Читать также: Способы добычи нефти

Иногда в качестве исходного продукта используют тяжелые нефтяные фракции (например, мазут с коксуемостью шесть-восемь процентов), или остатки, полученные в процессе гидрокрекинга. Однако такое сырье требует предварительной подготовки.  Используют и прямогонный мазут, но это все-таки – экзотика.

В качестве каталитического вещества до недавнего времени использовался аморфный катализатор в виде шариков диаметром от трех до пяти миллиметров. В настоящее время его заменили  катализаторы размерами не более 60–80 микрометров, которые называются микросферические цеолитсодержащие катализаторы. Их основа – цеолитный элемент, расположенный на их алюмосиликата.

Термический метод

Таким методом происходит получение нефтяных компонентов с меньшими молекулярными  массами, таких, как  углеводороды непредельной группы, кокс, легкие виды моторных топлив и так далее.

Самыми важными условиями, влияющими на скорость получения конечного продукта процесса и направление протекающих реакций, являются: температура процесса; показатель давления и  длительность реакций.  Большое влияние на конечный результат (получаемые продукты) термического крекинга оказывает перемена значений давления, от которой зависит быстрота и характеристики происходящих  вторичных реакций. К таким реакциям относятся конденсация и  полимеризация. Также влияет на конечный результат объем используемых реактивов. Справедливости ради стоит сказать, что, кроме термического и каталитического, существуют и другие виды крекинговых процессов.

В некоторых случаях применяется окислительный крекинг, в котором процесс проходит при участии кислорода. Есть также электрический крекинг, с помощью которого, например, получают  ацетилен (при помощи пропускания метана сквозь электризованную среду).