Способы перегонки нефти крекингом

Крекинг нефти

Cracking – расщепление. Крекинг нефти – переработка нефти и её фракций для получения моторного топлива, смазочных материалов и прочих нефтепродуктов, имеющих меньшую, чем у нефти, молекулярную массу.

В процессе крекинга происходит разрыв углерод-углеродных связей сырой нефти, после чего образуются свободные радикалы (карбанионы). Крекинг является достаточно сложным, с химической точки зрения, процессом. Параллельно с разрывом углерод-углеродных связей идут процессы дегидрирования, изомеризации, полимеризации, конденсации не только исходных, но и промежуточных веществ. В результате этих сложных процессов на выходе кроме бензина и масел, образуются крекинг-остаток и нефтяной кокс.

Первая экспериментальная установка, которая осуществляла термический крекинг нефти в промышленных масштабах, была изобретена русскими учеными В. Г. Шуховым и С. П. Гавриловым в 1891 году. Но, первая промышленная установка, которая дала нефтепродукты, была построена американцами лишь четверть века спустя. В СССР первая установка по крекингу нефти в промышленных масштабах была запущена в эксплуатацию в Баку в 1934 году.

Процесс крекинга нефти

Как уже было сказано выше, крекинг – это расщепление. Нефть – это вещество с высокой молекулярной массой. На протяжении миллионов лет в земных недрах скапливались продукты распада организмов животных и растений. Любая жизнь заканчивается смертью. Отжившие свое животные и растения опускались на дно древних океанов, морей и заливов, постепенно покрывались слоем ила, песка, и слоями последующих отложений. Такой «пирог» постепенно уплотнялся, опускался все ниже и ниже, обезвоживался. По мере опускания вниз давление и температура окружающей среды увеличивалась. Под действием анаэробных бактерий органика, находившаяся под высоким давлением и температурой, постепенно превращалась в углеводород, вещество с высокой молекулярной массой.

Спустя миллионы лет человек придумал обратный процесс, в результате которого из углеводородов извлекаются вещества, имеющие меньшую молекулярную массу, которые затем используются в народном хозяйстве для разнообразных целей.

В ходе процесса крекинга нефти образуются различные легкие ее фракции: керосин, бензин, а также крекинг-остаток и нефтяной кокс.

Первые установки по крекингу нефти работали следующим образом. В емкость помещался мазут, который подвергался нагреванию. По достижению температуры в 130°С, находящаяся в мазуте вода, испарялась, после чего пары воды отводились и охлаждались, собираясь в специальном резервуаре. По мере роста температуры из мазута начинали исчезать кроме воды воздух и газы, которые, как и вода, отводились во внешнюю среду. По мере разогрева емкости до 345°С из мазута начиналось испарение наиболее легких фракций углеводородов, содержащихся в мазуте. Однако, эти легкие фракции, в отличие от воды, не конденсировались после охлаждения, оставаясь в газообразном виде. По этой причине, испарившиеся из мазута, легкие фракции нефти не отводились из системы, а оставались в ней. Постепенно количество испарившихся легких фракций углеводорода увеличивалось, давление в системе возрастало. При достижении давления в 5 атмосфер испарение легких фракций из мазута прекращалось, и рост давления в системе прекращался. Параллельно, под действием высоких температур начиналось испарение более тяжелых фракций нефти, постепенно превращавшихся в бензин. Полученный бензин сливался в подготовленные резервуары с более низким давлением, в результате чего происходило удаление газообразных компонентов. После того, как газы были удалены, полученное топливо сливалось в бочки.

По мере развития науки, специалисты поняли, что для процесса крекинга можно применять не только мазут, но и сырую нефть.

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.

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.

Отличие крекинга нефти от перегонки

Перегонка нефти и крекинг-процесс – это методы переработки нефти. Но, если для перегонки нефти используются физические методы разделения ее на отдельные фракции, то в основе крекинг-процесса лежат химические методы.

Процесс перегонки нефти заключается в ее разделении на отдельные фракции, которые отличаются между собой температурой кипения.

Процесс перегонки нефти проводится в специальных колоннах и является непрерывным. В едином технологическом процессе происходит испарение и фракционирование дистиллятов. Нефтяные пары поднимаются в верхнюю часть колонны, где охлаждаются и конденсируются на специальных тарелках, которые разделяют верхнюю часть колонны.

Сверху колонны проводится орошение, как правило, самой легкокипящей фракцией, коей является бензин. Выход бензина при перегонке нефти составляет 3-15% от веса перерабатываемой нефти.

Кроме бензина в процессе перегонки выделяются лигроин, керосин, соляровое масло, которые выводятся из колонны, охлаждаются в холодильниках и перекачиваются в хранилище.

Снизу колонны остается мазут, который используют в дальнейшем для производства масляных дистиллятов, после чего в остатке остается гудрон. Гудрон подвергается глубокой обработке серной кислотой с получением авиационных высоковязких смазочных масел.

Источник

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.

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.

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.

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).

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.

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).

YouTube responded with an error: The request cannot be completed because you have exceeded your quota.

Список используемой литературы:

• Нефть и Нефтепродукты — Википедия
• Брагинский, О. Б. Нефтегазовый комплекс мира/ Брагинский О. Б. – М: Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2006. 640 с.
• ἔλαιον. Liddell, Henry George; Scott, Robert; A Greek–English Lexicon at the Perseus Project.
• Дунаев, В.Ф. Экономика предприятий нефтяной и газовой промышленности/ В.Ф. Дунаев, В.Л. Шпаков. Н.П. Епифанова, В.Н. Лындин.
• Иголкин, А. Русская нефть, о которой мы так мало знаем/ Иголкин А., Горжалцан Ю. Издательство: «Олимп-Бизнес», 2003. 184 с.

Источник