Каталитический крекинг нефти кратко
Обновлено: 08.07.2024
Каталитический крекинг — термокаталитическая переработка нефтяных фракций с целью получения компонента высокооктанового бензина, легкого газойля и непредельных жирных газов.
Каталитический крекинг — один из важнейших процессов, обеспечивающих глубокую переработку нефти. Внедрению каталитического крекинга в промышленность в конце 30-х гг. 20 в. (США) способствовало создание эффективного с большим сроком службы катализатора на основе алюмосиликатов (Э. Гудри, 1936 г). Основное достоинство процесса — большая эксплуатационная гибкость: возможность перерабатывать различные нефтяные фракции с получением высокооктанового бензина и газа, богатого пропиленом, изобутаном и бутенами; сравнительная легкость совмещения с другими процессами, например, с алкилированием, гидрокрекингом, гидроочисткой, адсорбционной очисткой, деасфальтизацией и т. д. Такой универсальностью объясняется весьма значительная доля каталитического крекинга в общем объёме переработки нефти.
Содержание
Сырье
В настоящее время сырьем каталитического крекинга служит вакуумный газойль - прямогонная фракция с пределами выкипания 350-500°С. Конец кипения определяется, в основном, содержанием металлов и коксуемостью сырья, которая не должна превышать 0,3%. Фракция подвергается предварительной гидроочистке для удаления сернистых соединений и снижения коксуемости. Также у ряда компаний (UOP, IFP) имеется ряд разработанных процессов каталитического крекинга тяжелых фракций - например, мазута (с коксуемостью до 6-8%). Так же в качестве сырья используют остаток гидрокрекинга, возможно использование как компонентов сырья деасфальтизатов.
Условия процесса
Кратность циркуляции катализатора к сырью — 10:1 (для установок с лифт-реактором), Температура — 510—540 °C, Давление — 0,5-2 атм
Температура — 650—700 °C, Давление — 1-3 атм
Катализатор
На установках прошлого поколения использовался аморфный шариковый катализатор. Представляет собой шарики 3-5 мм с площадью поверхности 200 м²/гр.
В настоящее время используется цеолитсодержащий микросферический катализатор (размер частиц 35-150 мкм). Площадь поверхности 300-400 м²/гр. Он представляет собой крекирующий цеолитный компонент, нанесенный на аморфную алюмосиликатную матрицу. Содержание цеолита не превышает 30%. В качестве цеолитного компонента используется ультрастабильный цеолит Y, иногда с добавками цеолита ZSM-5 для увеличения выхода и октанового числа бензина. Ряд компаний при приготовлении катализатора также вводят в цеолит редкоземельные металлы. В катализаторе крекинга также содержатся добавки, уменьшающие истирание катализатора, а также промоторы дожига СО, образующегося в регенераторе при выжиге кокса, до СО2.
Типы реакторов
Различают установки по организации процесса:
- Периодические (реакторы Гудри). Через нагретый стационарный слой катализатора пропускают сырье и после того как он закоксуется реактор ставят на регенерацию;
- Непрерывной регенерации. Из реактора выводится закоксованный катализатор, с поверхности которого выжигается кокс в отдельном аппарате и возвращается в реактор. После регенерации катализатор сильно нагрет, чего хватает для процесса крекинга, поэтому процесс каталитического крекинга не нуждается в подводе внешнего тепла.
Установки непрерывной регенерации подразделяются:
- Реакторы с движущимся слоем катализатора. Слой шарикового катализатора движется сверху вниз по реактору навстречу поднимающимся парам сырья. При контакте происходит крекинг, катализатор через низ отправляется на регенерацию, продукты на разделение. Регенерация протекает в отдельном аппарате с помощью воздуха; при этом выделяющееся при сгорании кокса теплоиспользуют для генерации пара. Типовая установка - 43-102.
- Реакторы с кипящим слоем катализатора. Микросферический катализатор витает в потоке паров сырья. По мере закоксовывания частицы катализатора тяжелеют и падают вниз. Далее катализатор выводится на регенерацию, которая проходит также в кипящем слое, а продукты идут на разделение. Типовые установки - 1А/1М, 43-103.
- Реакторы с лифт-реактором. Нагретое сырье в специальном узле ввода диспергируется и смешивается с восходящим потоком катализатора в специальном узле. Далее смесь катализатора и продуктов крекинга разделяется кипящем слое в сепараторе специальной конструкции. Остатки продуктов десорбируются паром в десорбере. Время контакта сырья и катализатора составляет несколько секунд. Типовая установка - 43-107.
- Миллисеконд. Характерная особенность процесса - отсутствие лифт-реактора. Катализатор поступает в реактор нисходящим потоком, в катализатор перпендикулярно направлению его движения впрыскиваются пары сырья. Общее время реакции составляет несколько миллисекунд, что позволяет (повысив соотношение катализатор:сырье) добиться повышения выхода бензиновой фракции вплоть до 60-65%
На данный момент наиболее совершенными являются лифт-реакторы. Так, выход бензина на них составляет 50-55% с октановым числом 91/92 , тогда как у реакторов с кипящим слоем выход бензина 37% с октановым числом 90/91.
Продукты
Типичный материальный баланс процесса каталитического крекинга гидроочищенного вакуммного газойля
| Продукция | Выход % на сырье |
|---|---|
| Взято всего: | 100 |
| Гидроочищенный вакуумный газойль (Фр.350-500°С) | 100 |
| Получено всего: | 100 |
| H2 | 0,04 |
| СН4 | 0,25 |
| C2H6 | 0,23 |
| C2H4 | 0,36 |
| C3H8 | 0,85 |
| С3H6 | 2,73 |
| бутан | 0,89 |
| бутены | 2,5 |
| изобутан | 4,20 |
| бензиновая фракция (ОЧИ-91/92) | 58,62 |
| газойль (легкий+тяжелый) | 27,17 |
| Кокс + потери | 2,17 |
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, вырабатываемый в процессе, составляет до 15% от его общего производства. Сухой газ (водород, метан, этан) используется в качестве топлива в печах заводских установок.
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 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 путем, её используют как компонент котельного топлива.
Литература
1.Крекинг нефтяных фракций на цеолитсодержащих катализаторах. Под. ред. С. Н. Хаджиева. М., Химия, 1982.
2.Смидович Е. В. Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов (ч. 2). М., Химия, 1980
3. В. М. Капустин, С. Г. Кукес, Р. Г. Бертолусини. Нефтеперерабатывающая промышленность США и бывшего СССР. М., Химия, 1995.
Получите мощный поток клиентов при минимальных вложениях с точным попаданием в целевую аудиторию! Разместиться на портале
Подпишитесь на рассылку уведомлений об изменении цен на нефтепродукты! Подписаться
Последние события
Хотите получать уведомления
об изменении цен на топливо?
Тогда подпишитесь на рассылку уведомлений, выберите интересующие регионы и получайте письма в момент изменения цен!
Для корректной работы портала и его взаимодействия с пользователями мы используем файлы cookie. Продолжая работу с порталом, Вы разрешаете использование cookie - файлов. Вы всегда можете отключить их в настройках Вашего браузера. ОК! ПОНЯТНО!
Добыча нефти и газа является ведущей отраслью экономики десятков стран. Спрос же на данные полезные ископаемые остается крайне высоким, что и неудивительно, поскольку они используются практически во всех сферах современного промышленного производства.
В частности, нефть, обладая сложным химическим составом и уникальными физическими свойствами, используется не только в качестве сырья для изготовления автомобильного топлива, но и во многих иных областях, в том числе и бурно развивающихся на данный момент. В этой связи добыча этого полезного ископаемого только растет.
В современных условиях в промышленности практически не используется сырая нефть. Для получения необходимых нефтепродуктов применяются специальные методы нефтепереработки. Это крайне сложные и технологичные процессы. Дело в том, что получить необходимый продукт из сырой нефти практически невозможно. Сначала происходит первичная ее перегонка, в результате получается разделение на фракции, после чего они подвергаются вторичной переработке. Одним из наиболее популярных ее методов является крекинг, речь о котором пойдет далее в данной статье.
История возникновения
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.
Суть крекингового процесса
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.
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.
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.
Технологическая схема
Процесс переработки нефти и ее фракций происходит в специальных установках. В зависимости и метода крекинга, их конструкционные особенности могут в значительной степени различаться между собой.
Однако, учитывая, что большая часть нефти и ее фракций перерабатывается посредством термокаталитических реакций, следует остановиться именно на технологической схеме метода с применением катализаторов.
Сам процесс заключается в следующем: вакуумный газойль подается в специальную печь (реактор), где сырье нагревается до высоких температур (порядка +550 градусов по шкале Цельсия).
Испаряясь, конденсат начинает контактировать с катализатором, находящимся в состоянии взвеси. Затем полученные продукты в парообразном состоянии выводятся из реактора, где в нижней части ректификационной колонны проходят очистку от частиц катализатора и кокса. Затем происходит сепарация, после чего продукты крекинга выводятся из установки.
Реакторный блок
Наиболее значимой частью крекинговой установки является реакторный блок, где и происходят основные химические реакции.
В нефтеперерабатывающей промышленности используется несколько видов реакторных блоков:
- реактор Гудри;
- реактор с движущим слоем катализатора;
- реактор с кипящим слоем катализатора;
- лифт-реактор.
Различаются данные реакторные установки методом подачи и агрегатным состоянием катализатора.
Циклоны
Промышленные аппараты, используемые для того, чтобы очистить пар и газ от посторонних фракций, называются циклонами. Они применяются во многих отраслях производства, в том числе и в нефтепереработке.
В крекинговой установке есть пара циклонов. Там они служат для того, чтобы очистить пары нефтепродуктов, полученных в результате реакции, от катализаторной пыли, находящейся в состоянии взвеси. Циклонные сепараторы находятся вне реактора, а сама очистка является одним из завершающих этапов каталитического крекинга.
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.
- История возникновения
- Суть крекингового процесса
- Этапы нефтепереработки и вклад Бартона
- Виды крекинга
- Каталитический крекинг
- Термический метод
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
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
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: Как достигается автоматизация нефтедобычи?
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).
Читать также: Методы бурения нефтяных и газовых 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: Почему происходит сокращение 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).
YouTube responded with an error: The request cannot be completed because you have exceeded your quota.
Читайте также: