Назначение технологического процесса

Полное наименование установки — «Установка каталитического крекинга с алюмосиликатным шариковым катализатором 43−102».

Назначение процессаполучение высокооктанового бензина и компонента дизельного топлива путем каталитического рования вакуумного газойля с установок АВТ (атмосферно-вакуумной трубчатки).

На Новокуйбышевском НПЗ в сырье могут подкачиваться I и II погоны АВТ.

Установки 43−102 вводились в эксплуатацию в 50-е годы XX века.

Крекинг — буквально переводится «расщепление».

Установка состоит из двух основных блоков: нагревательно-фракционирующий блок (НФБ) и реакторный блок (РБ).

Автор проекта установки 43−102 — «Гипронефтезаводы» г. Москва. Автор процесса — ВНИИНП, г. Москва.

Химизм процесса

При достаточно высокой температуре связи между атомами в молекуле вещества ослабевает и под влиянием колебательного движения атомов может произойти разрыв связи.

Для каждого углеводорода устойчивость в отношении разложения уменьшается с повышением температуры. Низкокипящие углеводороды расщепляются труднее, чем высококипящие. Помимо расщепления, углеводороды подвергаются и другим превращениям. Молекулы некоторых углеводородов не расщепляются, а только теряют часть своих водородных атомов. Процесс отщепления водородных атомов от молекул называется дегидрогенизацией, а обратный процесс присоединения водорода — гидрогенизацией.

Процесс превращения углеводородов при температуре от 440⁰С до 540 ⁰С получил название крекинг.

Крекинг — это прежде всего процесс массового расщепления молекул.

Различают два типа крекинга: термический крекинг и каталитический крекинг, проводимый в присутствии катализаторов.

Катализаторы — вещества, ускоряющие химические реакции.

Кстати говоря: вещества, заземляющие реакции, называются ингибиторами, а биохимические катализаторы — ферментами.

Каталитический крекинг характеризуется более низким выходом метана, этана и диолефинов, более высоким выходом углеродов С₃ и С₄, а также ароматических углеводородов, олефинов с разветвленной цепью и изопарафинов. В этом заключается главное преимущество каталитического крекинга перед термическим.

В качестве катализаторов крекинга применяются в большинстве случаев алюмосиликатные соединения. Катализатор используется многократно в течение длительного времени для переработки больших количеств сырья. Каталитические реакции проходят при более низких температурах по сравнению с термическим крекингом, а значит процесс экономически более выгодный.

В процессе использования катализатора воздействие на углероды уменьшается вследствие отложения кокса в его порах. Для восстановления активности катализатора кокс выжигают.

Сырьем установок каталитического крекинга является керосино-газойлевая фракция в случае получения авиационных бензинов или вакуумные дистилляты нефти при производстве автомобильного бензина.

Нефть и нефтепродукты по химическому составу представляют собой сложную смесь парафинов, нафтеновых, ароматических и смешанных углеводородов с различным молекулярным весом.

При каталитическом крекинге протекают следующие основные реакции.

1. Расщепление углеводородов с образованием более легких молекул. Например, от молекулы нормального гексана образуется нормальный бутен и этан; от молекулы нормального бутилциклогексана отщепляется боковая цепочка атомов и образуется циклогексан и олефин-бутен.

С повышением температуры крекинга скорость расщепления углеводородов сильно возрастает, что позволяет регулировать температурный режим в реакторе и направлять процесс в нужную сторону.

• 2. Дегидрогенизация. При этом реакции от молекулы углеводорода отщепляются только атомы водорода. Примером может служить реакция дегидрогенизации нефтеного углеводорода метилциклогексана С₇Н₁₄ от молекулы которого отщепляется 6 атомов водорода и образуется молекула толуола С₇Н₁₄. Часть освобождающегося водорода присоединяется в процессе к олефиновым углеводородам, в результате чего уменьшается содержание непредельных углеводородов в бензинах каталитического крекинга.
• 3. Изомеризация с изменением взаимного расположения атомов внутри молекулы без изменения числа атомов в молекуле. При изомеризации парафиновых углеводородов из соединений с прямой цепочкой получаются углеводороды разветвленного строения. Так, например, при определенных условиях нормальный гексан С₇Н₁₄ может быть превращен в изогексан. По свойствам изогексан отличается от нормального гексана, что объясняется разным строением молекул этих углеводородов.
• 4. Гидрогенизация. При этой реакции к ненасыщенным углеводородам присоединяется водород и образуются ненасыщенные водородом соединения. Примером может служить следующая реакция: олефиновый углеводород бутен, присоединяя атом водорода, превращается в нормальный бутан.
• 5. Дегидрогенизация олефиновых углеводородов. Эта реакция наиболее желательная в процессе каталитического крекинга, т.к. при ней образуются наиболее высокооктановые компоненты бензина — ароматические углеводороды. В качестве примера можно указать на дегидрогенизацию нормального гексана. При этом образуется ароматический углеводород бензол и выделяется три атома водорода.
• 6. Полимеризация. При этой реакции две или несколько молекул соединяясь, образуют одну более крупную молекулу. Например, две молекулы этилена С₂Н₄ при полимеризации дают выше кипящий углеводород бутен С₄Н₈. В результате поляризации из летучих олефиновых углеводородов этилена, пропилена, бутиленов образуются углеводороды со значительно меньшей упругостью паров. При полимеризации нескольких высокомолекулярных соединений образуется кокс.

При крекинге протекают и другие реакции. Они рассмотрены в специальной литературе по химии нефти.

Каталитический крекинг протекает с поглощением тепла, которое называется теплотой реакции крекинга. В результате протекающих при каталитическом крекинге разнообразных реакций получается большое число первоначально не содержащихся в исходном сырье углеводородов. Результаты каталитического крекинга углеводородных смесей существенно зависят от условий проведения процесса. Особенно большое влияние оказывают температура, давление и свойства применяемого катализатора.

В последующих разделах учебного пособия приведены дополнительные сведения по процессу, а в приложении даны вышеописанные основные химические реакции.