розтріскування

Що таке крекінг?

Крекінг відноситься до ряду технологічних процесів, де обробка важких фракцій сирої нафти і бензину дає результат у вигляді бензину і масел. Термін «крекінг» означає активність ініціювання контрольованого розкладання довгих аліфатичних вуглеводнів, які існують у важких фракціях, наприклад у мазуті та в нафтовій фракції, що утворюється в результаті переробки сирої нафти. У результаті такої реакції утворюються сполуки, структура яких складається з коротших вуглецевих ланцюгів. Такі молекули присутні в таких речовинах, як бензин або дизельне паливо, і являють собою суміш алканів і алкенів з коротшими ланцюгами.

Хімізм крекінгу

Якщо говорити просто, то процеси, що відбуваються при крекінгу, засновані на розриві одинарних хімічних зв’язків, що існують між атомами елемента (вуглецю). Під час змін утворюються вільні радикали. Реакцію можна викликати двома способами: за допомогою тепла (теплова реакція) або в присутності каталізаторів (каталітична реакція). Існує також більш складний, менш поширений метод, який використовує іонізуюче випромінювання (радіаційна реакція). Процеси, що відбуваються під час крекінгу, включають низку змін, таких як ізомеризація вуглеводнів, дегідрування до ароматичних вуглеводнів та їх конденсація до поліциклічних ароматичних вуглеводнів.

Термічний крекінг

У нафтопереробній і нафтохімічній промисловості, де використовуються термічні і термокаталітичні процеси, велику роль відіграють реакції дисоціації та утворення одноатомних зв’язків CC і гетероатомних зв’язків CH. Існує два можливі механізми, відповідальні за такі реакції: радикальний механізм та іонний механізм. Зазвичай у термічному крекінгу без каталізатора переважає радикальний механізм, який також генерується під час реакції піролізу. Розроблено кілька варіантів термічного крекінгу в залежності від умов процесу. Одним із них є крекінг під високим тиском (2–7 МПа), який здійснюється при температурі близько 470–540 ^o C. У таких умовах фракція сирої нафти розкладається на лігроїн і мазут і виробляється автомобільний бензин. Іншим типом процесу є легкий крекінг, який включає розщеплення дистиляційного залишку сирої нафти, що перетворюється на речовину, відому як «м’який асфальт». Воно здійснюється при дещо нижчій температурі (460–510 ^o C) і під значно нижчим тиском (приблизно 0,5–2 МПа), що дає можливість отримувати мазут. Третій тип термічного крекінгу передбачає використання ще нижчого тиску (0,1–0,3 МПа), але при високих температурах (430–550 ^o C). Досвідченим шляхом доведено, що таку реакцію можна використовувати там, де з м’якого асфальту отримують нафтовий кокс. Іноді його називають крекінгом із затримкою процесу, він забезпечує сировину, необхідну для виробництва висококристалічного голчастого коксу, який використовується у виробництві електродів для сталеливарної та алюмінієвої промисловості. Цей варіант також має свої побічні продукти, такі як гази та бензин, а також середні та важкі фракції гасу. Останнім поширеним типом термічного крекінгу є піроліз, який також називають паровим крекінгом. Цей термін включає процес розкладання рідкої та газоподібної сировини на основі гасу, наприклад низькооктанового бензину, газойлю, етану, бутану та пропану в умовах, дещо відмінних від зазначених вище. Піроліз виконується в найвищих термічних умовах, використовуючи температуру від 700 до 1200 ^o C, при нормальному тиску близько 0,1 МПа. Вуглеводнева сировина, яка є сировиною, розріджується парою і нагрівається в печі без кисню за короткий час. Підвищити ефективність можна, якщо скоротити час перебування сировини в печі до мілісекунд. Газ швидко гаситься відразу після досягнення температури крекінгу. Такі умови призводять до утворення газу з високим вмістом ненасичених вуглеводнів, включаючи цінний етилен, а також іншу сировину, необхідну для нафтохімічної промисловості. У разі використання легких вуглеводнів утворюються більш легкі алкени, такі як етилен або бутадієн. Використання більш важких вуглеводнів призводить до утворення продуктів з високим вмістом ароматичних вуглеводнів і сполук, які можуть входити до складу бензину або мазуту. Іншим зв’язком є ​​той факт, що більш висока температура підтримує виробництво етилену та бензолу, а нижча температура – виробництво пропілену, вуглеводнів С4 та рідких продуктів. В даний час термічний крекінг використовується в промисловості здебільшого для покращення дуже важких фракцій гасу або для виробництва легких фракцій/дистилятів, палива для пальника або нафтового коксу.

Каталітичний крекінг

Як видно з назви, каталітичний крекінг здійснюється в присутності відповідних каталізаторів. Застосування таких добавок дозволяє знизити необхідну високу температуру і тиск крекінгу. Найбільш поширені каталізатори включають гідратовані силікати алюмінію AlCl ₃ і Cr ₂ O ₃ , які містять відповідні активатори, такі як оксиди нікелю, кобальту або марганцю. На практиці їх промислово використовують разом з 20%цеоліту. Це залежить від застосованого методу обробки, зокрема від типу каталізатора, який може бути мобільним, стаціонарним або пиловим. Умови, в яких проводять каталітичний крекінг, дещо полегшені, оскільки зазвичай його проводять при нормальному або трохи підвищеному тиску (0,1–0,2 МПа) і при температурі близько 450–510 ^o C. Сировина каталітичного крекінгу зазвичай включає легкі нафтові фракції, які киплять при 280-350 ^o C, а продуктами є надзвичайно бажані бензини з високим октановим числом, а також дизельне паливо. Швидкість розкладання вище при використанні каталізатора, ніж при термічному крекінгу. Якщо порівнювати продукти термічного і каталітичного крекінгу, то використання каталізаторів дозволяє утворювати речовини з підвищеним вмістом розгалужених парафінів, циклопарафінів і ароматичних вуглеводнів. В умовах каталітичного крекінгу також відбуваються з високою швидкістю такі реакції, як:

1. Розпад гомоатомних зв’язків С-С у молекулах парафіну, що призводить до утворення низькомолекулярних олефінів.
2. Дегідрування нафталінів з отриманням ароматичних вуглеводнів.
3. Утворення олефінів в результаті розриву нафталінових кілець.
4. Паралельна полімеризація олефінів і їх конденсація з дієнами, що, як наслідок, відображається на виробництві ароматичних вуглеводнів.

Цікавим різновидом каталітичного крекінгу є гідрокрекінг, який використовує додавання газоподібного водню. Така добавка має безліч позитивних ефектів, до яких відносяться:

1. для сировини з високим вмістом парафінів, що запобігають утворенню поліциклічних ароматичних сполук;
2. зниження виробництва смол і забруднень;
3. підтримка більш ефективної роботи каталізатора: запобігає накопиченню заважаючого коксу
4. можливість придбання продукції з меншим вмістом сірки та азоту;
5. отримання палива з високим цетановим числом.

Слід зазначити, що умови каталітичного крекінгу також включають потребу в процесах реформінгу , таких як ізомеризація, циклізація та ароматизація. В результаті продуктами таких реакцій є бензини з більш високим октановим числом. Джерела: https://encyklopedia.pwn.pl/haslo/kraking;3926970.html https://www.naukowiec.org/wiedza/chemia/kraking-termiczny-i-katalityczny_1167.html https://arquidiamantina.org/ pl/kraking-chemia/