|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Крекінг-процес. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Крекінг, крекінг-процес - високотемпературна переробка нафти та її фракцій з метою отримання, як правило, продуктів меншої молекулярної маси - моторного палива, мастил тощо, а також сировини для хімічної та нафтохімічної промисловості. Крекінг протікає з розривом зв'язків С-С та утворенням вільних радикалів чи карбаніонів. Одночасно з розривом зв'язків С-С відбувається дегідрування, ізомеризація, полімеризація та конденсація як проміжних, так і вихідних речовин. В результаті останніх двох процесів утворюються т.з. крекінг-залишок (фракція з температурою кипіння більше 350 ° C) та нафтовий кокс. Перша у світі промислова установка безперервного термічного крекінгу нафти була створена та запатентована інженером В. Г. Шуховим та його помічником С. П. Гавриловим у 1891 році (патент Російської імперії № 12926 від 27 листопада 1891 року). Було зроблено експериментальну установку. Наукові та інженерні рішення В. Г. Шухова повторено У. Бартоном при спорудженні першої промислової установки в США в 1915-1918 роках. Перші вітчизняні промислові установки крекінгу побудовані В. Г. Шуховим в 1934 на заводі "Радянський крекінгу" в Баку.
Нафта є маслянистою рідиною з характерним гострим запахом і різним, залежно від місця видобутку, кольором. За своєю хімічною будовою вона є надзвичайно складною сумішшю різних хімічних сполук, насамперед органічних речовин – вуглеводнів. Вуглеводні називаються так тому, що являють собою хімічні сполуки простих елементів: вуглецю та водню. Крім них до складу нафти входять сірка, азот, кисень та багато інших домішок (у тому числі вода та пісок). Незважаючи на те, що вуглеводні включають лише два елементи, кількість їх величезна. Це тим, що вуглець і водень можуть з'єднуватися між собою у різних поєднаннях і пропорціях. Тому властивості вуглеводнів дуже різні, і їх вивчення займається великий розділ хімії - хімія органічних речовин. Вуглеводні можуть бути рідкими, газоподібними та твердими. Одні з них легші за воду і киплять при більш низьких температурах, інші важчі - і киплять при вищих. Дуже різний у них питома вага або щільність (нагадаємо, що питомою вагою називають число, що показує, у скільки разів об'єм будь-якої речовини важчий або легший за той самий об'єм води, взятої при 4 градусах). Найважливішим властивістю нафти та її продуктів, на якому заснована первинна перегонка нафти, є їхня здатність випаровуватися. До складу нафти входять такі вуглеводні, які починають випаровуватися навіть за нормальної температури. Якщо нафту залишити стояти у відкритій посудині без підігріву більш-менш тривалий час, то частина її випарується, а частина, що залишилася, стане щільнішою і густішою. Внаслідок того, що до складу нафти входять різні вуглеводні з різною температурою кипіння, нафта не має постійної точки кипіння, наприклад вода. Якщо ми будемо нагрівати в посудині воду, то зауважимо наступне явище: термометр, занурений у воду, спочатку буде показувати постійне підвищення температури, але як тільки температура досягне 100 градусів, підвищення припиниться. І далі, хоч би скільки ми нагрівали посудину, температура не зростатиме, поки не випарується вся вода. Це однорідністю води, тобто тим, що вода складається з однакових молекул. Цілком іншу картину ми спостерігатимемо при нагріванні в посудині нафти. В цьому випадку, хоч би скільки ми підводили тепло, зростання температури не зупиниться. Причому на початку нагрівання випаровуватимуться найлегші за питомою вагою вуглеводні, із суміші яких виходить бензин, потім важчі - утворюють гас, солярку та мастила. На цьому принципі було засновано первинну перегонку нафти.
До винаходу крекінгу на великих гасових заводах перегонка велася у великих перегінних кубах, які постійно впускали у великих кількостях перегріту водяну пару і одночасно підігрівали нафту з топки під котлом, спалюючи вугілля або горючий газ. Проходячи через нафту, пара захоплювала найбільш легкі з нафтових сполук з низькою температурою кипіння і невеликою питомою вагою. Ця суміш гасу та бензину з водою прямувала потім у холодильник і відстоювалася. Оскільки продукти перегонки були набагато легшими за воду, вони легко відокремлювалися від неї. Потім відбувався злив. Спочатку стікав верхній шар із питомою густиною до 0,77 - бензин, який направляли в окремий бак. Потім зливали гас, тобто важчі вуглеводні зі щільністю до 0. Отриманий таким чином сирий гас горів погано. Потрібно було його очищення. Для цього спочатку обробляли сильним (86%) розчином сірчаної кислоти, а потім розчином їдкого натру. В результаті виходив рафінований гас - абсолютно безбарвний, що не мав різкого запаху і горів рівним полум'ям, без гару і кіптяви. До складу нафти входять ще й такі важкі вуглеводні, які, перш ніж досягти своєї точки кипіння, починають розкладатися, і чим більше нагрівати нафту, тим інтенсивніше відбуватиметься розкладання. Сутність цього явища зводиться до того, що з однієї великої молекули важкого вуглеводню утворюється кілька дрібніших молекул з різною температурою кипіння та різною питомою вагою. Це розкладання стали називати крекінгом (від англійської to crack - розламуватись, розколюватись). Таким чином, під крекінгом треба розуміти розкладання під впливом високої температури (і не тільки температури, розкладання може наступати, наприклад, від високого тиску та з деяких інших причин) складних і великих частинок вуглеводнів на простіші і дрібніші. Істотною відмінністю крекінг-процесу від первинної перегонки і те, що з крекінгу відбувається хімічне зміна низки вуглеводнів, тоді як із первинної перегонці йде простий поділ окремих частин, чи, як кажуть, фракцій, нафти залежно від точок їх кипіння.
Явище розкладання нафти було помічено давно, але при звичайній перегонці нафти таке розкладання було небажаним, тому тут і використовувалася перегріта пара, яка сприяла випаровуванню нафти без розкладання. Нафтопереробна промисловість пройшла у своєму розвитку за кілька етапів. Спочатку (з 60-х рр. XIX ст. і до початку XX ст.) переробка нафти носила яскраво виражений гасовий характер, тобто основним продуктом нафтопереробки був гас, який залишався протягом півстоліття основним джерелом світла. На російських нафтопереробних заводах, наприклад, які у ході перегонки легші фракції розглядалися як відходи: їх спалювали в ямах чи скидали у водойми. Проте інтенсивний розвиток автомобільного транспорту розставив інші акценти. Якщо США 1913 року налічувалося 1 млн 250 тис. автомобілів, то 1917 року - близько 5 млн, 1918 року - 6, 25 млн, а 1922 року - вже 12 млн. Бензин, який у ХІХ столітті дуже мало знаходив застосування і був майже непотрібним покидьком, поступово став головною метою перегонки. З 1900 по 1912 світове споживання бензину зросло в 115 разів. Тим часом при перегонці навіть багатої на легкі фракції нафти на бензин припадало всього близько 1/5 від загального обсягу виходу. Тоді і виникла ідея піддавати важкі фракції, що виділилися після первинної перегонки, крекінгу і отримувати з них тим легші бензинові фракції. Незабаром було встановлено, що вихідною сировиною для крекінгу можуть бути не тільки важкі фракції (солярка або мазут), але й сира нафта. Виявилося також, що крекінг-бензин перевершує за якістю той, що отриманий шляхом звичайної перегонки, тому що має у своєму складі такі вуглеводні, які плавно згоряють у циліндрах без вибухів (детонації). Двигун, який працює на такому бензині, не стукає і служить довше. При рідинному крекінгу основними моментами, що визначають сутність всього процесу, є: температура і час, протягом якого продукт перебуває під впливом цієї температури. Нафта починає розкладатися вже за 200 градусів. Далі, чим вищою буде температура, тим інтенсивніше йде розкладання. Так само - чим довше триває крекінг, тим більше вихід легких фракцій. Однак при дуже високій температурі і великій тривалості крекінгу процес йде зовсім не так, як потрібно - молекули розщеплюються не на рівні частини, а дробляться так, що з одного боку виходять дуже легкі фракції, а з іншого - дуже важкі. Або взагалі відбувається повне розкладання вуглеводнів на водень і вуглець (кокс), що, звичайно ж, дуже небажано. Оптимальні умови для крекінгу, що дають найбільший вихід легких бензинових фракцій, знайшли на початку XX століття англійським хіміком Бартоном. Ще в 1890 році Бартон займався в Англії перегонкою під тиском російських важких масел (мазуту) для отримання з них гасу, а в 1913 він взяв американський патент на перший в історії спосіб отримання бензину з важких нафтових фракцій. Вперше крекінг-процес за способом Бартона у промислових умовах було здійснено 1916 року, а до 1920 року у виробництві перебувало вже понад 800 його установок. Найбільш сприятлива температура для крекінгу – 425-475 градусів. Однак якщо просто нагрівати сиру нафту до такої високої температури, більшість її випарується. Крекінг продуктів у пароподібному стані був пов'язаний з деякими труднощами, тому метою Бартона було не дати випаровуватися нафти. Але як досягти такого стану, щоб при нагріванні нафту не закипала? Це можливо, якщо проводити весь процес під високим тиском. Відомо, що під великим тиском будь-яка рідина закипає при вищій, ніж при нормальних умовах, температурі, і ця температура тим вища, чим більший тиск.
Установка мала такий пристрій. Котел (1), що працює під тиском, знаходився над топкою (1а), з димогарною трубою (4). Котел виготовлявся з міцного заліза з товщиною стінок близько 2 см і був ретельно проклепаний. Труба (5), що піднімається вгору, вела до водяного холодильника (6), звідки трубопровід (7) йшов до збірного резервуару (8). Після того як продукт крекінгу проходив через лічильний апарат для рідин (10), труба (9), що знаходилася на днищі цього резервуара, розгалужувалася на дві бічні трубки (10а і 10в). Кожна бічна трубка постачалася контрольним краном; одна з них вела до труби 11, а інша до труби 12. На початку крекінгу котел (1) наповнювали мазутом. Завдяки теплу печі (1а) вміст котла повільно нагрівався приблизно до 130 градусів. При цьому з мазуту випаровувалися залишки води, що міститься в ньому. Згущуючи в холодильнику (6), вода стікала потім у резервуар (8), з якого через трубу (21) спускалася в канаву (22). Одночасно з мазуту виходило повітря та інші гази. Вони також потрапляли через холодильник у резервуар (8) і трубою (14а) відводилися в трубопровід (16). Після того як мазут позбавлявся води, розчиненого в ньому повітря і газів, він був готовий до крекінгу. Топку посилювали, і температура у казані повільно підвищувалася до 345 градусів. При цьому починалося випаровування легких вуглеводнів, які навіть у холодильнику залишалися у газоподібному стані. Вони потрапляли в резервуар (8), а потім через трубу 14а (вихідний кран якої був закритий) трубопровід (17), трубу (14) і назад в резервуар (8). Оскільки ці легкі газоподібні фракції не знаходили виходу, тиск усередині установки починало підвищуватися. Коли воно досягало 5 атм, легкі вуглеводні вже не могли випаровуватися з головного котла. Ці стислі гази підтримували однаковий тиск у котлі (1), холодильнику (6) та резервуарі (8). Тим часом під впливом високої температури відбувався процес розщеплення важких вуглеводнів, які перетворювалися на легші, тобто на бензин. За температури близько 250 градусів вони випаровувалися, потрапляли в холодильник і тут конденсувалися. З холодильника бензин перетікав у резервуар (8) та по трубі 9, а потім 11 або 12 надходив у спеціальні ущільнені котли. Тут за зниженого тиску з бензину випаровувалися розчинені у ньому легкі газоподібні вуглеводні. Ці гази поступово видалялися з казанів, а отриманий сирий бензин зливався у спеціальні баки. У міру випаровування легких фракцій з підвищенням температури вміст у котлі (1) ставав все більш завзятим по відношенню до теплоти. Робота переривалася як тільки більше половини його вмісту перетворювалося на бензин і проходило через холодильник. (Цю кількість було легко розрахувати завдяки лічильнику рідини (10).) Після цього з'єднання з трубопроводом (17) переривалася, а кран трубопроводу (14а), з'єднаний з компресором, відкривався, і газ повільно випаровувався в компресор низького тиску (одночасно закривався трубопровід ( 9), перериваючи зв'язок установки з одержаним бензином). Топку гасили, і коли вміст котла (1) остигав, його зливали. Потім котел очищали від коксового нальоту та готували до наступного запуску.
Метод крекінгу, розроблений Бартоном, започаткував новий етап у нафтопереробній промисловості. Завдяки йому вдалося підвищити у кілька разів вихід таких цінних нафтопродуктів, як бензин та ароматичні вуглеводні. Автор: Рижов К.В.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Прототип штучної електронної мови ▪ Губчаста система пасивного охолодження від SilentPower ▪ Запрацювала найбільша в Європі сонячна станція ▪ Цифрова авторучка з Bluetooth ▪ Світлодіодна стрічка для розумного будинку Aqara LED Strip T1
▪ Розділ сайту Прошивки. Добірка статей ▪ стаття Пускач - мікромотору. Поради моделісту ▪ стаття Що таке астма? Детальна відповідь ▪ стаття Очиток білий. Легенди, вирощування, способи застосування
Коментарі до статті: Анатолій Перегонку нафти в нафтоперегінних кубах періодичної дії розпочали брати Нобелі до Баку, удосконаленням яких займалися Інчик, Тавризов та Дмитро Менделєєв. Потім В Г Шухов і Ф А Інчик в 1885 розробили новий метод безперервної перегонки в кубових батареях з колоною ректифікації (помилково ця схема зазначена, як крекінг нафти). Ніде і ніколи нафту не піддавали крекінгу. У 1891 року У Р Шухов, разом із С П Гавриловим запатентували схему термічного крекінгу не нафти, а нафтопродуктів (патент ?12926 від 27 листопада 1891 року). Це і є найгеніальніший винахід Шухова, який перехопили американці, і який у них працює досі. Крекінгу піддаються важкі залишки, світлі дистиляти та газ, які об'єднуються у ВИНОСНІЙ РЕАКЦІЙНІЙ КАМЕРІ, де відбуваються глибокі перетворення важкої сировини за рахунок продуктів крекінгу світлих дистилятів та піролізу газу. Газ та бензин цієї унікальної установки мають великий вихід ненасичених вуглеводнів, у тому числі дієнових, які є сировиною нафтохімії. Крекінг-залишок надходить на вакуумну перегонку, дизельне паливо - на гідроочищення. США ретельно приховують схему простого і дешевого процесу і всіляко рекламують каталітичний крекінг та гідрокрекінг, які значно перевершують Крекінг Шухова і за експлуатаційними і особливо капітальними витратами. І вже зовсім принизливим виглядає штучно впроваджений у схему наших НПЗ, примітивний ВІСБРЕКІНГ, з високими експлуатаційними витратами через малесенький пробіг і високе коксоутворення.
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page