5 Основные факторы процесса

Результаты крекинга зависят от фракционного и химического состава сырья и технологического режима, особенно температуры и давления. Сырьё и продукция термического крекинга

Сырьем для термического крекинга обычно являются остатки первичной перегонки нефти – мазут выше 350^оС и гудрон выше 500^оС, тяжелые газойли коксования и каталитического крекинга.

Продукция:

1. газ – содержит непредельные и предельные углеводороды, направляется для дальнейшей переработки на газофракционирующие установки;

2. бензин; характеристика: октановое число 66-72 (по моторному методу), содержание серы при переработке остатков из сернистых нефтей – 0,5-1,2% (масс.); в бензине термического крекинга содержится до 25% (масс.) непредельных углеводородов (алкенов и алкадиенов), поэтому он обладает низкой химической стабильностью; при использовании в качестве компонентов товарного автомобильного бензина к бензину термического крекинга следует добавлять ингибиторы окисления;

3. керосино-газойлевая фракция является ценным компонентом флотского мазута, после гидроочистки может применяться как компонент дизельных топлив;

4. крекинг-остаток используется как котельное топливо, имеет более высокую теплоту сгорания; более низкую температуру застывания и вязкости, чем прямогонный мазут.

Температура

Температура один из основных факторов крекинг-процесса. С повышением температуры скорость реакций крекинга увеличивается. Зависимость температуры и времени крекинга мазута при одинаковом (30% -ном) выходе бензина характеризуется данными, приведенными в Таблице 4

Таблица 4 - Зависимость температуры и времени крекинга мазута

Температура крекинга, 0С	400	425	450	475	500
Продолжительность крекинга, мин	720	120	20	2	0,6

Как видим, один и тот же выход бензина может быть достигнут и при 400 и при 500° С, продолжительность же крекинга в последнем случае только 36 с вместо 720 мин, т. е. в 1200 раз меньше. Обычно продолжительность крекинга керосино-дизельных фракций в промышленных условиях составляет 5—7 мин, для упрощенных расчетов можно принять, что скорость крекинга удваивается при нагреве на каждые 10°С при температуре процесса около 400° С, на каждые 14°С — при 500° С и на каждые 17°С — при 600° С.

Давление

Давление заметно не влияет на скорость крекинга и образование бензина при обычных его выходах. Однако крекинг под давлением обеспечивает наиболее желательные условия для распределения тепла и устранения местного перегрева и поэтому дает меньший выход смол и кокса, протекает с максимальным эффектом и минимальным расходом топлива. Повышение давления позволяет увеличить производительность установок. Первичные реакции не зависят от давления, а вторичные (полимеризации и конденсации) — зависят. Высокие давления благоприятствуют протеканию ряда вторичных реакций, в том числе превращению олефиновых углеводородов в нафтеновые. В результате реакций уплотнения, протекающих быстрее при крекинге под давлением (особенно в паровой фазе), продукты крекинга содержат меньше непредельных углеводородов, чем продукты крекинга, проведенного под низким давлением. Бензин, полученный при крекинге парафина при 450°С в течение 63—65 мин, обладает следующими значениями йодного числа (характеризующего содержание непредельных) в зависимости от давления: при 1 МПа (10 кгс/см²)— 129 г I2/100 г; при 2 МПа (20 кгс/см²) -- 110,9; при З МПа (30 кгс/см²) — 93,1; при 4 МПа (40 кгс/см²) — 79,7.

В Таблице 5 приведен состав газов термического крекинга в зависимости от давления.

Таблица 5 - Состав газов термического крекинга

Состав газа, % (об.)	Более 4 МПа	Менее 0, МПа
водород	3	9
парафиновые	82	46
этилен	2	20
пропилен	8	15
бутилен	5	8,5
дивинил	-	1,5

Как видно из этих данных, повышение давления способствует протеканию реакции полимеризации, в результате чего содержание в газе непредельных углеводородов, особенно легких олефинов, снижается. Глубина превращения

Глубина превращения определяется выходом бензина из исходного сырья. Она является сложной функцией продолжительности и скорости крекинга. Так как скорость крекинга определяется в основном температурой и временем, глубина превращения обычно является функцией времени и температуры.

На рисунке 3 показано изменение выхода фракций до 300°С (кривая 2) и до 200°С (бензин) (кривая 1), а также карбоидов (кривая 3).

Рисунок 3 – Зависимость выхода продуктов крекинга парафинистого дистиллята от длительности процесса при 450⁰С и 1 МПа (10 кгс/см²)

С возрастанием глубины превращения, т. е. с увеличением выхода бензина, возрастает и выход карбоидов (а тем самым и кокса), причем скорость выхода бензина (так же как и фракции до 300° С) с увеличением времени крекинга замедляется, а после достижения выхода бензина 65% (и 36% фракции до 300°С) дальнейшее увеличение продолжительности крекинга приводит к уменьшению выходов этих продуктов из-за разложения. В то время как кривые бензина и фракции до 300°С становятся более пологими, кривая карбоидов указывает на их более быстрое образование, что делает невозможным дальнейшее углубление крекинга в трубчатой печи. Эти два момента — образование карбоидов и разложение бензина до газа — ограничивают глубину превращения при однократном крекинге. Коксообразование при крекинге крайне нежелательно, так как кокс отлагается в аппаратуре, в трубах печи и трубопроводах, что сокращает межремонтное время и может привести к прогару вечных труб и ухудшению качества крекингостатка.

Теплота основных реакций термического крекинга.

Величиной, необходимой при расчете крекинг-печей, является теплота реакций, которая принимается равной: для легкого крекинга (висбрекинга) гудрона и полугудрона 117—234 кДж/кг (28—56 ккал/кг); для крекинга керосино-дизельных фракций 1256—1465 кДж/кг (300—350 ккал/кг) и для крекинга мазута 1256—1675 кДж/кт (300—400 ккал/кг). Приведенные выше значения теплоты реакций термического крекинга являются разностью между теплотами реакций расщепления, которые проходят с поглощением тепла (эндотермические реакции), и реакций уплотнения, протекающих с выделением тепла (экзотермических). Как видно из приведенных данных, термический крекинг идет с поглощением тепла.