Как сделать крекинг

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 04.10.2024

Химический состав и свойства нефти обладают уникальными свойствами, что позволяет получать из этого вещества несколько производных, которые находят широкое применение в современных условиях.

Такой технологический процесс расщепления или крекинг нефти начал свое развитие с конца XIX века, когда с его помощью из нефти начали добывать керосина.

Первая технология крекинга была разработана отечественными учеными и основывалась на термическом расщепление нефти, причем нагрев и конденсация проводилась под определенным давлением собственных паров в замкнутом пространстве.

Сегодня крекинг – это сложный химический процесс, который включает в себя явления:

полимеризации;
конденсации;
изомеризации;
дегидрирования.

В результате прохождения нефти-сырца через сложную систему реакторов и очистных сооружений получают несколько производных, включая такие вещества как:

автомобильный и авиационный бензин;
компоненты дизельного топлива;
мазут и керосин;
бутановую и пропановую группы газов;
пропилен;
а также ряд других веществ, которые находят дальнейшее применение в химической промышленности.

С момента открытия технология расщепления нефти на составляющие претерпела значительные изменения, и сегодня применяют два основных вида крекинга нефти.

Современные виды крекинга нефти

Наибольшее распространение для промышленного применения в современных условиях получили два вида крекинга:

термический крекинг нефти. Более простая технология с меньшими капитальными затратами на обустройство производства. Имеет определенную схожесть с первичным техпроцессом, где нефть расщепляется путем нагрева, а затем прохождения разделенных продуктов через соответствующий реакторные блоки и очистные системы;
каталитический крекинг нефти. Более современная, но более сложная технология, также основанная на нагревании нефти-сырца, однако в ходе расщепления в смесь добавляется катализатор на основе алюмосиликатной порошкообразной взвеси, которая добавляется в расщепляемый продукт и ускоряет процесс.

В случае применения каталитических процессов катализатор используется многократно, проходя цикл очистки от оседающего на нем кокса. При этом производственный цикл крекинга нефти делается практически замкнутым, а выделяемое в процессе очистки катализатора от кокса методом горения тепло используется для подогрева как самой нефти, так и газойля, который также проходит несколько циклов в процессе крекинга нефти.

Технология канализационного крекинга нефти

Технология предполагает использование достаточно сложного набора оборудования, который включает:

систему предварительного подогрева нефти;
узлы добавление газойля и катализатора, нагретых до нужной температуры;
реактор, где происходит дополнительный нагрев смеси и основная реакция с разделением на различные фракции;
сепараторы разделения полученных компонентов на жидкие и газообразные;
фильтры циклонного типа для отделения катализатора и механических примесей;
система очистки катализатора для повторного использования;
накопительные емкости для готовых продуктов разных типов.

Также в техпроцессе используются компрессорные системы и системы подачи сжатого воздуха, которые применяются для транспорта технологических смесей на промежуточных этапах трекинга.

Крекингом называется термическое превращение алканов при температурах 470-540 $<>^\circ$С.

При более высоких температурах (700-1000 $<>^\circ$ С) алканы подвергаются пиролитическому разложению с образованием сложной смеси продуктов, состав и соотношение которых зависят от температуры и времени реакции. При пиролизе происходит расщепление углерод-углеродных связей с образованием алкильных радикалов. Энергия углерод-углеродных связей в алканах близки по величине для первичных, вторичный, третичных и четвертичных атомов углерода (табл. 1) и в жестких условиях пиролиза расщепление любой связи $CH_2 - CH_2$ в нормальных алканах равновероятно.

Для разветвленных углеводородов преимущественно происходит разрыв связи у третичного или четвертичного атома углерода.

Виды и особенности крекинга

Различают термическое и каталитический крекинг. Главным объектом при крекинге является расщепление (деструкция) углеродной цепи по связям С-С с одновременным дегидрированием, изомеризацией и циклизацией. При этом образуются главным образом ненасыщенные углеводороды. Строение продуктов крекинга определяется:

природой исходного алкана
условиями проведения процесса (температурой, давлением, природой катализатора).

Начальная температура крекинга алканов зависит от их моле кулярный массы. Чем больше молекулярная масса, тем легче расщепляются алканы. В зависимости от длины углеродной цепи относительная скорость крекинга, например по отношению к пентана, равна:

Количество атомов углерода 5, 6, 7, 8, 10, 20
Относительная скорость крекинга 1, 4, 9, 10, 32, 120

Существуют такие тенденции разрыва связи С-С: с повышением температуры наблюдается смещение места разрыва к краю молекулы, с повышением давления углеродная цепь расщепляется ближе к середине. Так, из бутана при различных условиях могут образовываться следующие соединения:

Готовые работы на аналогичную тему

Рисунок 2. Виды и особенности крекинга. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Термический крекинг

Термический крекинг - свободнорадикальное процесс, в результате которого образуются главным образом ненасыщенные углеводороды (мономеры). При температурах 450-550 $<>^\circ$С алканы расщепляются на свободные радикалы, способны дальше распадаться на более простые метильные и этильные радикалы, например:

Рисунок 3. Термический крекинг. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Активные метильные радикалы отщепляют атомы водорода от молекул других алканов с образованием новых свободных радикалов:

Рисунок 4. Термический крекинг. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Для таких свободных радикалов при крекинге наиболее характерные реакции, которые в целом формируют природу конечных продуктов, а именно:

Реакции $\beta $-распада:

Реакции обрыва (рекомбинации):

$\beta $-Распад и диспропорционирование свободных радикалов практически всегда проходят по $\beta $-связям относительно неспаренного электрона. Это происходит потому, что $\beta $-связь в известной степени разрыхлена вследствие уменьшения степени перекрывания соответствующих атомных орбиталей. Электронные облака таких $\sigma $-связей С-Н взаимодействуют с неспаренным электроном благодаря эффекту гиперконьюгации ($\sigma $-р-сопряжению).

В условиях пиролиза (высокие температуры) наблюдается глубокий распад алканов с образованием ацетиленовых углеводородов, сажи или кокса, водорода и др.

Каталитический крекинг

Каталитический крекинг применяют главным образом с целью получения разветвленных алканов (моторного топлива) и ненасыщенных углеводородов. В промышленных условиях процесс проходит в присутствии алюмосиликатных катализаторов или кислот Льюиса при 450-530 $<>^\circ$С и примерно атмосферном давлении. Реакция начинается с отщепления гидрид-иона от алкана с образованием карбокатионов, которые благодаря $\beta $-распаду притерпевают дальнейшие изменения:

Рисунок 8. Каталитический крекинг. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Параллельно процессу образования олефинов происходит реакция изомеризации, которая чрезвычайно важна для получения разветвленных алканов, особенно изобутана и изопентана.

Изомеризация алканов в присутствии сильных кислот Льюиса или суперкислот проходит с образованием карбокатионов. Сильная кислота необходима потому, что алканы проявляют малое родство с протоном, поскольку не содержат $\pi $- или n-электронов.

Сначала образуется протонированный алкан с трицентровой двуэлектронной связью у атома углерода, по месту условного присоединения протона, поскольку конкретное место присоединения, как правило, неизвестно. Протонованый алкан быстро превращается в карбокатион, которые путем гидридного и метиланионного перемещений изомеризуются в третичные карбокатионы, то есть в разветвленные алканы:

Рисунок 9. Каталитический крекинг. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Образованные с помощью каталитического крекинга разветвленные алканы - ценные высокооктановые бензины и сырье для получения каучуков.

Алканы в топливе

В двигателе внутреннего сгорания при сжатии бензиновой паров с воздухом алканы нормального строения образуют перекиси, которые вызывают преждевременное возгорание углеводородной смеси. Это явление называется детонацией и наносит вред двигателю.

Разветвленные алканы лишены этого недостатка. Ценные углеводороды с неоструктурой или структурой, подобной структуре изооктана (последнему условно присвоено октановое число 100, а для н-гептана октановое число составляет 0):

Рисунок 10. Алканы в топливе. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Итак, если бензин имеет марку, например, 76, то это означает, что ему соответствует октановое число 76 и он проявляет такую же детонационную стойкость, как смесь 76\% изооктана и 24\% н-гептана. Выше октановое число (130> имеет 2,2,3-триметилбутан (триптан).

Топливо для дизельных двигателей характеризуется другим показателем - цетановым числом. Ценные топлива при этом, наоборот, состоят из алканов нормального, неразветвленного строения. Стандартом для дизельного топлива принят цетан $C_H_$ (цетановое число 100).

Нефть – это маслянистая жидкость от желтого или светло-бурого до черного цвета с характерным неприятным запахом. Нефть легче воды и не растворима в ней. Она встречается во многих местах земного шара, пропитывая пористые горные породы на различной глубине.

У нефти есть удивительная способность – образовывать на поверхности воды тончайшие пленки: чтобы покрыть микронной пленкой 1 км 2 требуется всего 10 л нефти.

Большой вред приносит загрязнение нефтью и нефтепродуктами водоемов.

Состав

Нефть – смесь газообразных, жидких и твердых углеводородов (всего более 100 различных соединений). Кроме углеводородов в нефти еще содержатся в небольшом количестве органические соединения, содержащие O, N, S и др. Имеются также высокомолекулярные соединения в виде смол и асфальтовых веществ.

Состав нефти еще зависит от месторождения. Но все они обычно содержат три вида углеводородов:

парафины, в основном нормального соединения,

По мнению большинства ученых, нефть представляет собой геохимически измененные остатки некогда населявших земной шар растений и животных. Эта теория органического происхождения нефти подкрепляется тем, что в нефти содержатся некоторые азотистые вещества – продукты распада веществ, присутствующих в тканях растений.

Есть и теории о неорганическом происхождении нефти : образовании ее в результате действия воды в толщах земного шара на раскаленные карбиды металлов (соединения металлов с углеродом) с последующим изменением получающихся углеводородов под влиянием высокой температуры, высокого давления, воздействия металлов, воздуха, водорода и др.

При добыче из нефтеносных пластов, залегающих в земной коре иногда на глубине нескольких километров, нефть либо выходит на поверхность под давлением находящихся на нем газов, либо выкачивается насосами.

Нефтяная отрасль промышленности сегодня – это крупный народно-хозяйственный комплекс, который живет и развивается по своим законам.

Что значит нефть сегодня для народного хозяйства страны?

сырье для нефтехимии в производстве синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, полипропилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых изделий из них, искусственных тканей;

источник для выработки моторных топлив (бензина, керосина, дизельного и реактивных топлив), масел и смазок, а также котельно-печного топлива (мазут), строительных материалов (битумы, гудрон, асфальт);

сырье для получения ряда белковых препаратов, используемых в качестве добавок в корм скоту для стимуляции его роста.

Нефть – наше национальное богатство, источник могущества страны, фундамент ее экономики.

Нефтяной комплекс России включает 148 тыс. нефтяных скважин, 48,3 тыс. км магистральных нефтепроводов, 28 нефтеперерабатывающих заводов общей мощностью более 300 млн т/год нефти, а также большое количество других производственных объектов.

Из нефти вырабатывают реактивное топливо

На предприятиях нефтяной отрасли промышленности и обслуживающих ее отраслей занято около 900 тыс. работников, в том числе в сфере науки и научного обслуживания – около 20 тыс. человек. За последние десятилетия в структуре топливной отрасли промышленности произошли коренные изменения, связанные с уменьшением доли угольной отрасли промышленности и ростом отраслей по добыче и переработке нефти и газа. Если в 1940 г. они составляли 20,5%, то в 1984 г. – 75,3% от суммарной добычи минерального топлива. Теперь на первый план выдвигается природный газ и уголь открытой добычи. Потребление нефти для энергетических целей будет сокращено, напротив, расширится ее использование в качестве химического сырья. В настоящее время в структуре топливно-энергетического баланса на нефть и газ приходится 74%, при этом доля нефти сокращается, а доля газа растет и составляет примерно 41%. Доля угля 20%, оставшиеся 6% приходятся на электроэнергию.

Первичная переработка нефти

Переработку нефти впервые начали братья Дубинины на Кавказе.

Первичная переработка нефти заключается в ее перегонке.

Перегонку производят на нефтеперерабатывающих заводах после отделения нефтяных газов.

Нефть нагревают в трубчатой печи до 350 С, образовавшиеся пары вводят в ректификационную колонну снизу.

Ректификационная колонна имеет горизонтальные перегородки с отверстиями - тарелки .

Схема переработки нефти методом ректификации

Из нефти выделяют разнообразные продукты, имеющие большое практическое значение. Сначала из нее удаляют растворенные газообразные углеводороды (преимущественно метан). После отгонки летучих углеводородов нефть нагревают. Первыми переходят в парообразное состояние и отгоняются углеводороды с небольшим числом атомов углерода в молекуле, имеющие относительно низкую температуру кипения. С повышением температуры смеси перегоняются углеводороды с более высокой температурой кипения. Таким образом, можно собрать отдельные смеси (фракции) нефти. Чаще всего при такой перегонке получают четыре летучие фракции, которые затем подвергаются дальнейшему разделению.

Основные фракции переработки нефти методом ректификации

Газолиновая фракция , собираемая от 40 до 200 °С, содержит углеводороды от С ₅ Н ₁₂ до С ₁₁ Н ₂₄ . При дальнейшей перегонке выделенной фракции получают газолин ( t _кип = 40–70 °С), бензин ( t _кип = 70–120 °С) – авиационный, автомобильный и т.д.

Лигроиновая фракция , собираемая в пределах от 150 до 250 °С, содержит углеводороды от С ₈ Н ₁₈ до С ₁₄ Н ₃₀ . Лигроин применяется как горючее для тракторов. Большие количества лигроина перерабатывают в бензин.

Керосиновая фракция включает углеводороды от С ₁₂ Н ₂₆ до С ₁₈ Н ₃₈ с температурой кипения от 180 до 300 °С. Керосин после очистки используется в качестве горючего для тракторов, реактивных самолетов и ракет.

Газойлевая фракция ( t _кип. >275°С), по-другому называется дизельным топливом .

М азут – о статок после перегонки нефти – содержит углеводороды с большим числом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле.

Мазут также разделяют на фракции перегонкой под уменьшенным давлением, чтобы избежать разложения.

В результате получают:

Соляровые масла (дизельное топливо).

Смазочные масла (автотракторные, авиационные, индустриальные и др.).

Вазелин (технический вазелин применяется для смазки металлических изделий с целью предохранения их от коррозии, очищенный вазелин используется как основа для косметических средств и в медицине).

Из некоторых сортов нефти получают парафин (для производства спичек, свечей и др.).

После отгонки летучих компонентов из мазута остается гудрон . Его широко применяют в дорожном строительстве. Кроме переработки на смазочные масла мазут также используют в качестве жидкого топлива в котельных установках.

Продукты переработки нефти

РИФОРМИНГ

(вторичная переработка нефти)

Бензина, получаемого при перегонке нефти, не хватает для покрытия всех нужд. В лучшем случае из нефти удается получить до 20% бензина, остальное – высококипящие продукты.

В связи с этим перед химией стала задача найти способы получения бензина в большом количестве. Удобный путь был найден с помощью, созданной А.М. Бутлеровым теории строения органических соединений. Высококипящие продукты разгонки нефти непригодны для употребления в качестве моторного топлива. Их высокая температура кипения обусловлена тем, что молекулы таких углеводородов представляют собой слишком длинные цепи. Если расщепить крупные молекулы, содержащие до 18 углеродных атомов, получаются низкокипящие продукты типа бензина.

Основным способом переработки нефтяных фракций являются различные виды крекинга. Впервые (1871–1878) крекинг нефти был осуществлен в лабораторном и полупромышленном масштабе сотрудником Петербургского технологического института А.А. Летним. Первый патент на установку для крекинга заявлен Шуховым в 1891 г. В промышленности крекинг получил распространение с 1920-х гг.

Крекинг – это термическое разложение углеводородов и других составных частей нефти. Чем выше температура, тем больше скорость крекинга и больше выход газов и ароматических углеводородов.

Крекинг нефтяных фракций кроме жидких продуктов дает первостепенно важное сырье – газы, содержащие непредельные углеводороды (олефины).

Различают следующие основные виды крекинга:

жидкофазный (20–60 атм, 430–550 °С), дает непредельный и насыщенный бензины, выход бензина порядка 50%, газов 10%;

парофазный (обычное или пониженное давление, 600 °С), дает непредельно-ароматический бензин, выход меньше, чем при жидкофазном крекинге, образуется большое количество газов;

пиролиз нефти – разложение органических веществ без доступа воздуха при высокой температуре (обычное или пониженное давление, 650–700 °С), дает смесь ароматических углеводородов (пиробензол), выход порядка 15%, более половины сырья превращается в газы;

деструктивное гидрирование (давление водорода 200–250 атм, 300–400 °С в присутствии катализаторов – железа, никеля, вольфрама и др.), дает предельный бензин с выходом до 90%;

каталитический крекинг (300–500 °С в присутствии катализаторов – AlCl ₃ , алюмосиликатов, МоS ₃ , Сr ₂ О ₃ и др.), дает газообразные продукты и высокосортный бензин с преобладанием ароматических и предельных углеводородов изостроения.

каталитический риформинг – превращение низкосортных бензинов в высокосортные высокооктановые бензины или ароматические углеводороды.

Я занимался им ,заработал денег и занялся еще одним бизнесом. А бизнес по перегонке отработанного масла о котором я буду рассказывать продал, по причине того, что на другой бизнес уходит много времени.
Итак когда я был помоложе и денег не было совсем. Я стал задумываться как бы денег заработать, купить машину,позволять себе жить так как хочется в финансовом плане.

Однажды я столкнулся с тем , что в гаражном кооперативе была переполнена емкость под отработанное масло из двигателе автомобилей. И мой знакомый председатель кооператива не знал, что с этим маслом делать. Он был бы рад, если кто либо его бесплатно забрал.

Позже я узнал, что с такой проблемой сталкиваются авто сервисы, автокомбинаты.производственные предприятия, железная дорога и куча других предприятий, в результате деятельности которых образовывалось отработанное масло.

Я подумал,что такого можно сделать с отработанным маслом,что бы на нем заработать?Так как я хорошо знал химию- то самым рентабельным способом сделать "из грязи" деньги оказалась перегонка (крекинг) похожая на перегонку нефти.

Я задался вопросом почему нефтеперерабатывающие заводы не занимаются перегонкой (крекингом) отработанных масел.

Крекинг- это высокотемпературная переработка нефти и ее фракций с целью получения продуктов меньшей молекулярной массы. Простыми словами это воздействие на нефть высокой температурой для получения новых веществ. В большинстве своем крекинг проводят на заводах для получения бензина, керосина, газа и т. д. Казалось бы, какое это имеет отношение к экстремальным видам развлечения? Все очень просто - экстремалы проводят это самостоятельно дома! Именно, работа с высокими температурами, нефтью, и все это не на заводе во время работы, а на выходных, во дворе дома человека, который гонится за яркими эмоциями. Интересно? Да! Экстремально? Еще как!

Почему это считается экстремальным?

Возможно, опасность в высокой температуре на которую надо нагреть нефть? Или в ядовитых газах, появляющихся при химическом процессе? Все куда проще чем можно было подумать. В процессе может произойти взрыв. Стоит так же упомянуть, что основным фактором крекинга является образование нефтяного кокса. Насколько это экстремально судить только решившемуся на это.

Но перед всем, надо обязательно ознакомиться с правилами, техникой безопасности, списком необходимого оборудования. Хорошо было бы найти человека, уже имеющего опыт со всем этим и расспросить его. Не стоит так же и экономить на необходимом оборудовании. Так, можно уменьшить вероятность печального исхода. Все же, каким бы вы не были экстремалом, вряд ли вы хотите в следствии своего развлечения и неосторожности попрощаться с вашей жизнью. Поэтому даже в таком занятии, не забывайте технику безопасности!

Кому подходит это развлечение?

Наверняка возиться с химическими процессами интересно было бы каждому. Но не для каждого это достаточно безопасно. Все же лучше хорошо разбираться в химии и физики, для того чтобы пробовать крекинг. Хоть название и звучит просто и легко, на деле это совершенно не так и опасно. Поэтому, для тех кто не разбирается в химии и получал по этому предмету тройки ,а то и двойки, в школе, лучше обойти то развлечение стороной.

Но если вас всегда интересовала экспериментальная наука, вам нравится проводить опыты, и в жизни не хватает опасности и адреналина, то крекинг это то что нужно. Тут и интересный эксперимент, и опыт, и опасность.

Так же, это не самое дешевое удовольствия. Для проведения данного опыта понадобиться немало оборудования, которое стоит немалых денег. Поэтому для тех, кто живет на дошираках это так же не подходит. Не стоит разоряться на то, что может в случае неудачи принести убытки.

Откуда произошел крекинг?

Первая промышленная установка была создана и запатентована инженером В. Г. Шуховым и его помощником Гавриловым в 1891 году. Изначально это было сделано лишь для производства более легких молекулярных веществ. И только после, крекингом увлеклись экстремалы, поняв что создать необходимые условия можно и самим.

Вывод

Крекинг- веселье для прошаренных химиков, а не любопытных новичков. Стоит иметь хорошие знания и средства. Но опыт должен получиться интересным и незабываемым. И конечно он удовлетворит все потребности экстремала. Так как заняться этой процедурой, дело довольно рисковое. Ощущения опасности, и того что исход зависит от вас, принесут свои ощущения, которые надолго запечатлятся в вашей памяти!

Читайте также: