Каталитикалық крекинг. Бұл не?

Каталитикалық крекинг процесі 1930 жылдары АҚШ-та басталды. Оның дамуына 1936 жылы Эжен Гудри әзірлеген алюминий силикаттары негізіндегі тиімді катализаторды құру түрткі болды. Алайда, каталитикалық крекинг процесін ашқан 1915 жылы теориялық тұрғыдан бірінші болып сипаттаған ресейлік ғалым Николай Зелинский болып саналуы керек.

КСРО-да алғашқы өнеркәсіптік крекинг қондырғыларын 1934 жылы Бакудегі «Кеңестік крекинг» зауытында Владимир Шухов салған.

Каталитикалық крекинг түсіндірмесі

Мұнайды әртүрлі бөліктерден (молекулалардан) тұратын күрделі пазл деп елестетіп көріңіз. Каталитикалық крекинг — осы пазл жеке бөліктерге бөлінетін, содан кейін оларды жаңа кескіндерге (өнімдерге) жинауға болатын процесс.

Каталитикалық крекинг барысында келесі негізгі реакциялар жүреді: С-С (көміртек-көміртек) байланысының үзілуі, сутектің қайта бөлінуі (гидрациялау және дегидрациялау), деалкилдену, дегидроциклизация, полимерлеу, конденсация.

Каталитикалық крекинг кезінде гетерогендік катализ жүретінін айтқан жөн. Бұл катализатор мен әрекеттесуші заттардың әртүрлі фазаларда екенін білдіреді. Катализатор әдетте қатты фазада, ал әрекеттесуші заттар — газ тәрізді немесе бу тәрізді күйде болады.

Каталитикалық крекинг барысында катализатор мен реагенттер белгілі бір температураға дейін қызады. Реактордағы температура әдетте 510-540 °C, ал регенераторда — 650-730 °C құрайды. Бұл крекинг реакциясын жүргізу үшін оңтайлы жағдайларды қамтамасыз етеді.

Катализатор мен реагенттің әртүрлі қызу температуралары реакцияның тиімді өтуін қамтамасыз етеді. Катализаторды неғұрлым жоғары температураға дейін қыздыру реакцияны катализациялау қабілетін арттыру арқылы оны белсендіруге көмектеседі. Сонымен бірге, реагентті белгілі бір температураға дейін қыздыру реакцияны бастауға қажетті энергияны қамтамасыз етеді.

Бұл процесті табада тамақ пісіру ретінде елестетуге болады. Таба (катализатор) тамақты (реагент) біркелкі және жылдам пісіруді қамтамасыз ету үшін жоғары температураға дейін қызады. Егер таба жеткілікті ыстық болмаса, тамақ тым баяу піседі немесе мүлде піспейді. Егер тамақ табасыз тым жоғары температураға түссе, ол күйіп кетуі немесе бүлінуі мүмкін. Осылайша, катализатор мен реагент температураларының дұрыс үйлесуі крекинг реакциясы үшін оңтайлы жағдайларды қамтамасыз етеді.

Каталитикалық крекинг катализаторлары

Аморфты шар катализаторы — бұл өткен буындағы каталитикалық крекинг қондырғыларында қолданылған катализатордың бір түрі. Ол диаметрі 3-5 мм, бетінің ауданы 200 м²/гр болатын шарлар. Бізде кішкентай шарлар себеті бар деп елестетіп көрейік. Әрбір шар – ол аморфты шар катализаторы. Бұл шарлар каталитикалық крекинг процесінде болатын химиялық реакцияларды жеделдету қабілетіне ие. Каталитикалық крекинг процесінде бұл шарлар реакция аймағы арқылы қозғалып, онда мұнай фракцияларымен әрекеттеседі. Осы әрекеттесу нәтижесінде мұнай фракцияларының молекулаларында химиялық байланыстар үзіліп, бұл бензин сияқты жеңіл және құнды өнімдердің пайда болуына әкеледі.

Қазіргі кезеңде аморфты шар катализаторының орнына құрамында цеолит бар микросфералық катализатор қолданылады. Бұл катализатор - бетінің ауданы 300-400 м²/гр құрайтын 35-150 мкм көлеміндегі микроскопиялық бөлшектер болып табылады. Ол аморфты алюминий силикатты матрицаға жағылған крекингтейтін цеолитті компоненттен тұрады. Бұл оған каталитикалық крекинг барысында тиімдірек және жан-жақты болуға мүмкіндік береді.

Катализаторлар гомогендік және гетерогендік болып бөлінеді. Гетерогендік катализаторлардың, әдетте, жақсы дамыған беті болады, ол үшін оларды инертті тасымалдаушыға таратады (силикагель, алюминий оксиді, белсендірілген көмір және т.б.).

Каталитикалық крекинг реакторында реагент (мұнай шикізаты) бу тәрізді күйде болады. Катализатор қатты түрде болады.

Каталитикалық крекинг реакторы әдетте катализатор мен реагенттің үздіксіз қозғалысы болатын биік мұнара немесе баған болып табылатынын айта кеткен жөн. Диаметрі 3-5 мм шарлар түріндегі катализатор бункер-сепаратордан реактор бункеріне құйылады және реакция аймағын, крекинг өнімдерін бөлу аймағын және булау аймағын тығыз қабатпен біркелкі өтеді. Басқаша айтқанда, шарикті катализатор қабаты көтеріліп келе жатқан шикізат буына қарай реактордан жоғарыдан төмен қарай жылжиды. Яғни, катализатор үстінен, ал шикізат астынан беріледі. Мұндай реакторда катализ, салмақ алмасу және жылу алмасу мүлтіксіз қысып шығаруға жақын режимде тікелей ағынмен сүзу арқылы жүзеге асырылады.

Бұл процесті су (катализатор) жоғарыдан төмен қарай ағып, жел (реагент) төменнен жоғары көтерілетін сарқырама ретінде елестетуге болады. Су мен жел кездесіп, әрекеттеседі де, бұл тамшылардың (реакция өнімдері) пайда болуына әкеледі. Бұл каталитикалық крекинг реакторы жұмысының негізгі принциптерін елестетуге көмектесетін жеңілдетілген ұқсастық.

Каталитикалық крекинг реакциясының өнімдері, немесе «тамшылар» фракциялық айдау ретінде танымал процесс арқылы ұсталады және әртүрлі фракцияларға бөлінеді.

Осы процесс кезінде реакция өнімдері дистилляциялық бағанға беріліп, онда олар қайнау температураларына қарай әртүрлі фракцияларға бөлінеді. Газдар мен бензин сияқты неғұрлым жеңіл фракциялардың қайнау температуралары төмендеу және олар бағанның жоғарғы жағына көтеріледі, ал газойль мен мазут сияқты ауырлау фракциялардың қайнау температуралары жоғарылау және олар бағанның төменгі жағында қалады.

Бұл процесті кофеқайнатқышта кофе дайындау процесі ретінде елестетуге болады. Су (шикізат) қайнағанға дейін қызады және бу кофе сүзгісі (катализатор) арқылы көтеріліп, онда кофе дәндерімен (реагент) әрекеттеседі. Осы әрекеттесу нәтижесінде кофе (реакция өнімдері) пайда болады, содан кейін ол құмыраға жиналады. Осылайша, кофенің «тамшылары» ұсталады және кейіннен пайдалану үшін бір жерде жиналады.

Ұстап қалу процесі туралы толығырақ келесі мақалада айтатын боламыз.