Еще одним представителем череды американских изобретений разновидностей крекинг-процесса стал парофазный крекинг Вильяма А. Холла.
Патент на изобретение 1175909 "PROCESS FOR THE CONVERSION OF HEAVY HYDROCARBONS INTO LIGHTER HYDROCARBONS" (Способ превращения тяжёлых углеводородов в более лёгкие углеводороды), заявленное 24.07.2014 года и зарегистрированное 14.03.1916 года.
В аннотации к патенту написано следующее (перевод автора статьи): "Настоящее изобретение относится к усовершенствованиям в гидрировании тяжелых углеводородов с целью превращения их в углеводороды с более низким удельным весом и температурой кипения, которые могут быть успешно использованы в двигателях внутреннего сгорания автомобильного типа."
В практике существовавших на тот момент технологий, гидрирование нефти осуществлялось путем присоединения к молекуле углеводорода дополнительного водорода, полученного из какого-либо внешнего источника, которым мог быть:
- свободный газообразный водород;
- производственный газ;
- водород образующийся при разложении воды.
Присоединение обычно осуществлялось за счет каталитического действия никеля или другого металла. Подобные технологии были очень дорогостоящими, поскольку свободный водород являл дорогостоящим материалом, а содержание N, CO и CO2 в газообразном продукте или водяном газе создавало трудности.
Сущность изобретения Вильяма А. Холла заключалась в воздействии на улетучившийся тяжелый углеводород, в отсутствие пара или любого постороннего источника водорода (в виде воды, пара или добавленного водорода), воздействием тепла и давления в присутствии катализатора, способного осуществлять связывание водорода с углеводородами.
Ранее пропускали смесь нефти воды или пара через трубки, содержащие металлические никелевые стержни, в змеевики, нагретые до тускло-красного цвета. Изобретение Холла отличалось тем, что выполнялось пропускание паров нефти через трубки, содержащие стержни из никеля или другого катализатора гидрирования, но без добавления к нему водорода, воды или пара.
Если углеводородное сырьё нагревать при умеренном давлении, около 5 атмосфер, до температуры, превышающей 600 °C, в присутствии катализатора и в отсутствие пара или любого постороннего источника водорода, то происходит эффективная конверсия нефти, при этом нефть частично разлагается и выделяются газы, которые, в свою очередь, разлагаются нагретым катализатором с выделением водорода, который в зарождающемся состоянии в значительной степени присоединен к конденсируемой части разложившегося углеводородного сырья.
Катализаторами, которые предлагал использовать Холл, являлись никель, кобальт, серебро, палладий, хром или марганец в форме металлов или их окислов.
Как показано на принципиальной схеме, устройство включало в себя преднагреватель А для повышения температуры нефти и до некоторой степени её испарения перед его поступлением в трубчатый конвертер В, так что газ мог быть получен уже на более ранней стадии процесса.
Показанный конвертер включал с своём составе наклонную металлическую трубку, расположенную по змеевику таким образом, что циркуляция осуществляется через верхнюю секцию, затем вниз и через следующую, и так далее до самого низа, причем сначала подвергался воздействию самой низкой температуры, которая находится вверху, и постепенно повышается к низу.
В трубчатые элементы конвертера был помещен каталитический материал, который контактировал с нагретыми стенками трубки.
Из конвертера В продукты направлялись в расширительную камеру С, где их температура несколько снижалась. Расширительная камера C могла быть снабжена металлическим сетчатым экраном D, предпочтительно конической формы, предназначенным для сбора и извлечения любого свободного углерода (сажы), который мог высвободиться (такой углерод легче всего осаждается в точке, где происходит расширение, и в наибольшей степени, если давление резко снижается).
Рыхлый углерод являлся продуктом разложения, и его извлечение из тяжелой нефти в значительной степени приводило к снижению удельного веса.
Давление паров существенно снижалось при переходе из конвертера В в камеру С, что существенно способствовало отложению свободного углерода в больших количествах в камере С. Поскольку углерод осаждался в приемнике С, а не в элементах конвертера В, отсутствовала опасность засорения преобразователя этим рыхлым углеродом.
Газы и пары, образующиеся при разложении нефти, проходили через змеевик с высокой скоростью, и поскольку поперечное сечение пространства в змеевике было маленькое, потому что металлический стержень занимал его большую часть. Благодаря этому поток газов и паров, проходящий через змеевик, уносил с собой весь свободный углерод или материал, похожий на сажу, следовательно, в змеевике осаждалась незначительная его часть. После того, как давление снижалось и газы поступали в расширительную камеру C, почти весь свободный углерод осаждался на сетчатом элементе D.
Из расширительной камеры C продукты проходили через охлаждающий конденсатор E и поступали в приемный резервуар F, из которого отводились несконденсировавшиеся газы. Оказалось, что конденсат является продуктом, совершенно отличным от исходной нефти - он имел гораздо более низкий удельный вес и температуру кипения, а при повторной дистилляции и фракционировании получалась фракция, в высшей степени пригодная для использования в автомобилях.
Фракционирование могло быть осуществлено с помощью дефлегматора, расположенного между конвертером и конденсатором.
Если статья была вам интересной и полезной, ставьте лайк, а если хотите ежедневно получать новые статьи и узнавать больше о нефтепереработке, то подписывайтесь на канал.