Термический крекинг ставший ответом на появившийся в начале 20-го века спрос на бензиновую фракцию, вследствие изобретения карбюраторного двигателя и начала его применения в мотоциклетном, автомобильном и авиационном транспорте.
Однако уже к началу 1930-х годов стало очевидно, что потенциал термических крекинг-процессов ограничен и не сможет в перспективе удовлетворить увеличивающийся спрос на бензин.
Ответом нефтеперерабатывающей промышленности новому вызову потребительского спроса стало изобретение и внедрение в производство процесса каталитического крекинга.
Теоретическое открытие каталитического крекинга
Первооткрывателем процесса каталитического крекинга следует считать Н.Д. Зелинского, российского учёного, который был первым, кто теоретически описал в 1915 году, в 1918 году осуществил в промышленном масштабе опытные испытания процесса каталитического крекинга с хлористым алюминием, протекавший при температуре 250 °С и давлении, близком к атмосферному.
Опытные испытания нового деструктивного процесса выявили ряд недостатков, которые делали его не привлекательными для промышленного применения, а именно:
- высокий расход катализатора (хлористого алюминия), составлявший 10% масс. от переработанного сырья;
- технические трудности с регенерацией катализатора;
- корродирование аппаратуры соляной кислотой, которая выделялась при распаде хлористого алюминия;
- периодический характер проведения процесса.
Вследствие выявленных недостатков нового деструктивного процесса и отсутствии в России обоснованной потребности в производстве бензиновой фракции в большом объёме, процесс предложенный Н.Д. Зелинским не был ни внедрен в производство, ни запатентован.
Практическое внедрение каталитического крекинга
Из-за причин описанных выше, авторство процесса каталитического крекинга принадлежит Эжену Худри, американскому изобретателю французского происхождения, который 08.05.1934 года получил патент 1957648 "PROCESS AND APPARATUS FOR THE TREATMENT OF HEAVY OILS AND THE LIKE FOR THE CONVERSION THEREOF INTO LIGHTER PRODUCTS", заявленный им 16.02.1931 года.
В аннотации к своему изобретению Худри написал: Настоящее изобретение относится к способу и устройству для обработки тяжелых нефтей и других подобных продуктов для превращения их в более легкие продукты.
Предметом изобретения Худри являлись способ и устройство, которые позволили значительно уменьшить размер установки в сравнении с известными на тот момент технологиями и сделали возможной обработку всего исходного сырья без отделения жидких или полужидких продуктов при выходе из испарителей.
Для этой цели, согласно изобретению, испарение и последующий каталитический крекинг осуществляют в общей емкости, в которой испарение происходит в верхнем элементе, а каталитический крекинг осуществляют непосредственно в нижележащем элементе таким образом, что продукты, какой бы ни была степень их испарения, проходят под действием силы тяжести из испарителя в камеру крекинга.
Подобная компоновка позволяет избежать каких-либо трубопроводов между испарителем и камерой каталитического крекинга и, с другой стороны, позволяет осуществлять регенерацию катализатора в камере крекинга одновременно с регенерацией контактной массы, над которой осуществляется испарение в верхнем испарителе общей емкости.
Согласно изобретению, камера испарения, расположенная над камерой крекинга, образована прямолинейным или кольцевым плоским кожухом, закрытым сверху и открывающимся снизу в плоский кожух для крекинга аналогичной формы, но большей ширины.
Испарительная камера, в которую сверху через распределительный патрубок подается сырьё подлежащее переработке, подаваемое по трубе, которую можно нагревать, размещая одну из ее секций, выполненную в виде змеевика, внутри дефлегматора, в котором продукты обрабатываются при выходе из камеры крекинга.
На чертеже:
1. (а) представляет собой верхний элемент емкости (а-b), в которой испарение осуществляется в верхнем отделении или элементе (а), тогда как каталитический крекинг осуществляется в нижнем, расположенном под ним элементе (b). Сосуд (а-b) изготовлен из листового металла, причем верхний отсек (а) закрыт на своем верхнем конце, тогда как нижний отсек (b) закрыт на своем нижнем конце.
2. Отсек (а), который служит камерой испарения, предпочтительно имеет меньшую ширину, чем отсек (b), и может быть известным образом заполнен пористым контактным материалом (а1), расположенным на перфорированном ложном дне (а2).
3. Контактный материал (а1) занимает только часть высоты испарительной камеры, причем металлические устройства для стимулирования испарения тонкими слоями (наклонные пластины или шарики) расположены над контактным материалом.
4. Обрабатываемая нефтяная фракция распределяется по всей длине отделения (а) магистралью (а3), к которой оно подводится трубой (с), которая может содержать змеевик (с1), расположенный в верхней части дистилляционной колонны (d), где преобразованные продукты обрабатываются при выходе из каталитического отделения (b).
5. Каталитическое отделение, в которое продукты проходят под действием силы тяжести при выходе из испарительного отделения (а), может быть сконструировано любым известным подходящим способом.
6. Каталитическое отделение предпочтительно содержит ряд перфорированных труб, расположенных в массе (b2) катализатора и через которые может периодически подаваться с целью регенерации указанного катализатора, например, воздух или смесь воздуха и некоторой другой газовой среды в виде пара, поступая по трубе(b3).
7. В массе катализатора (b2) может быть предусмотрена труба (b4) для подачи воздуха или воды для охлаждения во время операции регенерации. В случае использования охлаждающей воды пар, образующийся в результате обмена теплом между каталитической массой и такой водой в течение периода регенерации, может быть рекуперирован для того, чтобы служить регенерационным агентом в смеси с воздухом, распределяемым по трубе (b1).
8. Контактный материал (а’) в элементе а может представлять собой инертные, пористые, впитывающие тела в форме небольших гранул, трубочек или колец, изготовленных из обожженной глины, фарфоровой глины, кизельгура или любого аналогичного материала, обладающего незначительной полимеризующей, деполимеризующей или другой каталитической активностью в условиях эксплуатации или вообще не обладающего таковой.
9. Катализатор крекинга (b2) в элементе (b) содержит адсорбент или каталитически активный материал, такой, например, как активированная глина с дополнительным активным или неактивным материалом или без него, также отформованный в формы по существу одинакового размера и толщины стенки.
10. Рабочие температуры будут зависеть от природы обрабатываемого сырья, но в большинстве случаев будут находиться в диапазоне 300-550 °C. Хотя предпочтительно по существу атмосферное давление, удовлетворительные результаты обеспечиваются при работе при давлениях выше или ниже атмосферного.
11. Регенерирующий агент, вдуваемый по трубе (b3), после прохождения через катализатор (b2) будет подниматься через контактную массу (а1), и таким образом, регенерация катализатора, расположенного в отсеке (b), и регенерация абсорбирующей контактной массы (а1) в камере испарения могут осуществляться одновременно.
12. Регенерирующий агент и газообразные продукты, образующиеся в результате регенерации, выходят по трубе (e), кран (e1) позволяет перекрывать эту выпускную трубу во время обработки.
13. В испарительное отделение может подаваться вода или пар по трубе (f), снабженной краном (f1).
14. Как показано на схеме Fig. 3, отсеки (a-b) могут быть выполнены в виде корпусов из листового металла кольцевой формы.
15. Описанное устройство может быть использовано в сочетании с любым известным средством для повторного фракционирования легких продуктов, выходящих из колонны (d) по трубе (d1).
16. Как указано выше, подлежащее обработке сырьё, полученное из не проиллюстрированного резервуара, может подаваться в испарительную камеру (a) по трубе (c3-c1-c), секция (c1) которой расположена в виде змеевика внутри колонны (d), с целью предварительного нагрева нефтяной фракции парами, которые проходят из указанной колонны (d) на очистную установку.
Изобретение Худри предусматривает использование группы корпусов в соответствии с Fig.1 и 2, расположенные взаимно параллельно в одной и той же печи, такое расположение обеспечивает непрерывную работу установки и позволяет уменьшить объем печей до минимума.
От изобретения каталитического крекинга Худри до его воплощения в функционирующей технологической установке потребовалось несколько лет и ещё один патент Худри, который включал в себя не концептуальное описание процесса и аппарата, а детальное аппаратное оформление установки.
Об этом изобретении я расскажу в своей следующей статье.
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.