Одно из ведущих мест среди вторичных процессов нефтепереработки принадлежит процессу каталитического крекинга тяжелых дистиллятных фракций на мелкодисперсных катализаторах. Целевым назначением процесса является получение высокооктанового бензина. Газы, богатые бутан-бутиленовой и пропан-пропиленовой фракциями, находят широкое применение в качестве сырья для производства высокооктанового компонента бензина — алкилата, а также в производстве синтетического каучука и в нефтехимии.
Легкий газойль каталитического крекинга используют как компонент дизельного топлива. Тяжелый газойль с высоким содержанием полициклических ароматических соединений имеет широкое применение как сырье для получения дисперсного технического углерода, игольчатого кокса, а также в качестве компонента мазутов.
Основным сырьем крекинга являются вакуумные газойли широкого фракционного состава, например с температурами выкипания от 300 до 500°С. В последние годы стали применять утяжеленные вакуумные газойли с температурой конца кипения до 550 и даже 590оС. Для расширения ресурсов сырья используют и сырье вторичного происхождения, в частности газойли коксования [1, 2].
Сырье каталитического крекинга должно обладать низкой коксуемостью (не более 0,5 % масс.), т. е. содержать немного полициклических ароматических углеводородов и смолистых веществ, вызывающих быстрое закоксовьтвание катализатора. Кроме того, в сырье должно быть обеспечено низкое (не более 20—25 г т) содержание металлов, способных дезактивировать (отравлять) катализатор. В настоящее время разрабатывают способы предварительной деметаллизации сырья. Зольность сырья крекинга обычно находится в пределах 0,006—0,007% (масс.) [3, 4].
Использование сернистого сырья вызывает необходимость его гидроочистки. Последние проекты предусматривают оснащение установок каталитического крекинга блоком гидроочистки, в котором соединения серы удаляются в виде сероводорода, а также происходит общее облагораживание сырья - очистка от соединений азота и кислорода. Содержание серы в сырье после гидроочистки снижается до 0,1—0,3% (масс.).
На установках крекинга широко применяют высокоактивные цеолитсодержащие катализаторы, в которых от 10 до 25% (масс.) кристаллических алюмосиликатов в массе аморфной матрицы. Это позволяет значительно увеличить выход бензина и повысить его октановое число до 82—84 (моторный метод) или 92—94 (исследовательский метод), а также уменьшить время контакта. Катализатор должен иметь определенный гранулометрический состав, развитую поверхность, высокие пористость и механическую прочность.
Ниже приведены характеристики цеолитсодержащих катализаторов аморфного и марки АШНЦ-3 (числитель — свежий, знаменатель — равновесный):
| Показатели | Аморфный | АШНЦ-3 |
| Насыпная плотность, г/м3 Индекс активности Индекс стабильности Прочность шарика, Н Удельная поверхность, м2/г Удельный объем пор, см3/г Средний радиус пор, мм | 0,700/0,770 37/32 28/- 19/27 365/240 0,555/0,375 4,2/3,2 | 0,665/0,718 50/47 50/- 18/23 260/195 0,520/0,407 3,3/4,2 |
Под глубиной каталитического крекинга понимается общий выход продуктов (в % масс.), за исключением либо тяжелого газойля, либо суммы легкого и тяжелого газойлей. Крекинг можно проводить с различной глубиной; в одних случаях процесс направлен на получение максимального выхода бензина (вариант I), в других — наряду с бензином получают максимальный выход средних дистиллятов (вариант II) [51]:
| Продукты | Вариант I | Вариант II |
| Сухой газ Пропан Пропилен Изобутан н-Бутан Бутилены Бензин (С5-221оС) Легкий газойль Тяжелый газойль кокс | 3,0 1,5 4,1 5,1 0,9 7,5 59,6 7,2 3,5 7,6 | 1,8 0,6 2,3 2,8 0,5 3,4 38,3 39,3 3,5 7,5 |
| Итого | 100,0 | 100,0 |
Выходы продуктов каталитического крекинга и их качество весьма существенно зависят от природы сырья — содержания в нем ароматических, нафтеновых и парафиновых углеводородов [6]:
| Показатели | Ароматическое сырье | Нафтеновое сырье | Парафиновое сырье | Деасфальтизат | Гидроочищенный деасфальтизат |
| Плотность при 20оС, кг/м3 Содержание серы, % (масс.) 50% (об.) выкипает, оС Глубина крекинга, % (об.) Выход, % (об.) бензина ΣС3 ΣС4 | 934,0 1,8 429 70
54,2 7,5 14,8 | 829,7 1,0 421 80
65,0 8,5 17,0 | 855,0 0,5 432 85
68,0 11,0 18,5 | 970,52 3,5 570 70
58,5 7,9 14,2 | 930,9 0,3 545 70
61,0 7,9 13,7 |
Важным фактором является и температура процесса; с ее повышением выход продуктов крекинга меняется следующим образом:
| Температура, °С Глубина превращения, % (масс.) Выход, % (масс.) водорода метана этилена этана пропилена пропана бутиленов изобутана н-бутана бензина легкого газойля тяжелого газойли кокса | 480 77,15
0,02 0,31 0,42 0,34 2,72 1,28 3,52 5,17 1,24 57,32 15,51 7,65 4,81 | 538 78,35
0,05 0,71 0,59 0,56 4,81 1,14 6,78 3,86 1,11 56,11 15,85 5,85 2,58 |
| Итого | 100,0 | 100,0 |
Материальный баланс крекинга малосернистых дистиллятов на цеолитсодержащем катализаторе приведен ниже [7]:
| Показатели | Вакуумный дистиллят обычный | Вакуумный дистиллят утяжеленный |
| Режим процесса | ||
| Температура в зоне реакции, °С Массовая скорость подачи сырья, ч-1 Массовое отношение катализатор: сырье | 530 20,5 7:1 | 530 22,0 8:1 |
| Материальный баланс | ||
| Взято, % (масс.) Сырье |
100,0 |
100,0 |
| Итого | 100,0 | 100,0 |
| Получено, % (масс.) Газ до С4 включительно в том числе пропилен пропан бутилены изобутан н-бутан Автобснзин (С5— 195оС) Фракция 195—270оС Фракция 270—350оС Фракция >350°С Кокс (выжигаемый) Потери |
17,4
4,52 0,92 5,28 3,82 0,85 45,8 6,9 12,6 11,8 4,5 1,0 |
14,1
3,73 0,65 4,71 2,59 0,54 44,5 6,5 13,7 14,7 5,5 1,0 |
| Итого | 100,0 | 100,0 |