Крекинг — пиролиз нефти и полимеров¶

Крекинг (от англ. cracking — «раскалывание») — совокупность технологических процессов химической переработки, при которых крупные молекулы тяжёлых углеводородов или полимеров разлагаются на более лёгкие фракции под действием высокой температуры, давления, катализаторов или их комбинаций. Термин применяется в двух основных областях: нефтепереработке (получение бензина и других светлых нефтепродуктов) и переработке полимерных отходов (пиролиз пластмасс).

¶Крекинг в нефтепереработке

¶Историческая справка

Первые промышленные установки крекинга были созданы в начале XX века. В 1913 году русский инженер Владимир Гаврилович Шухов совместно с химиком Сергеем Сергеевичем Намёткиным запатентовал метод термического крекинга нефтяных остатков. В 1916 году в Баку была запущена первая в мире промышленная установка крекинга. Одновременно аналогичные разработки велись в США: в 1913—1920-х годах установки крекинга строили Уильям Мёрок, Джером Кобб и другие инженеры. Крекинг позволил резко увеличить выход бензиновой фракции из сырой нефти — с типичных 15—20 % до 45—60 %, что было критически важно на фоне растущего автомобильного транспорта.

¶Термический (тепловой) крекинг

Наиболее старый промышленный метод. Мазут или другая тяжёлая фракция нагревается до 450—550 °C при давлении 2—7 МПа. При таких условиях происходит термолиз углеводородных цепей: длинные молекулы алканов распадаются на более короткие — алкены (олефины) и более лёгкие алканы. Побочные реакции приводят к образованию кокса и газа. Термический крекинг постепенно вытеснен более эффективными методами, но до сих пор применяется для производства нефтяного кокса.

¶Каталитический крекинг

Основной современный метод переработки тяжёлых нефтяных фракций. Проводится при 450—550 °C в присутствии катализатора — обычно цеолитсодержащих материалов (натриевый или редкоземельный X-цеолит на алюмосиликатной матрице). Катализатор снижает требуемую температуру и давление (процесс идёт практически при атмосферном давлении), повышает выход бензина и улучшает его качество — за счёт избирательного образования парафинов с разветвлённой структурой, что повышает октановое число.

Промышленная реализация каталитического крекинга началась в 1936 году с установки компании Socony-Vacuum в Батон-Руж (США). В СССР первая установка каталитического крекинга была введена в 1938 году на Ярославском нефтеперерабатывающем заводе. В России крупнейшие установки каталитического крекинга работают на НПЗ «Лукойла» (Пермь, Нижний Новгород), «Роснефти» (Сызрань, Красноярск) и других предприятиях.

¶Гидрокрекинг

Метод, при котором тяжёлые углеводороды разлагаются в присутствии водорода (давление 5—20 МПа, температура 350—450 °C) на катализаторах, содержащих никель, молибден или вольфрам на алюмосиликатной основе. Гидрокрекинг позволяет перерабатывать тяжёлое сырьё (вакуумный газойль, остатки облагораживания) в дизельное топливо и керосиновые фракции с низким содержанием серы и ароматики. В России гидрокрекинг активно внедрялся на НПЗ «Роснефти» и «Лукойла» в 2010-х годах в рамках программы модернизации нефтеперерабатывающих заводов.

¶Крекинг-пиролиз

Высокотемпературный процесс (750—900 °C) с коротким временем контакта, применяемый для получения лёгких олефинов — этилена и пропилена — из газовых фракций и широких нефтяных дистиллятов. Этилен является базовым сырьём для производства полиэтилена, полипропилена и множества других полимеров.

¶Крекинг полимеров (пиролиз пластмасс)

В последние десятилетия термин «крекинг» применяется и к переработке полимерных отходов. При нагреве полимеров (полиэтилена, полипропилена, полистирола) в бескислородной среде до 400—700 °C происходит разрыв углеродных цепей с образованием:

• синтез-газа (смесь CO и H₂);
• жидкой фракции, по составу напоминающую дизельное топливо;
• твёрдого остатка (пироуглерод) и мономеров.

Технологии пиролиза пластмасс разрабатываются в России, в частности в рамках проектов по утилизации полимерных отходов. Промышленное внедрение остаётся ограниченным из-за экономики и проблем с качеством получаемого сырья.

¶Продукты и значение

Основные продукты крекинга — бензин (повышение октанового числа за счёт изопарафинов и олефинов), дизельное топливо, пропилен, этилен, бутадиен, ароматические углеводороды. Крекинг является ключевой технологией нефтепереработки: доля каталитического крекинга в мировом перерабатывающем объёме превышает 45 %.

История: Шухов В. Г., Намёткин С. С. — патент на крекинг, 1913; Нефтепереработка: учебник под ред. А. Л. Клячко; Каталитический крекинг: современные установки и катализаторы.