Сам по себе смысл крекинга, как и других технологий глубокой переработки нефти - расщепить молекулы тяжелого нефтяного продукта на более мелкие и получить более легкий нефтяной продукт. Так как исходные продукты могут быть разными, то применяют и разные виды крекинга - как обычный нагрев сырья, так и риформинг, пиролиз, а если заодно присоединяют водород - гидрогенизация. Например, из лигроина бензин получают риформингом, из керосина - пиролизом, из газойля, мазута - крекингом, из крекинг-остатка - гидрогенизацией. Причем в любом из этих процессов помимо бензина получается еще газ и более тяжелый остаток. Так вот из газа тоже могут получать бензин - абсорбцией или полимеризацией.
Крекинг - разложение тяжелых продуктов под воздействием температуры. Причем разные исходные вещества устойчивы к температуре только до некоторого предела - так называемой критической температуры распада, а затем начинают разлагаться - запускается крекинг, то есть распад. Причем температура, при которой производится крекинг, влияет на конечный состав продуктов и время процесса - если процесс протекает слишком долго, увеличиваются реакции конденсации расщепленных продуктов, повышается количество остатка, увеличивается количество асфальтенов, смол, коксообразование - количество бензина на выходе падает. Так, при нагреве в 538 градусов 40% бензина и газа выходят за 15 секунд, а при 480 - за 180. При нагреве до 426 выход составляет чуть более трех процентов при продолжительности нагрева в пять минут, а сорока процентов достигает за 14 000 секунд (четырнадцать тысяч секунд). Температура влияла не только на скорость, но и на состав продуктов реакции. Так, при 450 градусах получается 4 процента газа, 25 бензина, остальное - мазут, при 500 - 6 и 35, при 550 - 25 и 26, при 600 - 42 и 22, да еще начинает образовываться кокс. При 950 почти все переходит в газ и в 10 процентов кокса.
На ход и результаты крекинга можно влиять не только температурой, но и давлением. Если в камере крекинга повысить давление, то продукт не будет испаряться и процессы будут протекать в жидкой, а не в газообразной фазе. И, так как жидкость лучше передает тепло, тепловой КПД процесса возрастает. Но при этом возрастает дегидрогенизация - водород отщепляется и затем присоединяется к непредельным продуктам - гидрогенизирует их (вскользь отмечу про сложности иностранных терминов, которые я так до конца не поборол, а именно - в слове "гидрогенизировать" внимание надо обращать не на "гидро", а на "гидроген" - то бишь не "вода", а "водород" - а то меня все путала, особенно поначалу, эта приставка "гидро", я подсознательно думал, что там что-то связано с водой, так как эта часть обычно используется чтобы показать какое-то отношение к воде - "гидростанция", "гидрозатвор" и так далее. Но нет - такое название связано именно с водородом, так что по русски "гидрогенизировать" звучало бы как "наводороживать").
Бензин из парофазных установок нестабилен и легко образует смолы, тогда как жидкофазные установки дают стабильный бензин, но требуют давлений обычно в 40-60 атмосфер, а в качестве граничных - и вообще от 12 до 70. Впрочем, жидкофазные установки разрабатывались еще с начала двадцатых, так что на текущий момент многие установки были жидкофазными. Тем более что они были гораздо компактнее парофазных - ведь жидкость гораздо плотнее, поэтому та же масса сырья занимает гораздо меньший объем при том же выходе - можно даже повысить количество готовых продуктов путем сравнительно небольшого увеличения установок. На круг - с учетом размеров аппаратуры, качества продуктов - парофазный бензин получался в полтора раза дороже жидкофазного. Единственное его преимущество - он не требует аппаратуры, выдерживающей высокие давления и, кроме того, дает бензин с более высоким октановым числом. Так, на парофазных установках Джайро из сырой нефти отгоняют 60 процентов бензина с октановым числом 90, из отбензиненной нефти - то есть нефти, подвергнувшейся прямой перегонке - 50 процентов с октановым числом 75-70, из мазута выгоняют 60 процентов с октановым числом 72-76. Причем печи типа Джайро вышли удачными - даже при температуре крекинга в 600 градусов закоксовывания труб не происходит, а выход с таких установок достигает 80 тонн бензина в сутки. Но такой бензин содержит много ненасыщенных углеводородов и быстро осмоляется, поэтому требует очистки, что снижает итоговый выход.
Для получения более высоких октановых чисел переходят на риформинг, пиролиз и полимеризацию газов.
Для риформинга - разновидности крекинга - используют легкие фракции - бензин прямой гонки, лигроин, керосин, редко - мазут. Сам процесс протекает как и жидкофазный крекинг при давлениях 40-70 атмосфер и температурах 450-520 градусов. Сырье нагревается, затем выдерживается при нужной температуре в реакционной камере и поступает на аппаратуру разделения на фракции. Причем существуют разные процессы и, соответственно, разная аппаратура. Так, по процессу Кросса обработка происходит при давлениях 40-60 атмосфер и температуре 450-480 градусов. При этом если сырьем является керосин, получают 80 процентов бензина, из газойля - до 70, из мазута - до 55. Процесс Даббса протекает при гораздо более низких давлениях - 10-17 атмосфер - и более высоких температурах - 480-510 градусов. Из-за более низкого давления необходим больший объем камеры, чтобы получить сравнительный выход продукта - диаметр доходит до трех метров, а высота - до 12, тогда как в процессе Кросса диаметр камеры не превышает метра. А рабочий цикл Даббса может достигать сорока дней. Выход бензина - до 70 процентов. Преимущество - более низкие давления позволяют делать более тонкие стенки камер, а большой объем позволяет не опасаться коксообразования - кокса там поместится много, прежде чем он существенно повлияет на производительность, тогда как у Кросса небольшой объем может быстро забиться коксом - поэтому там и температура ниже.
