Хімічний склад продуктів каталітичного крекінгу має характерні особливості:
- бензин містить багато ізопарафінів та ароматичних вуглеводнів;
- газ виходить «важкий», із високою концентрацією ізобутану та олефінів С3-С4;
- газойлеві фракції містять багато полі циклічних ароматичних вуглеводнів;
Цей склад обумовлює наступні причини:
1) каталітичний крекінг здійснюється щодо іонного механізму;
2) можливість активної поверхні каталізатора селективно прискорювати деякі реакції, наприклад, ізомеризацію олефінів.
Каталітичний крекінг – типовий приклад гетерогенного каталізу. Реакції проходять на межі двох фаз: твердої (каталізатор) та пари або рідини(сировина), тому вирішальне значення мають структура та поверхня каталізатора.
Процес каталітичного крекінгу згідно стадій, по яких він проходить, можна уявити наступним чином:
1) надходження сировини до поверхні каталізатора( зовнішня дифузія);
2) дифузія (внутрішня) молекул сировини у пори каталізатора;
3) хемосорбція молекул сировини на активних центрах каталізатора;
4) хімічні реакції на каталізаторі;
5) десорбція продуктів крекінгу та сировини, яка не прореагувала, із поверхні та дифузія із пор каталізатора;
6) видалення продуктів крекінгу та сировини, яка на розклалася, із зони реакції;
Найбільш активними вуглеводнями в умовах контакту із алюмосилікатним каталізатором є ненасичені вуглеводні. Полімеризація олефінів починається при кімнатній температурі; із підвищенням температури виникає зворотна реакція деполімерізації, рівновага якої при температурах промислового процесу зрушується у сторону розкладення. Висока активність ненасичених вуглеводнів пояснюється їх високою адсорбцією на каталізаторі.
Парафінові вуглеводні є найбільш типовими компонентами промислової сировини каталітичного крекінгу. Низькомолекулярні парафіни є доволі стабільними; із підвищенням молекулярної маси швидкість розкладу швидко підвищується, а також збільшується відносна швидкість крекінгу у порівнянні із швидкістю термічного процесу взагалі.
У присутності вуглеводнів іншого типу, особливо ароматичних та ненасичених, швидкість перетворення парафінів відносно невелика із-за їх слабкої адсорбції.
У таблиці 1.1. порівняні дані каталітичного крекінгу вакуумного газойлю та його компонентів на каталізаторі АШНЦ-3 при температурі 5000С та швидкості подачі сировини 2год-1.
Нафтенові вуглеводні є ідеальною сировиною каталітичного крекінгу, тому що крекінг нафтенової сировини йде із великими швидкостями, отримають більш високі виходи бензину та утворюється менше газів, чим із парафінової сировини.
Розклад алкіл нафтенів може йти по декількох напрямках:
- відокремлення бокового ланцюга із утворенням олефіна та нафтена, або парафіна та циклоолефіна;
- розклад кільця із утворенням олефіна або двох різних олефінів;
- дегідрування до ароматичних вуглеводнів, яке проходить тім активніше, чим більше алкільних груп у нафтенового кільця;
- ізомеризація циклів;
- міграція алкільних груп;
Після різних реакцій дегідрування та діспропорціювання гідрогену продукти, які утворюються при каталітичному крекінгу нафтенової сировини. Мають стабільний хімічний склад внаслідок насичення ненасичених вуглеводнів та містять більше ароматичних вуглеводнів, чим відповідні продукти крекінгу парафінистої сировини.
Велике значення для технології каталітичного крекінгу мають перетворення ароматичних вуглеводнів. Поліциклічні сполучення є джерелом відкладень коксу на каталізаторі. Ароматичні вуглеводні при реакціях послідовно перетворюються на смоли, асфальтени та карбоїди. Однак, наявність каталізатора та його донорно-акцепторних функцій призводить до більш швидкому протіканню реакцій. Цеолітові каталізатори більш продуктивні щодо поліциклічним ароматичним вуглеводням, тому що мають підвищену адсорбційну здатність.
Контрольні питання до лекції:
1.В чому полягає механізм каталітичного крекінгу?
2.Які вимоги до каталізаторів процесу?
3.Як здійснюють процес регенерації каталізаторів?