Химизм и механизм гидрокрекинга.

Химические реакции, протекающие в процессе гидрокрекинга:

В химическом смысле гидрокрекингом называют реакцию расщепления молекул органических веществ при участии водорода, которую можно представить следующим уравнением:

Частным случаем гидрокрекинга выступает гидродеалкилирование ароматических соединений.

В отличие от реакций крекинга продуктами гидрокрекинга углеводородов являются насыщенные соединения. Более того, если в составе сырья содержатся непредельные углеводороды (олефины), они гидрируются до алканов (парафинов):

 

Гетероатомные соединения (сера-, азот- и кислородсодержащие) подвергаются гидрогенизационному расщеплению в процессе гидрокрекинга по тем же самым уравнениям реакции, которые были показаны нами ранее для процесса гидроочистки. Продуктами расщепления становятся H₂S, NH₃, H₂O и углеводороды.

Продукты установки гидрокрекинга по номенклатуре похожи на таковые для установки каталитического крекинга – углеводородный газ, бензин, дизельная фракция, газойль. Однако, по свойствам и структуре выходов различия очень велики.

Выход бензина в процессе гидрокрекинга намного ниже, чем в условиях каталитического крекинга и составляет не более 15% (против 55% у каткрекинга).

Напротив, выход дизельной фракции в процессе гидрокрекинга выше. Оно характеризуется более высоким цетановым числом, меньшей плотностью, так как содержит меньше ароматических углеводородов. Необходимо проведение дополнительной каталитической гидрообработки для гидрирования ароматики (деароматизации) и обессеривания.

Деароматизация, которая протекает как в процессе гидрокрекинга, так, возможно, и на дополнительной технологической установке может быть выражена следующим уравнением:

 

Нафталин Антрацен

Эта реакция потребляет наибольшее количество водорода в процессе гидрокрекинга. В результате ее повышается цетановое число дизельного топлива, снижается его плотность (она должна быть по стандарту не более 845 кг/м³), немного облегчается фракционный состав.

Ограничивается содержание полициклической ароматики, т.е. углеводородов, содержащих конденсированные ароматические ядра - два и более кольца с общей гранью. Примеры конденсированных ароматических систем приведены на рисунках. Такие вещества особенно способствуют нагарообразованию в камере сгорания двигателя. Их гидрирование происходит в две стадии, сначала до моноциклического ароматического соединения, где ароматическое кольцо конденсировано с нафтеновым циклом, затем, если реакция идет до конца – до циклоалкана:

Еще один продукт установки гидрокрекинга – гидроочищенный вакуумный газойль. Поскольку содержание в нем серы намного ниже по сравнению с исходным прямогонным продуктом, газойль гидрокрекинга служит ценным сырьем установки каталитического крекинга. В бензине FCC в этом случае содержание серы становится также ниже, что делает этот компонент автомобильного бензина намного привлекательнее. Газойль гидрокрекинга также может служить сырьем для производства базовых масел и в качестве ценного малосернистого компонента котельного топлива. Условно различают процессы мягкого гидрокрекинга, где конверсия составляет менее 50% и просто гидрокрекинга, где она выше этой величины. Гидрогенизация ароматических углеводородов

 

R + 3H₂ → R

 

 

+ 2H₂ →

 

 

Эти реакции протекают при высоком давлении и большом расходе водорода. В полициклических молекулах ароматические кольца могут насыщаться полностью или частично.