Также проводились исследования различных процессов крекинга, которые кое-где уже были в стадии опытной эксплуатации, а на ряде НПЗ так и вообще - в процессе переоборудования под новые процессы. В Ленинграде приступили к монтажу опытной установки для отработки технологии каталитического крекинга, по которому можно было получить бензин с октановым числом 80, а добавив 2 кубика присадки - и все 100. В Ярославской области на Константиновском заводе им. Д. И. Менделеева к началу 1941 года была построена опытная установка парофазного окислительного крекинг-процесса - октановое число получалось повыше - 81-82, но вот присадки действовали менее эффективно - три кубика поднимали октановое число всего до 87. Работы по термическому реформингу - а это бензин с "октаном" 75-78, и это без присадок - велись в Грозном и Баку. Кроме того, в Грозном перед войной началось переоборудование одной из прямогонных установок в установку каталитического крекинга - до 80 "октана". В Уфе, Саратовом и Грозном строились установки каталитической полимеризации для преобразования крекинг-газа в бензин. Страна насыщалась "октаном", и с началом войны эти процессы только ускорились.
Причем этот вопрос попытались решить в том числе и с помощью союзников. В феврале 1943го было принято постановление ГКО "О строительстве импортных нефтеперерабатывающих заводов", согласно которому предполагалось за счет оборудования, переданного по ленд-лизу, построить четыре завода. Но американское правительство всячески затягивало этот процесс и дело заглохло.
(
В РИ оно тоже шло ни шатко ни валко. Первый завод - в Куйбышеве - предполагалось запустить только к 1му декабря 1944 года - то есть почти через два года после принятия постановления. Но и в эти сроки уложиться не удалось. Первое оборудование начало поступать только в сентябре 1943го, но проволочки случались из-за всяческих накладок - то США что-то недопоставят, то наши направят оборудование не туда куда следует. Хотя американские консультанты, работавшие в СССР на строительстве этих заводов, отмечали:
"Завод N1, хотя строительные работы там только что начались, произвел очень хорошее впечатление. Планирование и проведение предварительных работ, таких как строительство дорог, ж.д. веток, рабо-чих поселков и т.д., было очень хорошо выполнено. Стоит специально отметить прекрасное обращение с материалом и оборудованием... Материал и оборудование содержатся в прекрасном порядке и заботятся о нем больше, чем на какой-либо работе, какие мне приходилось до сих пор видеть".
В июле 1944го тот же специалист отмечал:
"Как и прежде, работа на всех заводах, независимо от состояния готовности, тормозится от-сутствием оборудования, не пришедшего прошлой зимой"
На 25 января 1945 г. строительные ра-боты были завершены по отдельным заводам в следующем объеме: по заводу N1 (Гурьев) -- на 56%, заводу N2 (Орск) - на 13%, заводу N3 (Куйбышев) - 56%, заводу N4 (Красноводск) -- на 25%, а на 31 марта 1945 г. процент готовности заводов составлял: завод N1 - 69%, N2 - 16%, N3 - 72%, N4 41%.
Первый бензин из установки каталитического крекинга "Гудри" был получен в Куйбышеве на заводе N443 8 сентября 1945. Остальные заводы дожали в 45-46 годах, но от строительства вторых очередей заводов американцы отказались - начиналась Холодная война.
Так что поставки НПЗ из США не сыграли никакой роли в Великой Отечественной Войне, разве что советские специалисты получили опыт работы с новым оборудованием, ну и СССР все-таки получил современные НПЗ, которые пригодились в послевоенное время.
).
Впрочем, даже несмотря на это, советское руководство вполне оптимистично смотрело в будущее - все-таки работы по развитию крекинга шли в СССР уже более двадцати лет, был накоплен опыт, кадры, оборудование, технологии - рывок был близок.
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.
Процесс Винклер-Коха не требует реакционной камеры - только нагреватель и ректификационная колонна. Но и выход бензина меньше - до 60 процентов из газойля, а из мазута - так и вообще до 35 процентов. Система двухпечного крекинга, разработанная Нефтепроектом, повышает выход на 10-15 процентов за счет раздельного крекирования тяжелого и легкого сырья - предварительное разделение фракций позволяет проводить более жесткий, то есть более глубокий крекинг при более высоких температурах, не опасаясь интенсивного образования кокса. Сами нагревательные камеры представляют собой печи, в которых проходят десятки труб диаметром 76-127 миллиметров длиной от четырех до девяти, а в последнее время и до двенадцати и даже пятнадцати метров и с толщиной стенок 12 и более миллиметров - почти что орудийные стволы - недаром ряд советских предприятий по производству нефтеперерабатывающего оборудования с началом войны переключился на изготовление стволов для артиллерии, как минимум - минометов. И вот, по этим трубам, установленным внутри печи многоколенной змейкой, и текла нефть, попутно подвергаясь крекингу. Длина отдельных труб, а следовательно и всей змейки, определяла производительность установок - так, в последних моделях печей Алко-Луммус длина труб была пятнадцать метров, что обеспечивало пропускную способность до трех тысяч тонн в сутки. Так что если установки двадцатых-начала тридцатых годов были еще сравнительно компактными - размером с комнату, то в последнее время они все больше напоминали немаленькие сараи. Которые к тому же дополнялись рекуператорами для подогрева воздуха за счет топочных газов, что позволяло сэкономить до шестидесяти процентов топлива - а последние установки и так могли израсходовать до тонны мазута в час. Интересен способ очистки труб от кокса. Раз в 20-40 дней крекинговые установки останавливают и очищают от кокса - с перемычек, которыми соединяются образующие змеевики трубы, снимаются заглушки и внутрь трубы загоняют пневматическую шарошку, которая своими вращающимися фрезами срезает накопившийся кокс.