Первое научное исследование высокотемпературной обработки нефти выполнил русский инженер-химик А. А. Летний (1875), который обнаружил, что нагревание тяжелых нефтяных остатков выше 300 °C приводит к их частичному разложению и образованию более легких продуктов: бензина, керосина, газов. На основе этого открытия был разработан крекинг-процесс. В 1891 году В. Г. Шуховым был взят патент и создана первая в мире промышленная установка непрерывного термического крекинга нефти.

Американский химик У. Бартон в начале ХХ века усовершенствовал процесс крекинга, проводя его под давлением, и в 1913 году взял патент США на получение бензина из тяжелых нефтяных фракций.

Внимание на процесс крекинга в промышленности обратили в 1927–1928 годах, причиной этому стало накопление в городе Грозном громадного количества парафинистого мазута, который требовал утилизации.

После признания пользы процесса и его практичности стали массово строить установки термического крекинга, к началу 1940 года в СССР их уже насчитывалось 63. В военные годы открылся доступ к технологиям США по программе ленд-лиза, а в 1950-х годах началась реконструкция установок, которые были разрушены в военный период.

Но уже в 1960-х годах произошел переломный момент. В связи с высоким темпом добычи нефти увеличился и объем производства качественного бензина, а мазутное топливо получали каталитическим крекингом. Эти факторы снизили интерес к термическому крекингу. Однако через десять лет технология термического крекинга прошла модернизацию, и появился висбрекинг, который популярен и сейчас.

Назначение процесса термического крекинга – выделение дополнительных легких фракций из остаточного сырья под высоким давлением (гудрон, тяжелые дистилляты), а также термогазойля для производства углерода, остаток с крекинга идет на получение кокса. Параметры процесса отличаются от рассмотренной ранее установки АВТ. Крекинг происходит при давлении в 2–7 МПа, а температура в аппарате выдерживается в интервале 480–450 °C, время самой реакции может достигать до двух с половиной минут.

Прежде чем перейти к продуктам крекинга, давайте выясним, как происходит сам процесс. Для этого обратим внимание на схему, представленную на рисунке 1.

Итак, исходное сырье поступает на предварительный нагрев в теплообменник, а затем – на разделение в среднюю часть ректификационной колонны. Данная колонна снабжена полуглухой тарелкой (во избежание попадания в верхнюю часть жидкости) и аккумуляторной камерой (для накопления продуктов конденсации). Потоки из средней секции и куба колонны поступают в змеевики трубчатых печей (2), где происходит нагрев до 550 °C. Затем оба потока поступают в выносную реакционную камеру (3). Продукты крекинга (термогазойль и крекинг-остаток) проходят испаритель высокого и низкого давления с последующим разделением в колонне.

Рисунок 1. Технологическая схема установки термического крекинга: 1 – насосы, 2 – трубчатые печи, 3 – выносная реакционная камера, 4 – испарители, 5 – ректификационные колонны, 6 – холодильники-конденсаторы, 7 – двухфазные сепараторы, 8 – теплообменник (нагреватель); I – входящий поток сырья, II – углеводородный газ на установку газоразделения, III – газы к вакуумной системе, IV – термогазойль, V – остаток крекинга, VI – бензин на стабилизацию, VII – тяжелый бензин

Побочные продукты в виде тяжелого и стабилизированного бензина, а также газов отводятся с головы колонн и испарителя низкого давления. Для поддержания процесса эти аппараты снабжены холодильниками (6) и бочками-сепараторами (7), где происходит разделение газовой и жидкой фракций. Часть сконденсированной фракции направляется обратно в аппарат для стабильного разделения, избыток конденсированной жидкости выводится с установки.

Давайте более конкретно рассмотрим продукты, получаемые в этом процессе. Газ, отходящий с установки термического крекинга, по своему составу представляет смесь метана, этана, пропана, н-бутана, изо-бутана и пентана. Преобладают соединения пропан-бутановой фракции – более 50 %, в то время как метан-этановая фракция обычно не превышает 35 %.

Такой бензин содержит большое количество непредельных углеводородов и ароматических соединений и считается менее качественным, так как его октановое число (одна из ключевых характеристик бензина) колеблется в районе 66–68 пунктов. Также из-за своих низких антидетонационных свойств и химической стабильности этот бензин требует дополнительной обработки.

Термический газойль (термогазойль) представляет собой жидкость с температурой кипения диапазоном 200–350 °C. Он также содержит большое количество непредельных углеводородов. После прохождения процесса гидрирования, снижения доли олефинов путем присоединения к ним водорода и разрыва двойных связей термогазойль можно использовать как компонент дизельного топлива, в ином случае его применяют как дополнение к мазутному и печному топливу.

Все, что имеет температуру выше кипения термогазойля, называют остатком крекинга. В отличие от прямогонного мазута он имеет более высокое теплосодержание, низкие температуры застывания и вязкость, что поспособствовало его применению в качестве котельного топлива и топлива для морских судов. От термогазойля по своему составу отличается большой долей ароматических соединений.