Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

THE BEGINNING OF FORMATION OF INDUSTRIAL CRACKING PROCESS IN USA

Akhmadova K.K. 1 Makhmudova L.S. 1 Syrkin A.M. 2
1 FGBOU VO «Grozny State Oil Technical University of acad. M.D. Millionshchikov»
2 FGBOU VPO «Ufa State Oil Technical University
A review of the methods of the cracking process used in the world in 1920–1930?years, and shown their industrial application, given the value of the liquid-phase cracking process in the development of a modern oil refinery.?It is shown that the leading position in the field of thermal cracking occupied by the United States, where since 1913?numerous cracking process system have been developed.?Describes a liquid phase and steam cracking systems that have been used in the USA.?It is shown, that the first patent, laid the foundation for the industrial application of cracking was patent of Barton. The first commercial plant using the method of Barton was built in 1913?year. In the 1920?years, due to increased demand for gasoline large number of plants of different systems have been built: Barton, Clark, Izoma, Dobbs, Cross, Holmes-Manley, Tub End Tank, Jenkins, Vickers, Winkler-Koch et al. The paper presents comparative data on the relative amounts of the gasoline produced in the United States.?It is shown that in the United States per year was constructed from 18 to 22?plants with the cracking process in 1931?year, their number was 207?plants.?Displaying the state of the US refining industry, as of March 1, 1931 as compared with similar data for the period since 1914 year.?The survey results 150?plants having cracking unit as of 1926 year, showed that the cracking process in these plants was carried out on 33?modifications, and for use in the industry were first installation of the combined type: Barton Cross Cross Jenkins, Xolms – Manly – Cross.?The Soviet Union in that period for the construction of crackers badly lagged behind other countries in this time of the cracking process in the country was just beginning to develop.
cracking process
residual raw materials
fuel oil
gasoline
liquid-phase
vapor-phase cracking
ways of cracking
processes Grinstrita
Ritman
Aleksandra
Galya
Hall
Giro
Louis de Floreza
Knox
Izom
Dabbs
Cross
Holmes Manly
tube & Tankk
Jenkins
Vickers
Winkler-Koch

Процесс термического крекинга в 1912г. открыл эру химической переработки нефти. Сначала возникновения и до середины XXв. основным назначением этого «знаменитого» в свое время процесса было получение из тяжелых нефтяных остатков дополнительного количества бензинов, обладающих по сравнению с прямогонными повышенной детонационной стойкостью.

Начиная с 1912 по 1940г. лидирующее положение в области термического крекинга занимали США. Первая промышленная установка жидкофазного крекинга начала работать в США в 1913г. Это была первая небольшая заводская установка, построенная по патенту первого президента компании «Стандард Ойл Индиана» Вильяма Бартона, начавшего свои исследования за год до этого.

Начиная с 1913г. крекинг-процесс в США начинает стремительно развиваться. Если в 1913г. нефтяная компания Стандард Ойл по этому процессу не имела конкурентов, то в 1925г. число ее конкурентов достигало уже 900, среди которых были такие крупные концерны, как компания Синклера, «Техас Со» и др.

Во всех десяти штатах США число бензиновых наливных станций, основанных конкурентами компании Стандард Ойл, возросло с 465 в 1913г. до 19078 в 1925г.

Сосредоточивая в своих руках все права на патент крекинг-процесса, компания «Стандард Ойл Индиана» имела возможность монополизировать его применение. Но, принимая во внимание опасность кризиса в снабжении страны бензином, компания с каждым годом увеличивала число выданных лицензий на применение патента Бартона. Компания сознательно шла навстречу росту конкуренции, при которой относительная доля ее участия в торговле бензином уменьшалась, но абсолютная цифра оборотов все увеличивалась. Таким образом, компании Стандард Ойл принадлежала основная заслуга распространения процесса крекинга [8].

В 1920-хгодах в связи с возросшим спросом на бензин в США начинается интенсивное строительство крекинг-установок различного типа, работавших как при высоком давлении, так и при низком.

Все существующие в 20-егоды ХХвека крекинг-процессы были представлены следующими основными группами [1]:

1.Крекинг-процессы в паровой фазе с давлением или без него.

2.Крекинг-процессы в жидкой фазе.

3.Каталитические крекинг-процессы или процессы, в которых сырье подвергалось разложению в присутствии катализаторов.

Различие между системами крекинга заключалось, главным образом в конструкции реакционных аппаратов и вусловиях, при которых проводился крекинг.

В 1920–1930-егоды предлагались одна за другой разные системы крекинга. Так, к 1932г. в США имелось свыше 40официально зарегистрированных систем крекинга, работавших в заводском масштабе. Число же запатентованных систем, вероятно, превышало не одну тысячу. Производство подавляющей же части бензина крекинга базировалось на немногих патентованных способах крекинга, из которых главными являлись «четыре колосса» крекинговой промышленности. Это четыре основных способа – Бартона, Кросса, Холмас – Манлея и Даббса. Этими методами в 1926 году было получено около 65 млн баррелей, бензина.

А остальными менее распространенными типами крекинг-процессов, перечисляемых в порядке убывания их относительной роли в выработке бензина крекинга, было получено всего лишь 16млнбарр. бензина. Это способы Фейсом, Эллис, Дженкинс, Коаст, Блэк, Дохерти, Флеминг, Мак-Афи (Мс Afee), Слагтер, Рэмедж, Пиро и Литл (Little).

С 1913 по 1928г. на установках термического крекинга в США был переработан 1млрдбарр., нефти (порядка 150млнт), при этом не только был увеличен выход бензина, но и улучшено его качество [2].

В табл.1 приведены данные об относительных количествах бензина, полученных в Соединенных Штатах разными способами [6].

Приведенные в табл.1 сравнительные данные по выходу бензина в различных процессах показывают, что процесс крекинга приобрел в 1920-егоды огромное практическое значение [3, 4]. Так, если в 1917году большая доля производства бензина приходилась на бензин прямой гонки – 91 %, на бензин термического крекинга всего 3 % и на бензин из нефтяного газа – 6 %, то в 1927году это распределение было следующим: бензин прямой гонки – 59 %, бензин термического крекинга – 31 % и из нефтяного газа – 10 %.

Выходы бензина в зависимости от уровня развития крекинг-процесса по отдельным штатам также различались. Вто время как в штате Калифорния процесс крекинга в 1926г. только начал развиваться, то для остальной части США его удельный вес в 1926г. был уже значительным. Для отдельных районов США значение крекинг-процесса было еще больше. Так, например, для района Скалистых Скал за 1925г. было получено бензина: прямой гонки – 51 %, крекинга – 43 %, натурального – 6,0 % [9].

Основным сырьем крекинга в этот период в основном служили соляровые масла и значительно реже керосины и остатки.

Крекинг остатков от тяжелых смолистых нефтей в 20-егоды ХХвека составлял одну из важнейших проблем переработки нефти в США.

Таблица 1

Выход бензина ( % мас.), полученный различными процессами в США за период 1917–1927гг.

Годы

Процессы

Прямой перегонки нефти

Термический крекинг

Из нефтяного газа

1917

91

3

6

1918

89

3

8

1919

88

4

8

1920

88

5

7

1921

85

7

8

1922

78

12

10

1923

76

15

9

1924

70

21

9

1925

67

26

7

1926

60

31

9

1927

59

31

10

Примечание. Цифры за 1917–1924гг. взяты из журнала «Азербайджанское нефтяное хозяйство», №6–7, стр.121, 125, и за 1925–1926 гг. из журнала «The Refiner», авг. 18, 1926г.

Высокие выходы бензина при термическом крекинге тяжелых остатков сопровождались сильным образованием кокса, и вся выгодность процесса крекинга ставилась под вопрос.

Некоторые авторы предлагали вести процесс крекинга тяжелых нефтей и нефтяных остатков до почти полного коксования с максимальным выходом бензина от 50–60 % на исходный тяжелый остаток. По словам одного из авторов, в некоторых случаях основным продуктом крекинга может быть кокс, а бензин – только побочным продуктом [10].

Другой, более новый способ крекинга мазутов и тяжелых нефтей заключался в широком применении повторного крекирования более легких фракций, отделяющихся от тяжелых частей в самом процессе и дающих малое коксообразование.

В 1925г. из 250млнбарр. бензина 70млнбарр. получено путем крекирования тяжелых нефтяных продуктов.

В условиях рыночной конъюнктуры в США наиболее жизнеспособными и рентабельными в этот период являлись заводы, снабженные крекинг-установками. Всвязи с этим число последних увеличивалось весьма быстрыми темпами.

Так, в 1926г. насчитывалось всего 150крекинг-установок с производительностью около 981тыс.барр. в сутки. В1927г. число заводов составило 158 с суточной производительностью 1246тыс.барр.

В 1928г. происходит снижение количества заводов с крекинг-установками до 148, но с повышенной по сравнению с 1927г. производительностью – 1327тыс. барр. в сутки. Впоследующие годы наблюдается увеличение количества крекинг-установок. Вгод строится от 18 до 22заводов с крекинг-процессом, и в1931г. в США насчитывается 207заводов со средней производительностью по крекингу 1829 тыс. барр. в сутки.

Уровень развития крекинг-процесса в США по состоянию на 1марта 1931г. показывают данные табл.2 [7].

Как видно из табл.2, число работающих заводов достигло в 1931году рекордных цифр – 388. Число заводов с крекинг-установками в 1931г. составило 207 при суточной производительности 1829тыс.барр.

В США было выдано несколько тысяч патентов на крекинг, причем каждая система крекинга была закреплена очень большим количеством в разное время выданных патентов [5]. Так, по состоянию на 1926г. при обследовании на 150заводах оказалось 33различных системы крекинг-установок.

В табл.3 приведены результаты обследования 150заводов, имеющих крекинг-установки по состоянию на 1926г. Осуществлялся процесс крекинга на этих заводах по 33 модификациям.

По применению в промышленности на первом месте в США стояли установки комбинированного типа, например Бартон – Кросс, Кросс – Дженкинс, Xолмс – Манли – Кросс и т.д. [5]. По числу заводов на первом месте стояла система Даббса, на втором – Кросса, тогда как самые крупные заводы производительностью на 80–117тыс.барр, применяли системы Тюб энд Тэнк, Айсома и комбинированные системы.

Таблица 2

Состояние нефтеперерабатывающей промышленности США по состоянию на 1марта 1931 года сравнительно с аналогичными цифрами за ряд предшествующих лет начиная с 1914 года

Год

Общее число заводов

Суммарная суточная перерабатыв. способность в 1000 барр.

Число работающих заводов

Суточная пропускная способность работающих заводов в 1000 барр.

Число заводов с крекинг-установками

Суточная пропускная способность крекинг-установок в 1000 барр.

1914

176

1918

267

1186

1919

289

1295

1920

373

1530

1921

415

1889

1922

479

2164

325

1855

1924

574

3047

362

2549

1925

584

3034

385

2680

1926

515

3068

356

2770

150

981

1927

462

3224

328

2964

158

1246

1928

456

3426

315

3117

148

1327

1929

463

4720

341

3454

170

1488

1930

479

3972

362

3721

186

1705

1931

491

4110

388

3859

207

1829

Таблица 3

Способы промышленного осуществления процесса крекинга на заводах США в 1926 г.

№ п/п

Способ крекинг-процесса

Производительность, тыс. барр. в сутки

Число заводов

1

2

3

4

1

Даббс

85,9

33

2

Блэк

15,0

1

3

Кросс

83,7

20

4

Бартон

136,7

17

5

Льюис

0,9

2

6

Кросс Даббс

33,1

3

7

Лемонт

0,8

2

8

Флеминг

4,4

7

9

Холмс Манли

75,5

8

10

Дженкинс

8,0

6

11

Айсом

90,0

5

12

Бартон Холмс Манли

60,0

1

13

Манхатгэн

1,5

1

14

Нэшионал

4,5

3

15

Кросс Дженкинс

6,8

1

16

Туб-энд-Танк

48,5

5

17

Дженкинс Доббс

4,0

1

18

Бортон Туб-энд-Танк

124,2

5

19

Лемонт Доббс

2,0

1

20

Эллис Флеминг ? Кросс

7,5

1

21

Бартон Кросс

40,0

3

22

Эллис Кросс

2,0

1

23

Охайо

0,3

1

24

Дохерти

5,1

4

25

Даббс Кросс Флеминг

15,0

1

1

2

3

4

26

Мид Континент «Козден»

15,0

1

27

Слагтер

36,0

3

28

Люис Кросс

0,0

2

29

Снодграсс

2,6

6

30

Миллер

0,4

1

31

Флеминг Даббс

2,4

1

32

Гольф-Мак-Аффи

69,0

2

33

Ричи

0,4

1

 

ВСЕГО

981,2

150

Таким образом, в 1920–1930-егоды в США наблюдалось интенсивное развитие и применение в промышленном масштабе различных модификаций крекинга. ВСССР в это время крекинг только начинал находить промышленное применение.