کراکینگ نفت که به سادگی به عنوان “ترک” نیز شناخته میشود، یک فرآیند شیمیایی است که در پالایشگاههای نفت برای شکستن مولکولهای هیدروکربنی بزرگتر، سنگینتر و پیچیده‌تر به مولکولهای ساده‌تر و سبکتر استفاده میشود. این دگرگونی مورد نیاز است زیرا هیدروکربن‌های سبکتر مانند بنزین، دیزل و سوخت جت نسبت به روغن‌های سنگین‌تری که از آن‌ها منشا می‌گیرند، تقاضای بیشتری دارند.
فرآیند کراکینگ شامل قرار دادن مولکولهای هیدروکربن سنگین در معرض دما و فشار بالا یا عوامل کاتالیزوری برای شکستن پیوندهای شیمیایی آن‌هاست. چندین روش برای‌ترک وجود دارد، از جمله:
- ترک حرارتی
- ترک خوردگی کاتالیستی
- هیدروکراکینگ
فرایند شکست کاتالیستی چیست و چگونه انجام می شود؟
کاتالیست مادهای شیمیایی است که سرعت آن دسته از واکنشهای شیمیایی که انرژی فعال‌سازی آن‌ها بالاست را بدون اینکه در واکنش شیمیایی شرکت کند، افزایش میدهد.
کک نفتی یا پتکوک (petcock) محصولی است که از انواع نفت (خام سبک/ سنگین) در طی فرآیند پالایش نفت تولید میشود. کک نفتی محصول جدیدی نیست و از دهه 1930 تولید شده است. کک نفتی یک محصول تجاری با ارزش و ضروری است که به طور مستقیم در طیف گستردهای از کاربردها همچنین به عنوان سوخت در تولید برق، کوره‌های سیمان و سایر صنایع استفاده میشود. شكستن (ملكولي) كاتاليستي روشي است كه در تبديل برشهاي سنگين نفتي به برشها و فرآوردههاي سبكتر و با ارزشتر به كار برده ميشود. خوراك اين واحد از بازمانده سنگين دستگاه تقطير با ديگر واحدها تأمين مي‌گردد و فرآوردههاي آن گازهاي سبك الفيني، پروپان، بوتان، بنزين موتور، نفت وگاز و نفت كوره است. چنان كه از نام اين روش پيداست، در آن، كاتاليست مورد استفاده قرار مي گيرد. بر اثر كنشها و واكنشهاي شكستن مقداري كك بر كاتاليست نشسته ، از فعاليت آن می‌كاهد، البته پس از سوختن اين كك، كاتاليست فعاليت خود را باز مي يابد. به علت کوچک و ریز بودن ذرات، کاتالیست دارای دو خاصیت می‌باشد که این دو خاصیت در فرایند بسیار اهمیت دارند، این دو خاصیت عبارتند از:
- وقتی که به توده کاتالیست جریان کمی از گاز یا بخار آب یا هوا تزریق گردد و یا موقعی که توده‌ای از کاتالیست در مسیر جریان گازی با سرعت کم، قرار گیرد، توده کاتالیست به حالت سیال و روان در می‌آید و از بسیاری جهات مانند یک مایع عمل می‌کند. Fluid Catalytic Cracking (FCC) نام فرایند از همین خاصیت کاتالیست گرفته شده‌است.
- کاتالیست میتواند کلاً به‌صورت معلق و سیال باشد و یا بوسیله جریانی از گاز با سرعت بالا، در مسیر افقی یا عمودی جابجا شود.
واحد شكست كاتاليستي شامل مراحل تهيه خوراك، راكتور به عنوان محل انجام واکنشهای کاتالیستی و احياء كننده و بخش تفكيك فرآورده و احیای کاتالیست تشكيل شده است. در تکنیک FCC، نفت خام وارد راکتور کراکینگ رایزر میشود. و با تماس و واکنش از‌ترموکاتالیست احیا کننده، به محصول با ارزشتر سبک وزن تبدیل میشود. اما به دنبال تولید کک فرعی، کاتالیزور پوشش کک سطح تولید و کاهش فعالیت کاتالیزور، کاتالیزور کک شده جدا و احیا میشوند.
در دنیای امروز با افزایش بی‌رویه مصرف سوخت نیازمندی به این سیستم بیش از پیش ارزشمند شده زیرا تبدیل مواد سنگین به سوخت‌های سبک امری اساسی تلقی میشود و رواج تکنولوژی کاتالیست در جهت شکست مولکولهای نفتی در همه پالایشگاههای دنیا مورد استفاده قرار میگیرد که در طی این فرآیند شگفت انگیز برشهای سنگین به محصولی سبک به نام کک تبدیل میشود، از کاتالیست‌ها در صنعت نفت، گاز و پتروشیمی استفاده میگردد. کاتالیست در صنعت نفت و گاز در دو فرایند کراکینگ (شکستن و تجزیه مولکولهای درشت به مولکولهای کوچک‌تر) و رفرمینگ (بازآرایی مجدد و‌ترکیب مولکول‌ها برای تولید) استفاده میشود.
نقش اکسیژن در فرایند شکست کاتالیستی چیست؟
غنی‌سازی اکسیژن در فرایند شکست کاتالیستی، شامل افزودن یک جریان کنترل‌شده اکسیژن گازی به هوای اصلی احتراق است. اکسیژن اضافی ظرفیت کک سوزی بر احیا کننده را افزایش میدهد . عملیات غنی‌سازی اکسیژن به بیانی دیگر، واکنشپذیری کاتالیزوری سیال را افزایش داده تا به سرعت با تغییرات در مواد اولیه سازگار شود و توان عملیاتی را افزایش دهد.
فرایند شکست کاتالیستی چه مزیت هایی دارد؟
از جمله مزایای غنی سازی اکسیژن در فرایند شکست کاتالیستی، میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
غلبه بر محدودیت سرعت بازسازی کننده
کاهش نرخ دمنده هوا و به دنبال آن افزودن اکسیژن میتواند ظرفیت یک کراکر کاتالیستی محدود با سرعت را افزایش دهد.
بهبود عملکرد
سطح اکسیژن بالاتر در هوای احیا کننده حذف کک را بهبود می‌بخشد و در نتیجه بازده محصولات سبک با ارزش بالاتر را افزایش میدهد.
حفظ ظرفیت دمنده هوا
افزایش اکسیژن در هوای احتراق میتواند با مشکل کاهش ظرفیت فرایند FCC در زمانی که دما و رطوبت بالای محیط باعث کاهش خروجی دمنده هوا میشود، مقابله کند.
کاهش سرعت گاز خروجی
اضافه کردن اکسیژن بدون نیتروژن اضافی سرعت بخار احیا کننده را به حداقل میرساند و منجر به افزایش توان عملیاتی بالا میشود. همچنین، از آنجایی که نیتروژن هوا اکثریت گازهای خروجی را تشکیل میدهد، غنی سازی هوا با اکسیژن باعث کاهش قابل توجه سرعت گازهای گلخآن‌های میشود.
کنترل دما
افزایش غلظت اکسیژن در FCC میتواند دما را در مورد مواد اولیه سبکتر افزایش دهد و میتواند کربن اضافی تشکیل شده بر روی کاتالیزور در احیا کننده را در هنگام استفاده از مواد اولیه سنگینتر کنترل کند.
اکسیژن چه نقشی در کنترل انتشارات NOx احیاکننده FCC دارد؟
غلظت O2 اضافی در گاز خروجی فرایند FCC در تنظیم انتشار کلی NOX بسیار مهم است. هر چه O2 اضافی در گاز خروجی کمتر باشد، NOx کمتر است. یک دلیل کلیدی برای تولید کم NOX در احتراق‌ها، احتراق مرحله‌ای است که اجازه میدهد NOX تولید شده از احتراق گونه‌های نیتروژن به طور یکنواخت با گونه‌های احیای مورد نیاز (CO و C) و کاتالیزور در ورودی مخلوط شود. این اجازه میدهد تا در O2 اضافی و محتوای پلاتین کم، که ابزاری برای عملکرد کم NOx هستند، بدون مشکلات کنترل پس سوز و فرسودگی کربن، عالی عمل کنند.
