Основними параметрами, від яких залежить глибина і характер перетворення вуглеводнів при термічному крекінгу є: фракційний склад і хімічна природа сировини, температура, а також час і тиск в зоні реакції.
При однакових умовах крекінгу швидкість утворення продуктів реакції зростає з навантаженням фракційного складу сировини. Залежність швидкості крекінгу від фракційного складу сировини обумовлена різної термічної стійкістю вуглеводнів. Високомолекулярні парафінові, нафтенові і ароматичні вуглеводні з довгими парафінові ланцюгами термічно менш стійкі, ніж низькомолекулярні вуглеводні. Для досягнення однакової глибини перетворення легкі вуглеводні, при однаковій тривалості реакції, вимагають більш високої температури, ніж важкі.
Швидкість реакції тим більше, чим вище концентрація молекул, що володіють підвищеною енергією. Такі молекули називають активованими. Теплота, необхідна для перетворення неактивної молекули в активовану називається енергією активації. З підвищенням температури кількість активованих молекул в системі зростає. Отже, зростає і швидкість реакції.
Для парафінових вуглеводнів енергія активації зменшується з підвищенням молекулярної маси. При однаковій молекулярній масі енергія активації ароматичних вуглеводнів значно вище ніж парафінових. Так, наприклад, енергія активації дорівнює для крекінгу нафталіну 93 ккал / моль, для крекінгу толуолу - 70 ккал / моль, для крекінгу керосіногазойлевих фракцій - 53-58 ккал / моль і для лігроїнових фракцій - близько 65-70 ккал / моль.
Для знаходження залежності швидкості реакції від температури зручніше користуватися не значеннями енергії активації, а температурними градієнтами швидкості реакції. Вант Гофф встановлено правило, згідно з яким швидкість гомогенної реакції (реакції крекінгу) при підвищенні температури на 10 ° С зростає в 2-4 рази. Якщо відомо, що при температурі t1 і часу реакції # 964; 1 утворюється a% бензину, то за правилом Вант Гоффа, при підвищенні температури реакції до t2> t1. час реакції # 964; 2. необхідне для утворення а% бензину зменшується в рази. У загальному вигляді рівняння має вигляд
де # 945; - температурний градієнт, який визначається величиною енергії активації
Так як енергія активації для різних вуглеводнів різна. Так як значення # 945; також залежить від температури процесу, то температурний градієнт при різних умовах крекінгу буде різним. Таким чином, одну й ту ж саму глибину перетворення сировини можна отримати при різних температурах, змінюючи тривалість процесу. Але це допустимо в обмеженому інтервалі температур, так як може статися зміна напрямку реакції.
Вплив тиску. Тиск при Рідкофазний крекінгу не впливає на швидкість крекінгу, так як рідина практично нестислива і зміна концентрації реагуючих в ній молекул за рахунок зміни тиску не відбувається.
Крекінг під тиском є найбільш поширеним методом крекінгу. Він проводиться при температурі 450-550 ° С і тиску від 2 до 7 МПа. У цих умовах такі види сировини, як бензин (який має критичну температуру 300 ° С), нафта (приблизно 350 ° С), гас (приблизно 410 ° С), газойль (приблизно 475 ° С) і крім того продукти реакції: газ, крекінг -бензин, крекінг-гас і інші, мають низьку критичну температуру, знаходяться в зоні реакції в пароподібному або газоподібному стані. Частина зазначених продуктів може перебувати в рідини в розчиненому стані, але інша (більша) частина буде в газоподібному і пароподібному стані.
Таким чином, крекінг нафтової сировини відбувається в змішаних фазах. У зоні реакції крекінгу крім розкладання протікають і реакції ущільнення, які залежать від тиску. Так як крекінг відбувається в смешнофазном стані, то збільшення тиску в реакційній печі призводить до зменшення обсягу парів і газів. Збільшення тиску сприяє також збереженню великої частки сировини в змійовику печі в рідкому стані. Це також сприяє поліпшенню теплопередачі і зниження можливості місцевих перегрівів. Підвищення тиску при термічному крекінгу сприяє зменшенню вмісту ненасичених вуглеводнів в крекінг-бензині і особливо в газі.
Вихід газу при крекінгу також залежить від тиску, тому що зі збільшенням тиску відбуваються реакції полімеризації низькомолекулярних олефінів в високомолекулярні вуглеводні. Значення величин температури, часу реакції і тиску необхідні при розрахунку крекінг-печі. Переймаючись температурою крекінгу, і знаючи глибину і характер перетворення сировини в зоні реакції, обчислюють обсяги при заданому тиску і температурі. Залежність довжини змійовика реакційної частини печі (зона реакції) від часу реакції виражається наступною формулою:
де # 964; - час реакції в секундах
l - довжина реакційного змійовика в метрах
w - середня швидкість руху крекіруемого з'єднання в реакційному змійовику в метрах в секунду.
Теплота реакції є однією з головних величин при розрахунку крекінг-печі. При проектуванні приймаються наступні значення теплот реакції:
для легкого крекінгу мазуту при 10% виході бензину - 350 ккал / кг бензину
при глибокому крекінгу соляру з 25% виходом бензину - 300 ккал / кг бензину. При крекінгу мають місце реакції розпаду, які протікають з поглинанням тепла (ендотермічні реакції) і реакції ущільнення, що протікають з виділенням тепла (екзотермічні реакції). В основному крекінг йде з поглинанням тепла. Наведені вище теплоти реакції освіти бензину є різницею між теплотою, що витрачається на розпад і виділяється при ущільненні вуглеводнів.