Praskání

Co je to praskání?

Krakováním se rozumí řada technologických procesů, kdy zpracováním těžkých frakcí ropy a benzinu vzniká výsledek ve formě benzinu a olejů. Pojem „krakování“ je aktivita iniciace řízeného rozkladu dlouhých alifatických uhlovodíků, které existují v těžkých frakcích, například v mazutu a v ropné frakci vzniklé v důsledku rafinace ropy. Takovou reakcí vznikají sloučeniny, jejichž struktura se skládá z kratších uhlíkových řetězců. Takové molekuly jsou přítomny v látkách jako je benzín nebo nafta a jsou směsí alkanů a alkenů s kratšími řetězci.

Chemismus praskání

Abychom to zjednodušili, procesy, ke kterým dochází při krakování, jsou založeny na rozbití jednoduchých chemických vazeb existujících mezi atomy prvku (uhlíku). Při změnách se tvoří volné radikály. Reakce může být vyvolána dvěma různými způsoby: za použití tepla (tepelná reakce) nebo v přítomnosti katalyzátorů (katalytická reakce). Existuje také propracovanější, méně běžně používaná metoda, která využívá ionizující záření (radiační reakce). Procesy, ke kterým dochází během krakování, zahrnují řadu změn, jako je izomerace uhlovodíků, dehydrogenace na aromatické uhlovodíky a jejich kondenzace na polycyklické aromatické uhlovodíky.

Tepelné praskání

V rafinérském a petrochemickém průmyslu, který využívá tepelné a termokatalytické procesy, hrají velkou roli reakce disociace a tvorby homoatomických CC vazeb a heteroatomických CH vazeb. Existují dva možné mechanismy odpovědné za takové reakce: radikálový mechanismus a iontový mechanismus. Normálně tepelnému krakování bez katalyzátoru převládá radikálový mechanismus, který také vzniká při reakci pyrolýzy. V závislosti na podmínkách procesu bylo vyvinuto několik variant tepelného krakování. Jedním z nich je vysokotlaké krakování (2–7 MPa), které se provádí při teplotě kolem 470–540 ^o C. V takových podmínkách se ropná frakce rozkládá z ligroinu a mazoutu a vyrábí se automobilový benzin. Dalším typem procesu je lehké krakování, které zahrnuje rozbití destilačního zbytku ropy, z něhož vznikne látka známá jako „měkký asfalt“. Provádí se při mírně nižší teplotě (460–510 ^o C) a pod mnohem nižším tlakem (cca 0,5–2 MPa), což umožňuje výrobu topného oleje. Třetí typ tepelného krakování zahrnuje použití ještě nižšího tlaku (0,1–0,3 MPa), ale při vysokých teplotách (430–550 ^o C). Empiricky bylo prokázáno, že je možné použít takovou reakci, kdy se ropný koks vyrábí z měkkého asfaltu. Někdy označované jako proces zpomalující krakování, poskytuje surovinu potřebnou k výrobě vysoce krystalického jehlového koksu, používaného při výrobě elektrod pro ocelářský a hliníkový průmysl. Tato varianta má také své vedlejší produkty, jako jsou plyny a benzín a také střední a těžké frakce petroleje. Posledním typem běžného tepelného krakování je pyrolýza, nazývaná také parní krakování. Tento termín zahrnuje proces rozkladu kapalných a plynných surovin na bázi petroleje, jako jsou nízkooktanové benzíny, plynový olej, etan, butan a propan, za podmínek poněkud odlišných od podmínek uvedených výše. Pyrolýza se provádí v nejvyšších tepelných podmínkách, za použití teplot v rozmezí 700 až 1200 ^o C, za normálního tlaku kolem 0,1 MPa. Vstup uhlovodíků, jakožto surovina, se v krátké době zředí párou a zahřeje v peci bez kyslíku. Zvýšení účinnosti je možné, pokud se doba, kdy surovina zůstává v peci, zkrátí na milisekundy. Plyn je rychle uhašen ihned po dosažení krakovací teploty. Takové podmínky vedou ke vzniku plynu s vysokým obsahem nenasycených uhlovodíků, včetně cenného ethylenu, jakož i dalších surovin požadovaných v petrochemickém průmyslu. V případě použití lehkých uhlovodíků vznikají lehčí alkeny jako ethylen nebo butadien. Použití těžších uhlovodíků má za následek tvorbu produktů s vysokým obsahem aromatických uhlovodíků a sloučenin, které mohou být obsaženy v benzínu nebo topném oleji. Dalším vztahem je skutečnost, že vyšší teplota podporuje produkci etylenu a benzenu, zatímco nižší teplota produkci propylenu, C4 uhlovodíků a kapalných produktů. V současné době se tepelné krakování používá v průmyslu většinou ke zlepšení velmi těžkých petrolejových frakcí nebo k výrobě lehkých frakcí/destilátů, paliva pro hořáky nebo ropného koksu.

Katalytické krakování

Jak již název napovídá, katalytické krakování se provádí v přítomnosti vhodných katalyzátorů. Použití takových přísad umožňuje snížit požadovanou vysokou teplotu a tlak krakování. Mezi nejběžnější katalyzátory patří hydratované aluminiumsilikáty AlCl ₃ a Cr ₂ O ₃ , které obsahují vhodné aktivátory, jako jsou oxidy niklu, kobaltu nebo manganu. V praxi se průmyslově využívají spolu s 20 %zeolitu. To závisí na použité metodě zpracování, konkrétně na typu katalyzátoru, který může být mobilní, s pevným ložem nebo prašný. Podmínky, za kterých se katalytické krakování provádí, jsou o něco lehčí, protože se obvykle provádí za normálního nebo mírně zvýšeného tlaku (0,1–0,2 MPa) a při teplotě kolem 450–510 ^o C. Surovina při katalytickém krakování normálně zahrnuje lehké ropné frakce, které vrou při 280 až 350 ^o C, a produkty jsou mimořádně žádané benziny s vysokým oktanovým číslem a také motorová nafta. Rychlost rozkladu je vyšší při použití katalyzátoru než při tepelném krakování. Porovnáme-li produkty tepelného a katalytického krakování, použití katalyzátorů umožňuje vznik látek s vyšším obsahem rozvětvených parafinů, cykloparafinů a aromatických uhlovodíků. Za podmínek, které umožňuje katalytické krakování, dochází také vysokou rychlostí k reakcím jako:

1. Rozklad homoatomických CC vazeb v molekulách parafinu, který má za následek produkci nízkomolekulárních olefinů.
2. Dehydrogenace naftalenů za vzniku aromatických uhlovodíků.
3. Tvorba olefinů v důsledku rozbití naftalenových kruhů.
4. Paralelní polymerace olefinů a jejich kondenzace s dieny, která se následně projevuje ve výrobě aromatických uhlovodíků.

Zajímavou variantou katalytického krakování je hydrokrakování, které využívá přidání plynného vodíku. Taková přísada má mnoho pozitivních účinků, mezi které patří:

1. pro suroviny obsahující vysoké množství parafinů, zabraňující tvorbě polycyklických aromatických sloučenin;
2. snížená produkce dehtu a kontaminantů;
3. podpora účinnějšího provozu katalyzátoru: zabraňuje hromadění rušivého koksu
4. možnost získat produkty s nižším obsahem síry a dusíku;
5. vyrábí palivo s vysokým cetanovým číslem.

Je třeba poznamenat, že podmínky katalytického krakování zahrnují také požadavky na reformovací procesy, jako je izomerizace, cyklizace a aromatizace. V důsledku toho jsou produkty takových reakcí benziny s vyšším oktanovým číslem. Zdroje: https://encyklopedia.pwn.pl/haslo/kraking;3926970.html https://www.naukowiec.org/wiedza/chemia/kraking-termiczny-i-katalityczny_1167.html https://arquidiamantina.org/ pl/kraking-chemia/