Fissuration

C’est quoi craquer ?

Le craquage désigne un certain nombre de procédés technologiques où le traitement de fractions lourdes de pétrole brut et d’essence donne un résultat sous forme d’ essence et d’huiles. Le terme « craquage » est l’activité d’initiation d’une décomposition contrôlée des hydrocarbures aliphatiques longs qui existent dans les fractions lourdes, par exemple dans le mazut et dans la fraction pétrolière formée à la suite du raffinage du pétrole brut. Une telle réaction produit des composés dont la structure est constituée de chaînes carbonées plus courtes. Ces molécules sont présentes dans des substances telles que l’essence ou le carburant diesel et sont un mélange d’ alcanes et d’ alcènes avec des chaînes plus courtes.

Le chimisme de la fissuration

Pour faire simple, les processus qui se produisent lors du craquage sont basés sur la rupture de liaisons chimiques simples existant entre les atomes de l’élément (carbone). Lors des changements, des radicaux libres se forment. La réaction peut être induite de deux manières différentes : en utilisant de la chaleur (réaction thermique) ou en présence de catalyseurs (réaction catalytique). Il existe également une méthode plus élaborée, moins couramment utilisée, qui utilise des rayonnements ionisants (réaction par rayonnement). Les processus qui se produisent pendant le craquage comprennent un certain nombre de changements tels que l’isomérisation des hydrocarbures, la déshydrogénation en hydrocarbures aromatiques et leur condensation en hydrocarbures aromatiques polycycliques.

Fissuration thermique

Dans l’industrie du raffinage et de la pétrochimie, qui utilise des procédés thermiques et thermocatalytiques, un grand rôle est joué par les réactions de dissociation et de formation de liaisons CC homoatomiques et de liaisons CH hétéroatomiques. Il existe deux mécanismes possibles responsables de telles réactions : le mécanisme radicalaire et le mécanisme ionique. Normalement, le craquage thermique sans catalyseur est dominé par le mécanisme radicalaire, qui est également généré lors de la réaction de pyrolyse. Plusieurs variantes de craquage thermique ont été développées, en fonction des conditions du procédé. L’un d’eux est le craquage à haute pression (2-7 MPa), qui s’effectue à une température d’environ 470-540 ^o C. Dans de telles conditions, la fraction de pétrole brut se décompose à partir de ligroïne et de mazout, et de l’essence pour véhicule est produite. Un autre type de processus est le craquage léger, qui comprend la rupture du résidu de distillation du pétrole brut, qui aboutit à une substance connue sous le nom d’"asphalte mou". Elle est réalisée à une température légèrement inférieure (460–510 ^o C) et sous une pression beaucoup plus faible (environ 0,5–2 MPa), ce qui permet de produire du fioul. Le troisième type de craquage thermique implique l’utilisation d’une pression encore plus faible (0,1 à 0,3 MPa) mais à des températures élevées (430 à 550 ^o C). Il a été prouvé empiriquement qu’il est possible d’utiliser une telle réaction lorsque du coke de pétrole est produit à partir d’asphalte mou. Parfois appelé craquage retardateur de processus, il fournit la matière première nécessaire à la production de coke en aiguille hautement cristallin, utilisé dans la production d’électrodes pour les industries de l’acier et de l’aluminium. Cette variante a également ses sous-produits, tels que les gaz et l’essence ainsi que les fractions de kérosène moyennes et lourdes. Le dernier type de craquage thermique courant est la pyrolyse, également appelée vapocraquage. Ce terme comprend le processus de décomposition de matières premières liquides et gazeuses à base de kérosène telles que les essences à faible indice d’octane, le gazole, l’éthane, le butane et le propane dans des conditions quelque peu différentes de celles spécifiées ci-dessus. La pyrolyse est réalisée dans les conditions thermiques les plus élevées, en utilisant des températures allant de 700 à 1200 ^o C, sous une pression normale d’environ 0,1 MPa. L’entrée d’hydrocarbure, étant une matière première, est diluée à la vapeur et chauffée dans un four sans oxygène, en peu de temps. Une efficacité accrue est possible si la période pendant laquelle la matière première reste dans le four est réduite à quelques millisecondes. Le gaz s’éteint rapidement dès qu’il atteint la température de craquage. De telles conditions conduisent à la formation d’un gaz à haute teneur en hydrocarbures insaturés, comprenant le précieux éthylène ainsi que d’autres matières premières recherchées dans l’industrie pétrochimique. En cas d’utilisation d’hydrocarbures légers, des alcènes plus légers sont produits tels que l’éthylène ou le butadiène. L’utilisation d’hydrocarbures plus lourds conduit à la formation de produits à forte teneur en hydrocarbures aromatiques et en composés pouvant être inclus dans l’essence ou le fioul. Une autre relation est le fait qu’une température plus élevée favorise la production d’éthylène et de benzène, tandis qu’une température plus basse, la production de propylène, d’hydrocarbures C4 et de produits liquides. Actuellement, le craquage thermique est utilisé dans l’industrie principalement pour améliorer les fractions de kérosène très lourdes ou pour produire des fractions/distillats légers, du combustible de brûleur ou du coke de pétrole.

Craquage catalytique

Comme son nom l’indique, le craquage catalytique est réalisé en présence de catalyseurs appropriés. L’utilisation de tels additifs permet de réduire la température et la pression de craquage élevées requises. Les catalyseurs les plus courants comprennent les silicates d’aluminium hydratés AlCl ₃ et Cr ₂ O ₃ , qui contiennent des activateurs appropriés tels que les oxydes de nickel, de cobalt ou de manganèse. En pratique, ils sont utilisés industriellement avec 20 %de zéolithe. Cela dépend de la méthode de traitement appliquée, en particulier du type de catalyseur qui peut être mobile, à lit fixe ou poussiéreux. Les conditions dans lesquelles le craquage catalytique est effectué sont légèrement plus légères, car il est généralement effectué à une pression normale ou légèrement augmentée (0,1–0,2 MPa) et à une température d’environ 450–510 ^o C. La matière première du craquage catalytique normalement comprend des fractions d’huile légère qui bouillent à 280 à 350 ^o C, et les produits sont les essences extrêmement souhaitables avec un indice d’octane élevé ainsi que du gazole. La vitesse de décomposition est plus élevée avec l’utilisation d’un catalyseur plutôt qu’avec le craquage thermique. Si l’on compare les produits de craquage thermique et catalytique, l’utilisation de catalyseurs permet la formation de substances à plus forte teneur en paraffines ramifiées, cycloparaffines et hydrocarbures aromatiques. Dans les conditions permises par le craquage catalytique, il se produit également, à grande vitesse, des réactions telles que :

1. Décomposition des liaisons CC homoatomiques dans les molécules de paraffine, ce qui entraîne la production d’oléfines de faible poids moléculaire.
2. Déshydrogénation des naphtalènes avec production d’hydrocarbures aromatiques.
3. Formation d’oléfines à la suite de la rupture d’anneaux de naphtalène.
4. Une polymérisation parallèle des oléfines et leur condensation avec des diènes, qui se traduit par conséquent par la production d’hydrocarbures aromatiques.

Une variété intéressante de craquage catalytique est l’hydrocraquage, qui utilise l’ajout d’hydrogène gazeux. Un tel additif a de nombreux effets positifs, notamment:

1. pour les matières premières contenant de grandes quantités de paraffines, empêchant la formation de composés aromatiques polycycliques ;
2. production réduite de goudron et de contaminants;
3. favorisant un fonctionnement plus efficace du catalyseur : évite l’accumulation de coke gênant
4. la possibilité d’acquérir des produits à plus faible teneur en soufre et en azote ;
5. produisant du carburant à indice de cétane élevé.

Il est à noter que les conditions du craquage catalytique incluent également la demande de procédés de reformage tels que l’isomérisation, la cyclisation et l’aromatisation. Par conséquent, les produits de telles réactions sont des essences à indice d’octane plus élevé. Sources : 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/