시간이 지남에 따라 연료 소비가 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 유감스럽게도 프랙션 원유의 증류는 충분한 양의 연료를 보장하지 못하므로 수요를 충당하는 유일한 공급원이 될 수 없습니다. 결과적으로 다양한 연료 생산 방법이 개발되었으며, 가장 중요한 것은 무연탄 또는 합성 가스의 처리와 분별 원유의 더 높은 분율 증류에서 '크래킹'으로 알려진 것입니다.
크래킹이란 무엇입니까?
크래킹은 원유와 휘발유의 무거운 부분을 처리하여 휘발유 와 오일의 형태를 갖는 결과를 제공하는 여러 기술 공정을 말합니다. 용어 ‘크래킹’은 예를 들어 mazut 및 원유 정제의 결과로 형성된 오일 부분과 같은 무거운 부분에 존재하는 긴 지방족 탄화수소의 제어된 분해를 시작하는 활동입니다. 이러한 반응은 구조가 더 짧은 탄소 사슬로 구성된 화합물을 생성합니다. 이러한 분자는 휘발유 또는 디젤유와 같은 물질에 존재하며 알칸 과 짧은 사슬을 가진 알켄 의 혼합물입니다.
크래킹의 화학
간단하게 하기 위해 균열에서 발생하는 프로세스는 원소(탄소)의 원자 사이에 존재하는 단일 화학 결합의 파괴를 기반으로 합니다. 변화하는 동안 자유 라디칼이 형성됩니다. 반응은 열을 사용하거나(열 반응) 촉매가 있는 경우(촉매 반응)의 두 가지 방식으로 유도될 수 있습니다. 이온화 방사선(방사 반응)을 사용하는 더 정교하고 덜 일반적으로 사용되는 방법도 있습니다. 크래킹 중에 발생하는 공정에는 탄화수소의 이성체화, 방향족 탄화수소로의 탈수소화 및 다환 방향족 탄화수소로의 응축과 같은 많은 변화가 포함됩니다.
열분해
열 및 열촉매 공정을 사용하는 정유 및 석유화학 산업에서 해리 반응과 동종원자 CC 결합 및 이종원자 CH 결합의 형성은 큰 역할을 합니다. 이러한 반응에 책임이 있는 두 가지 가능한 메커니즘이 있습니다: 라디칼 메커니즘과 이온 메커니즘. 일반적으로 촉매가 없는 열분해는 열분해 반응 중에도 발생하는 라디칼 메커니즘에 의해 지배됩니다. 공정 조건에 따라 열 균열의 여러 변형이 개발되었습니다. 그 중 하나는 약 470–540 o C의 온도에서 수행되는 고압 분해(2–7 MPa)입니다. 이러한 조건에서 원유 분획은 리그로인 및 마주트에서 분해되고 차량 휘발유가 생성됩니다. 또 다른 유형의 공정은 ‘부드러운 아스팔트’로 알려진 물질에서 최종적으로 발생하는 원유의 증류 잔류물의 파괴를 포함하는 가벼운 균열입니다. 약간 더 낮은 온도(460–510 o C)와 훨씬 더 낮은 압력(약 0.5–2 MPa)에서 수행되어 연료유를 생산할 수 있습니다. 열분해의 세 번째 유형은 더 낮은 압력(0.1–0.3 MPa)을 사용하지만 고온(430–550 o C)에서 사용하는 것입니다. 연질 아스팔트에서 석유 코크스가 생성되는 반응을 사용할 수 있다는 것이 경험적으로 입증되었습니다. 공정 지연 크래킹이라고도 하며 철강 및 알루미늄 산업용 전극 생산에 사용되는 고결정 침상 코크스를 생산하는 데 필요한 원료를 제공합니다. 이 변종에는 가스 및 가솔린과 같은 부산물과 중간 및 무거운 등유 부분도 있습니다. 일반적인 열 분해의 마지막 유형은 증기 분해라고도 하는 열분해입니다. 이 용어는 위에 명시된 것과 다소 다른 조건에서 저옥탄 휘발유, 경유, 에탄, 부탄 및 프로판과 같은 액체 및 기체 상태의 등유 기반 원료를 분해하는 공정을 포함합니다. 열분해는 약 0.1 MPa의 정상 압력 하에서 700 ~ 1200 o C 범위의 온도를 사용하는 가장 높은 열 조건에서 수행됩니다. 원료인 탄화수소 투입물을 증기로 희석하여 단시간에 산소가 없는 용광로에서 가열합니다. 원료가 용광로에 남아 있는 시간을 밀리초로 줄이면 효율성을 높일 수 있습니다. 크래킹 온도에 도달하면 가스가 즉시 빠르게 꺼집니다. 이러한 조건은 귀중한 에틸렌 및 석유화학 산업에서 요구되는 기타 원료를 포함하여 불포화 탄화수소 함량이 높은 가스를 형성합니다. 가벼운 탄화수소를 사용하는 경우 에틸렌이나 부타디엔과 같은 더 가벼운 알켄이 생성됩니다. 더 무거운 탄화수소를 사용하면 휘발유나 연료유에 포함될 수 있는 방향족 탄화수소 및 화합물 함량이 높은 제품이 생성됩니다. 또 다른 관계는 더 높은 온도는 에틸렌과 벤젠의 생산을 지원하는 반면 더 낮은 온도는 프로필렌, C4 탄화수소 및 액체 제품의 생산을 지원한다는 사실입니다. 현재 열 분해는 매우 무거운 등유 유분을 개선하거나 가벼운 유분/증류물, 버너 연료 또는 석유 코크스를 생산하기 위해 주로 업계에서 사용됩니다. 
촉매 분해
이름에서 알 수 있듯이 접촉 분해는 적절한 촉매가 있는 상태에서 수행됩니다. 이러한 첨가제를 사용하면 필요한 고온 및 크래킹 압력을 줄일 수 있습니다. 가장 일반적인 촉매는 니켈, 코발트 또는 망간 산화물과 같은 적절한 활성제를 포함하는 수화된 알루미늄 실리케이트 AlCl 3 및 Cr 2 O 3 를 포함합니다. 실제로는 제올라이트 20%와 함께 공업적으로 사용된다. 이는 적용된 처리 방법, 특히 이동성, 고정층 또는 먼지가 있을 수 있는 촉매 유형에 따라 다릅니다. 접촉 분해가 수행되는 조건은 일반적으로 정상 또는 약간 증가된 압력(0.1–0.2 MPa) 및 약 450–510 o C의 온도에서 수행되므로 약간 더 가볍습니다. 촉매 분해의 원료는 일반적으로 280 ~ 350 o C에서 끓는 경질 유분을 포함하며 제품은 경유뿐만 아니라 옥탄가가 높은 매우 바람직한 휘발유입니다. 분해 속도는 열 분해보다 촉매를 사용할 때 더 빠릅니다. 열 분해 및 촉매 분해의 생성물을 비교하면 촉매를 사용하면 분지형 파라핀, 시클로파라핀 및 방향족 탄화수소 함량이 더 높은 물질을 형성할 수 있습니다. 촉매 분해에 의해 가능한 조건에서는 다음과 같은 반응이 고속으로 발생합니다.
- 파라핀 분자에서 호모 원자 CC 결합의 분해로 저분자량 올레핀이 생성됩니다.
- 방향족 탄화수소 생산을 통한 나프탈렌 탈수소화.
- 나프탈렌 고리가 끊어진 결과로 올레핀이 형성됩니다.
- 올레핀의 병렬 중합 및 디엔과의 축합으로 결과적으로 방향족 탄화수소 생산에 반영됩니다.
흥미로운 다양한 촉매 분해는 기체 수소의 첨가를 사용하는 수소화 분해입니다. 이러한 첨가제에는 다음과 같은 많은 긍정적인 효과가 있습니다.
- 다량의 파라핀을 함유하는 원료의 경우 다환 방향족 화합물의 형성을 방지합니다.
- 타르 및 오염 물질 생성 감소;
- 촉매의 보다 효율적인 작동 지원: 방해하는 코크스의 축적을 방지합니다.
- 황 및 질소 함량이 낮은 제품을 얻을 가능성;
- 세탄가가 높은 연료를 생산합니다.
촉매 분해 조건에는 이성체화, 고리화 및 방향족화와 같은 개질 공정의 요구도 포함된다는 점에 유의해야 합니다. 결과적으로 이러한 반응의 생성물은 더 높은 옥탄가를 가진 휘발유입니다. 출처: 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/
