Naarmate de tijd verstrijkt, kunnen we de groei van het brandstofverbruik waarnemen. Helaas zorgt de destillatie van gefractioneerde ruwe olie niet voor voldoende brandstof, dus het kan niet de enige bron zijn die aan de vraag voldoet. Als gevolg hiervan zijn verschillende methoden voor brandstofproductie ontwikkeld, waarvan de belangrijkste de verwerking van steenkool of synthesegas is en het zogenaamde 'kraken' uit hogere fracties van destillatie van gefractioneerde ruwe olie.
Wat is kraken?
Kraken verwijst naar een aantal technologische processen waarbij de behandeling van zware fracties ruwe olie en benzine resulteert in een resultaat in de vorm van benzine en olie. De term ‘kraken’ is de activiteit van het initiëren van een gecontroleerde ontleding van lange alifatische koolwaterstoffen die voorkomen in zware fracties, bijvoorbeeld in mazut en in de oliefractie die wordt gevormd als resultaat van de raffinage van ruwe olie. Zo’n reactie levert verbindingen op waarvan de structuur uit kortere koolstofketens bestaat. Dergelijke moleculen zijn aanwezig in stoffen als benzine of dieselolie en zijn een mengsel van alkanen en alkenen met kortere ketens.
De chemie van kraken
Om het eenvoudig te houden, zijn de processen die optreden bij kraken gebaseerd op het verbreken van enkelvoudige chemische bindingen die bestaan tussen de atomen van het element (koolstof). Tijdens de veranderingen worden vrije radicalen gevormd. De reactie kan op twee verschillende manieren worden geïnduceerd: met behulp van warmte (thermische reactie) of in aanwezigheid van katalysatoren (katalytische reactie). Er is ook een meer uitgebreide, minder vaak gebruikte methode, die gebruik maakt van ioniserende straling (stralingsreactie). De processen die plaatsvinden tijdens het kraken omvatten een aantal veranderingen zoals de isomerisatie van koolwaterstoffen, dehydrogenering tot aromatische koolwaterstoffen en hun condensatie tot polycyclische aromatische koolwaterstoffen.
Thermisch kraken
In de raffinage- en petrochemische industrie, die gebruik maakt van thermische en thermokatalytische processen, spelen dissociatiereacties en vorming van homoatomische CC-bindingen en heteroatomische CH-bindingen een grote rol. Er zijn twee mogelijke mechanismen die verantwoordelijk zijn voor dergelijke reacties: het radicale mechanisme en het ionische mechanisme. Normaal gesproken wordt thermisch kraken zonder katalysator gedomineerd door het radicaalmechanisme, dat ook wordt gegenereerd tijdens de reactie van pyrolyse. Er zijn verschillende varianten van thermisch kraken ontwikkeld, afhankelijk van de procesomstandigheden. Een daarvan is kraken onder hoge druk (2–7 MPa), dat wordt uitgevoerd bij een temperatuur van ongeveer 470–540 o C. Onder dergelijke omstandigheden valt de fractie ruwe olie uiteen uit ligroïne en mazout en ontstaat er autobenzine. Een ander type proces is licht kraken, waarbij het destillatieresidu van ruwe olie wordt gebroken, wat resulteert in een stof die bekend staat als ‘zacht asfalt’. Het wordt uitgevoerd bij een iets lagere temperatuur (460-510 o C) en onder een veel lagere druk (ca. 0,5-2 MPa), waardoor stookolie kan worden geproduceerd. Het derde type thermisch kraken omvat het gebruik van een nog lagere druk (0,1–0,3 MPa) maar bij hoge temperaturen (430–550 o C). Het is empirisch bewezen dat het mogelijk is om een dergelijke reactie te gebruiken wanneer petroleumcokes wordt geproduceerd uit zacht asfalt. Soms procesvertragend kraken genoemd, levert het de grondstof die nodig is om hoogkristallijne naaldcokes te produceren, die wordt gebruikt bij de productie van elektroden voor de staal- en aluminiumindustrie. Die variant heeft ook zijn bijproducten, zoals gassen en benzine, maar ook middelzware en zware kerosinefracties. De laatste vorm van algemeen thermisch kraken is de pyrolyse, ook wel stoomkraken genoemd. Deze term omvat het proces van ontbinding van vloeibare en gasvormige grondstoffen op basis van kerosine, zoals benzine met een laag octaangehalte, gasolie, ethaan, butaan en propaan onder omstandigheden die enigszins afwijken van de hierboven vermelde omstandigheden. Pyrolyse wordt uitgevoerd in de hoogste thermische omstandigheden, met temperaturen variërend van 700 tot 1200 o C, onder een normale druk van ongeveer 0,1 MPa. De koolwaterstoftoevoer wordt als grondstof in korte tijd met stoom verdund en in een oven zonder zuurstof verhit. Een verhoogde efficiëntie is mogelijk als de periode dat de grondstof in de oven blijft, wordt teruggebracht tot milliseconden. Gas wordt snel gedoofd zodra de kraaktemperatuur is bereikt. Dergelijke omstandigheden leiden tot de vorming van een gas met een hoog gehalte aan onverzadigde koolwaterstoffen, waaronder het waardevolle ethyleen en andere in de petrochemische industrie gewenste grondstoffen. Bij gebruik van lichte koolwaterstoffen ontstaan lichtere alkenen zoals ethyleen of butadieen. Het gebruik van zwaardere koolwaterstoffen resulteert in de vorming van producten met een hoog gehalte aan aromatische koolwaterstoffen en verbindingen die in benzine of stookolie kunnen worden opgenomen. Een andere relatie is het feit dat een hogere temperatuur de productie van ethyleen en benzeen ondersteunt, terwijl een lagere temperatuur de productie van propyleen, C4-koolwaterstoffen en vloeibare producten bevordert. Momenteel wordt thermisch kraken in de industrie meestal gebruikt om de zeer zware kerosinefracties te verbeteren of om lichte fracties/destillaten, branderbrandstof of petroleumcokes te produceren. 
Katalytisch kraken
Zoals de naam aangeeft, wordt katalytisch kraken uitgevoerd in aanwezigheid van geschikte katalysatoren. Het gebruik van dergelijke additieven maakt het mogelijk om de vereiste hoge temperatuur en kraakdruk te verlagen. De meest voorkomende katalysatoren zijn gehydrateerde aluminiumsilicaten A1Cl3 en Cr203 , die geschikte activatoren bevatten zoals nikkel-, kobalt- of mangaanoxiden . In de praktijk worden ze industrieel gebruikt samen met 20%zeoliet. Dit is afhankelijk van de toegepaste verwerkingsmethode, met name van het type katalysator dat mobiel, vastbed of stoffig kan zijn. De omstandigheden waaronder katalytisch kraken wordt uitgevoerd, zijn iets lichter, aangezien het meestal wordt uitgevoerd bij een normale of licht verhoogde druk (0,1–0,2 MPa) en bij een temperatuur van ongeveer 450–510 o C. De grondstof bij katalytisch kraken is normaal omvat lichte oliefracties die koken bij 280 tot 350 o C, en de producten zijn de uiterst gewilde benzines met een hoog octaangetal en dieselolie. De ontledingssnelheid is hoger bij gebruik van een katalysator dan bij thermisch kraken. Als we de producten van thermisch en katalytisch kraken vergelijken, maakt het gebruik van katalysatoren de vorming mogelijk van stoffen met een hoger gehalte aan vertakte paraffinen, cycloparaffinen en aromatische koolwaterstoffen. Onder de omstandigheden die mogelijk worden gemaakt door katalytisch kraken, treden ook bij hoge snelheid reacties op zoals:
- Ontleding van homoatomische CC-bindingen in paraffinemoleculen, wat resulteert in de productie van laagmoleculaire olefinen.
- Dehydrogenering van naftalenen met de productie van aromatische koolwaterstoffen.
- Vorming van olefinen als gevolg van het breken van naftaleenringen.
- Een parallelle polymerisatie van olefinen en hun condensatie met diënen, wat vervolgens weerspiegeld wordt in de productie van aromatische koolwaterstoffen.
Een interessante variant van katalytisch kraken is hydrokraken, waarbij gasvormige waterstof wordt toegevoegd. Zo’n additief heeft veel positieve effecten, waaronder:
- voor grondstoffen die grote hoeveelheden paraffines bevatten, het voorkomen van de vorming van polycyclische aromatische verbindingen;
- verminderde productie van teer en verontreinigingen;
- ondersteuning van een efficiëntere werking van de katalysator: voorkomt ophoping van storende cokes
- de mogelijkheid om producten te kopen met een lager gehalte aan zwavel en stikstof;
- het produceren van brandstof met een hoog cetaangetal.
Opgemerkt dient te worden dat de omstandigheden van katalytisch kraken ook de eisen omvatten van reformeringsprocessen zoals isomerisatie, cyclisatie en aromatisering. Bijgevolg zijn de producten van dergelijke reacties benzines met een hoger octaangetal. Bronnen: 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-chemie/
