Cracare (chimie)
Crăparea în chimie este un proces prin care se obțin hidrocarburi parafinice ușoare prin ruperea moleculelor de hidrocarburi parafinice grele.
Prin urmare, este un proces adoptat pentru producerea de hidrocarburi ușoare, cum ar fi benzina , pornind de la țiței mediu greu și greu, crescând cantitatea de benzină care poate fi obținută din țiței .
Reacția de cracare se obține prin catalitică sau termică ( cracare cu abur ) [1] și rezultatul reacției depinde puternic de condițiile în care are loc reacția și de prezența sau absența catalizatorilor.
Chimia proceselor
Descompunerea moleculelor mari în molecule mai mici poate fi realizată prin metode termice sau catalitice. Metoda termică exploatează un mecanism bazat pe clivaje homolitice , în care legăturile chimice se rup simetric, generând perechi de radicali ; metoda catalitică exploatează aciditatea catalizatorului - adesea solide acide, cum ar fi alumina și zeoliții - care provoacă scindarea heterolitică a legăturilor chimice producând carbocații .
Atât radicalii, cât și carbocațiile sunt particule instabile, care suferă procese rapide de rearanjare, transpunere, scindare în poziția β și transferuri intra și inter-moleculare de radicali sau ioni de hidrogen. Deoarece radicalii și ionii sunt particule foarte reactive, aceștia interacționează cu substratul producând alți radicali și alte carbocații, declanșând o reacție în lanț care se susține singură până când are loc o recombinare a radicalilor sau a perechilor de ioni.
În fisurarea catalitică, carbocațiile mai puțin reactive tind să se depună pe situsurile catalizatorului, producând în timp depozite carbonice care scad activitatea catalizatorului însuși; aceste depozite sunt îndepărtate - adesea prin ardere controlată - pentru a restabili activitatea catalizatorului.
În fisurarea termică, temperatura ridicată declanșează formarea radicalilor; rezultatul este o disproporționare generală, în care se formează produse ușoare bogate în hidrogen în detrimentul moleculelor mai grele care îl pierd.
Utilizarea diagramelor Francis poate fi utilă pentru a înțelege aspectele termodinamice ale reacțiilor de fisurare, permițând stabilirea la o temperatură dată transformarea unei hidrocarburi în alta este favorizată sau nu.
Reacțiile elementare care apar în timpul fisurării sunt de tip radical și sunt numeroase. Cu toate acestea, pot fi identificate următoarele tipuri de reacții elementare:
- început : în care o singură moleculă se descompune pentru a da o pereche de radicali; doar o mică parte a substratului suferă această reacție, dar este esențial să începeți întregul proces. În general, ruptura este o legătură carbon-carbon, mai degrabă decât o legătură carbon-hidrogen
-
CH 3 CH 3 → 2 CH 3 •
- extracția hidrogenului : un radical extrage un atom de hidrogen dintr-o moleculă neutră, transformându-l într-un radical
-
CH 3 • + CH 3 CH 3 → CH 4 + CH 3 CH 2 •
- clivajul radicalului : un radical se descompune în două fragmente mai ușoare, o alchenă și un alt radical
-
CH 3 CH 2 • → CH 2 =CH 2 + H•
- adăugarea de radicali : reacția inversă la cea precedentă, în care se adaugă un radical la o alchenă pentru a da un radical mai mare; această reacție se află la baza formării compușilor aromatici atunci când sunt tratate amestecurile grele de hidrocarburi
-
CH 3 CH 2 • + CH 2 =CH 2 → CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 •
- terminare : apare atunci când doi radicali liberi reacționează pentru a da molecule neutre, poate fi o recombinație , în care doi radicali se combină pentru a da o singură moleculă sau o disproporționare , atunci când un radical transferă un atom de hidrogen către altul obținând o alchenă și un alcan
-
CH 3 • + CH 3 CH 2 • → CH 3 CH 2 CH 3 -
CH 3 CH 2 • + CH 3 CH 2 • → CH 2 =CH 2 + CH 3 CH 3
Aplicații
În rafinăriile cu crăpături (numite și piroliză) sunt produși „compuși ușori” (de exemplu benzină și GPL ) pornind de la fracțiunile mai grele și un reziduu din distilarea țițeiului. Crăparea catalitică în pat fluidizat produce un randament mai mare de GPL și benzină, în timp ce hidrocracarea este utilizată mai mult pentru a produce combustibil pentru aeronave. Cracarea termică este utilizată în schimb pe fracțiunile mai grele pentru a produce fracțiuni ușoare și compuși organici utili pentru industria chimică și cocs de carbon pentru industria oțelului și aluminiului .
Crăparea catalitică în pat fluidizat
Crăparea catalitică într-un pat fluidizat sau FCC (engleză: Fluid Catalytic Cracking) a fost dezvoltată pentru prima dată în 1942 și folosește ca catalizator de „pulbere de alumină , menținută suspendată în fluxul de hidrocarburi care urmează a fi tratate.
Astăzi catalizatorii se bazează pe zeoliți și se plasează într-o coloană menținută la o temperatură ridicată (665 - 760 ° C); hidrocarburile sunt pulverizate la baza coloanei, unde sunt vaporizate și descompuse în hidrocarburi ușoare; amestecul curge în sus în câteva secunde, catalizatorul este îndepărtat și amestecul de hidrocarburi trece la o distilare ulterioară din care sunt izolate fracțiile utile din punct de vedere comercial.
În timpul reacției, catalizatorul este dezactivat prin depunerea pe el a particulelor de cocs, care îi reduc considerabil activitatea ; prin urmare, catalizatorul este regenerat mai întâi cu vapori de apă și apoi cu aer (uneori îmbogățit cu oxigen) pentru a arde reziduurile de cocs rămase în pori, asigurând, de asemenea, căldura necesară reacției de cracare, care este endotermă. Catalizatorul regenerat revine apoi în coloană pentru a efectua un alt ciclu de reacții.
Benzina produsă prin crăparea catalitică are un număr mare de octanici , dar conținutul relativ ridicat de olefine îl face mai puțin stabil din punct de vedere chimic; olefinele pot forma reziduuri polimerice care sunt depozitate în rezervoare și în părțile motorului unde curge combustibilul.
GPL obținut prin crăparea catalitică este o sursă importantă de alchene cu 3 și 4 atomi de carbon ( propilenă și butene), intermediari utili în industria chimică.
Hidrocraparea
Hidrocraparea (HCC) este o variantă a crăparii catalitice efectuată, de obicei la presiuni și temperaturi medii-ridicate (de ordinul a 10 MPa și 300 ° C ) în prezența hidrogenului . [2] Produsele sale sunt în principal amestecuri de hidrocarburi saturate a căror compoziție depinde de condițiile procesului (temperatură, presiune, activitate catalitică) și variază de la amestecuri bogate în etan și GPL până la izo-parafine. Cei mai buni catalizatori pentru hidrocracare sunt cei care, pe lângă ruperea și rearanjarea lanțurilor de atomi de carbon, sunt de asemenea capabili să faciliteze adăugarea de hidrogen la alchenele și compușii aromatici care se formează în timpul procesului. Hidrocraparea furnizează în principal combustibili pentru aviație , benzină cu octanie ridicată și GPL, toate având un conținut scăzut de sulf și alți contaminanți. Cele mai recente procese (Prime-D, Prime-G și altele asemenea) sunt potrivite pentru prepararea motorinei cu un conținut scăzut de sulf pentru utilizare în tracțiune. Subprodusul tipic al HCC este hidrogenul sulfurat de H 2 S, care este trimis pentru oxidare în sulf în plantele Claus .
Cracare cu aburi
Este principala metodă de producție a alchenelor ușoare, inclusiv etilenă și propilenă . Este un proces de piroliză .
Amestecul de tratat este diluat cu vapori de apă și apoi încălzit la temperaturi foarte ridicate (peste 900 ° C) și în absența totală a agenților de oxidare (cum ar fi oxigenul) timp de câteva zecimi de secundă, înainte de a fi răcit brusc.
Compoziția amestecului obținut depinde de compoziția amestecului de intrare, de temperatură și de timpul de procesare. Amestecurile ușoare (GPL și nafta ușoară) dau amestecuri bogate în olefine ușoare, etilenă, propilenă și butadienă; amestecurile mai grele dau un produs mai bogat în hidrocarburi aromatice. Cu cât condițiile de proces sunt mai drastice, cu atât produsul este mai bogat în compuși ușori, cum ar fi etilenă și benzen ; condițiile mai puțin drastice duc la cantități mai mari de hidrocarburi cu 4 carbon și compuși lichizi.
Reacția este însoțită de depunerea de particule de cocs de carbon pe pereții reactorului, făcând necesară curățarea periodică - în general după câteva luni de funcționare.
Notă
Elemente conexe
linkuri externe
- ( EN ) Cracking / Cracking (altă versiune) / Cracking (altă versiune) , pe Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
| Controlul autorității | Tesauro BNCF 1544 · LCCN (EN) sh85033709 · BNF (FR) cb11953121v (data) |
|---|
