Cracken in Raffinerien: Thermisches und katalytisches Cracken
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Cracken (Rissbildung)
Cracken bezeichnet die Rissbildung in Erdölfraktionen. Manchmal kann aus Rohöl durch Destillation nur ein kleiner Prozentsatz Benzin gewonnen werden. Um diesen Anteil zu erhöhen, wird bei der Destillation Sekundär- beziehungsweise Rissbildung eingesetzt.
Beim Cracken werden hochmolekulare Kohlenwasserstoffe (z. B. schweres Gasöl und Heizöl) in Verbindungen mit niedrigerem Molekulargewicht (Benzin) gespalten. In diesem Prozess entstehen stets Wasserstoff- und Kohlenstoffverbindungen. Cracking ist in Erdölraffinerien sehr wichtig, da es eine Möglichkeit darstellt, die Benzinproduktion auf Kosten schwererer und weniger wertvoller Produkte wie Kerosin und Heizöl zu erhöhen.
Es gibt zwei Arten der Rissbildung: das thermische und das katalytische Cracking. Erstes erfolgt durch Anwendung von Wärme und hohem Druck, letztes durch die Kombination von Wärme und einem Katalysator.
Thermisches Cracken
Bei diesem Prozess werden die schwereren Fraktionen des Rohöls bei hohen Temperaturen unter Druck erhitzt. Dabei werden große Kohlenwasserstoffmoleküle in kleinere Moleküle aufgespaltet, wodurch die Menge an Benzin, die aus einem Barrel Rohöl hergestellt wird, erhöht wird. Verwendet werden flüssige oder gasförmige leichte Fraktionen, hohe Temperaturen (800–900 °C) und niedrige Drücke. Bei diesem Prozess entstehen vor allem Olefine aus Naphtha.
Katalytisches Cracken
Beim katalytischen Cracken werden schwere Fraktionen wie Gasöl und Heizöl bis etwa 500 °C bei einem Druck von 500 bar erhitzt, und zwar in Anwesenheit von Hilfsstoffen: Katalysatoren, die den Prozess beschleunigen. Nach diesen Katalysatoren ist der Prozess benannt.
Die bekanntesten katalytischen Verfahren, die die älteren thermischen Prozesse weitgehend verdrängt haben, sind die Wirbelschicht-Technik (Fluid Catalytic Cracking) und andere verfahrenstechnische Varianten mit Aluminium- oder Kieselgel-basierten Katalysatoren. Im Wirbelschichtverfahren wird das Öl durch ein Bett fester Partikel geleitet; die Partikel werden mobil und sind in einem Strom aus Öl-Dampf bei Temperaturen von 450 °C bis 540 °C und einem Druck von 2,4 Atmosphären der Reaktion ausgesetzt.
Wirtschaftliche Bedeutung
Der große Vorteil des Crackings zeigt sich deutlich in den folgenden Statistiken: Im Jahr 1920 enthielt ein Barrel Rohöl (159 Liter) 41,5 Liter Benzin, 20 Liter Kerosin, 77 Liter Dieselöl und 20 Liter schwerere Destillate. Heute produziert ein Barrel Rohöl 79,5 Liter Benzin, 11,5 Liter Kerosin, 34 Liter Diesel und Destillate, 15 Liter Schmierstoffe und 11,5 Liter schwerere Rückstände.
Diese einfache Statistik zeigt, dass dank der Rissbildung die Produktion von Naphtha (Nafta) dramatisch zunehmen kann.
Wichtige Erdölerzeugnisse
| Fraktion | Kohlenstoff | Siedepunkt (°C) | Verwendung |
|---|---|---|---|
| Gas | C1 bis C5 | -160 bis 30 | Combustible gaseoso |
| Gasolina directa | C5 bis C12 | 30–200 | Combustible motor |
| Queroseno, combustóleo | C12 bis C18 | 180–400 | Diesel, Kraftstoff und Ofenöl |
| Lubricantes | C16 und mehr | >350 | Maschinoil und Schmierstoffe |
| Parafinas | C20 und mehr | niedrige Schmelzpunkte | Kerzen, Streichhölzer |
| Asphalt | C36 und mehr | --- | Gummirückstände, Straßenoberflächen |
NAFTA: Naphtha ist ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen, das abgeschieden wird und teilweise an der Spitze des atmosphärischen Destillationsturms gewonnen wird. Verschiedene Raffinerien produzieren im Allgemeinen zwei Arten von Benzin: leichtes und schweres, die sich durch den Bereich der Destillation unterscheiden und dann zur Herstellung verschiedener Benzinsorten verwendet werden. Benzin ist leicht entzündlich; daher erfordern seine Handhabung und Lagerung äußerste Vorsicht. Naphtha wird auch in landwirtschaftlichen Bereichen als Lösungsmittel eingesetzt, findet Anwendung in der Lackindustrie und bei der Herstellung spezieller Lösungsmittel.