Akademik

Cracken

 

['krækən; zu englisch to crack »abbröckeln«, »(zer)brechen«], Aufspaltung von Kohlenwasserstoffmolekülen in kleinere Bruchstücke. Das Cracken kann allein durch hohe Temperatur (thermisches Cracken) oder durch zusätzliche Anwendung von Katalysatoren (katalytisches Cracken) erreicht werden. Die Spaltung erfolgt an irgendeiner Stelle der Kohlenwasserstoffkette unter Umlagerung von Wasserstoffatomen, z. B.

 

CH₃ —CH₂ — CH₂ — CH₂ — CH₂ — CH₂ — CH₃

 

→ CH₃ — CH₂ — CH₂ — CH₃+ CH₂ = CH — CH₃.

 

Im Gegensatz zum Hydrocracken entstehen beim Cracken stets auch ungesättigte Verbindungen. Das Cracken ist ein wichtiges Verfahren der Erdölverarbeitung, bei dem höher siedende Destillate und Destillationsrückstände in Benzin und Mitteldestillate umgewandelt werden. Das Steamcracken dient demgegenüber der Herstellung von chemischen Grundstoffen wie Äthylen und Propylen.

 

Das thermische Cracken läuft über Radikale ab. Bei relativ milden Bedingungen (circa 450 ºC) arbeitet das Visbreaking. Das technisch einfache Verfahren, das ursprüngliche die Aufgabe hatte, die Viskosität von Heizöl zu erniedrigen (englisch viscosity breaking), dient heute besonders in Westeuropa zur Umwandlung von überschüssigen Destillationsrückständen. Da übermäßige Koksbildung verhindert werden muss, ist der Umsatz auf 10-20 % beschränkt. Die Coking-Verfahren laufen unter härteren Bedingungen ab, sodass eine vollständige Umwandlung von Destillationsrückständen in Petrolkoks und flüchtige Crackprodukte erreicht wird. Beim Delayed-Coking-Verfahren ist die Reaktionstemperatur etwa 490 ºC. Um die zur vollständigen Umsetzung notwendige Reaktionszeit zu erreichen, wird das erhitzte Öl durch große Behälter geleitet. In diesen Kokskammern scheidet sich der gebildete Koks ab, der von Zeit zu Zeit hydraulisch entfernt wird.

 

Beim katalytischen Cracken werden heute fast nur noch Zeolithe als Katalysatoren verwendet, an deren sauren Oberflächen die Reaktion über Carbeniumionen abläuft. Vorteile gegenüber dem thermischen Cracken sind der geringere Gasanfall und die höhere Klopffestigkeit des Crackbenzins. Der Katalysator überzieht sich während der Reaktion sehr schnell mit einer Koksschicht und muss deshalb kontinuierlich regeneriert werden. Bei dem überwiegend angewendeten Fließbettverfahren (FCC-Verfahren, englisch fluid catalytic cracking) wird feinkörniger Katalysator verwendet, der sich im aufgewirbelten Zustand zwischen Reaktor und Regenerator hin- und hertransportieren lässt. Als Einsatzmaterial dienen Vakuumdestillate, die in das Katalysatorsteigrohr (Riser) eingespeist werden, wo in Gegenwart des 600-700 ºC heißen Katalysators das Cracken beginnt. Da die Reaktion endotherm ist, kühlt sich die Mischung auf dem Weg zum Reaktor auf etwa 500 ºC ab. Nach Abtrennung der Crackprodukte wird der Katalysator in den Regenerator überführt. Hier wird der abgeschiedene Koks mit Luft abgebrannt und gleichzeitig der Katalysator erneut aufgeheizt.

 

Geschichtliches:

 

Das thermische Cracken wurde bereits im letzten Jahrhundert mit der Erdöldestillation gekoppelt (Crackdestillation). Das erste eigenständige Verfahren war das Burton-Verfahren (1912). Nach Einführung des katalytischen Cracken (Houdry-Verfahren, 1936) und der Fließbetttechnik (1942) verlor das thermische Cracken zunächst ständig an Bedeutung. Seit Mitte der 70er-Jahre spielt es eine zunehmende Rolle bei der Verminderung des Heizölanfalls.