Cracken, zu deutsch: Kracken (in dieser Schreibweise aber selten verwendet), von englisch to crack: „spalten“, ist ein Verfahren der Erdöl-Verarbeitung, wobei Kohlenwasserstoffe hoher Kettenlänge in Kohlenwasserstoffe niedriger Kettenlänge gespalten werden. Ursache dafür ist, dass der Markt mehr kurzkettige Kohlenwasserstoffe (Benzin, Diesel, leichtes Heizöl) fordert, als im Erdöl enthalten ist. Langkettige Kohlenwasserstoffe (schweres Heizöl) werden allerdings kaum noch angefordert, sodass Verfahren entwickelt wurden, langkettige Kohlenwasserstoffe in kurzkettige zu spalten.

Es gibt zwei Hauptgruppen beim Cracken: Thermisches Cracken und katalytisches Cracken. Diese beiden Gruppen unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch, dass beim thermischen Cracken keine Katalysatoren eingesetzt werden. Dadurch können dem thermischen Cracken auch Rückstände der Erdöldestillation zugeführt werden, die wegen ihres Gehalts an Schwermetallen und Schwefel den Katalysator beim katalytischen Cracken beschädigen würden.

Thermisches Cracken

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Das von der Raffinerie anfallende Sumpf- oder Bottom-Produkt (deutsch: schwerdestilierbare Fraktion) wird in einem Spaltofen mit einer maximalen Verweilzeit von 0,1 bis 0,2 Sekunden (je nach Art des Ofens sogar länger) eingespritzt. Dabei wird das circa 100°C heiße Bottom/ Sumpfprodukt zuerst in dem Spaltofen in der sogenannten Konvektionszone auf circa 550 bis 600 °C angewärmt. In dieser Zone wird 180 bis 200 °C heißer Prozessdampf hinzugegeben. Dieser dient dazu, eine Partialdruckerniedrigung der einzelnen Reaktionsteilnehmer herbeizuführen. Dieser Prozessdampf verhindert (durch sein eingenommenes Volumen) teilweise eine Aneinanderlagerung (Polymerisation der Alkene) der fertigen Reaktionsprodukte und kühlt in der Konvektionszone das Anwärmerbündel ab.

Nach der Konvektionszone erreicht das nunmehr vollständig gasförmige Sumpfprodukt die Strahlungszone. In dieser wird es bei circa 805 - 850 °C nun zu den niedermolekularen Kohlenwasserstoffen gecrackt. Dabei entstehen wichtige Grundprodukte wie Ethen (auch Ethylen genannt), Propen (Propylen), 1,2 und 1,3-Butadien, Benzol, Toluol (Methylbenzol). Ferner entstehen auch Wasserstoff, Methan, Ethin (Acetylen) sowie viele andere Nebenprodukte. Damit sich nun die neugebildeten Reaktionprodukte nicht wieder zu viel größeren Produkten zusammensetzen, wird das heiße Spaltgas in einem Wärmetauscher schlagartig auf ungefähr 350 bis 400 °C abgekühlt (hierbei handelt es sich vielfach um einen HD-Speisewasserkühler). Anschließend wird das heiße Spaltgas zusätzlich mit Quenchöl auf 150 bis 170 °C für die nachfolgende Fraktionierung abgekühlt. Thermisches Cracken wird auch zur Herstellung des Sprengstoffs TNT verwendet.

Katalytisches Cracken

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Katalytische Crackverfahren haben gegenüber den thermischen Verfahren mehrere Vorteile: Sie benötigen kleinere Apparate und geringere Temperaturen und laufen mit höherer Geschwindigkeit. Es wird in zwei katalytische Crack-Verfahren unterschieden: Hydrocracken und Fluid-Catalytic-Cracken (FCC).

Fluid-Catalytic-Cracken

Beim FCC wird das schwere Vakuumdestillat einer Raffinerie zu Gasen, Flüssiggasen, Benzinen und Kerosin (Flugzeug) gespalten. Bevorzugt sollen hierbei langkettige gesättigte n-Alkane und i-Alkane gewonnen werden.

Die Spaltung erfolgt bei Temperaturen zwischen 450 und 550 °C und einem Reaktordruck von 1,4 bar mit Hilfe eines Zeolith -Katalysators (Aluminiumsilikat). Da bei diesem Verfahren auch eine beträchtliche Menge Koks gebildet wird, ist eine kontinuierliche Katalysatorregenerierung notwendig. Der Crackprozess wird daher in einem Wirbelschichtreaktor durchgeführt, wo der Katalysator abgezogen wird und in einem zweiten Reaktor (Regenerator) abgebrannt wird (d.h. der auf dem Katalysator abgelagerte Koks wird abgebrannt). Der regenerierte Katalysator wird dem Prozess wieder zugeführt.

Hydrocracken

Beim Hydrocracken wird im Gegensatz zum FCC die Koksbildung vermieden, da Wasserstoff dem Prozess zugeführt wird. Das Hydrocracken ist ein sehr beliebtes Verfahren, da ein großes Produktspektrum möglich ist. Allerdings ist dieses Verfahren auch sehr teuer, da große Mengen Wasserstoff benötigt werden und das Verfahren bei sehr hohem Druck durchgeführt wird. Da Wasserstoff bei hohem Druck sehr gut durch die Reaktorwände diffundieren kann, sind hier teure Sonderstähle nötig. Der angewendete Katalysator ist bifunktioneller Natur: Metalle (z.B. Nickel) auf Alumosilikaten. Dabei sind die Metalle für die Hydrierung zuständig, die sauren Alumosilikate für das Cracken. Die üblichen Prozessbedingungen im Reaktor sind 350 - 500 °C, 70 - 200 bar, Verweilzeit einige Minuten. Eingesetzt werden Vakuumdestillate und Rückstände der Erdölrektifikation und als Produkte werden n- und iso-Alkane und Cycloalkane erhalten.

Chemisch-technisches Verfahren Petrochemie

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