موضوع مقاله: کراکینگ | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # کراکینگ | مقدمه: این فرایند از روش‌های اصلی در تبدیل نفت خام به سوخت‌های مفید مانند بنزین، گازوییل، سوخت جت و نفت سفید است. | ## بخش 1: کراکینگ | منبع اصلی هیدروکربن‌های بزرگ، برش‌های نفت سفید یا بنزین در فرایند تقطیر جزء به جزء نفت خام می‌باشد. این برش‌های نفتی به صورت مایع از فرایند تقطیر به دست می‌آیند اما پیش از فرایند کراکینگ دوباره تبخیر می‌شوند. پیوند هیدروکربن‌ها به صورت اتفاقی می‌شکند و مخلوطی از هیدروکربن‌های کوچکتر را ایجاد می‌کند که برخی از آن‌ها هیدروکربن‌های دارای پیوند دوگانه کربن-کربن است. پس از جنگ جهانی اول به سبب گسترش و پیشرفت صنایع و تقاضای روبه رشد انرژی و محصولات نفتی، عرضه این محصولات در بازار پاسخگوی نیاز نبود؛ بنابراین دانشمندان پالایش نفت، به تدریج با وارد کردن فرایندهای شکست ملکولی،Cracking بالابردن کیفیت و کمیت محصولات مختلف نفتی را هدف خود قرار دادند و در این امر به موفقیت‌های بزرگی دست یافتند. این روند از جنگ جهانی دوم ادامه یافت و تاکنون نیز دانشمندان بسیاری سعی در بهبود روش‌های کراکینگ نفت خام و استفاده از فرایندهای جدیدتر و اقتصادی تر کرده‌اند. روش کراکینگ کاتالیزوری در سال ۱۹۲۳ توسط مهندس فرانسوی اوژن هودریEugene Houdry ارائه گردید و اولین واحد صنعتی آن در سال ۱۹۳۶ در آمریکا به وسیله شرکت هودری ساخته شد.جعفری نصر، محمدرضا و اقبال حامد، ایمان. مدل‌سازی واکنش شکست کاتالیزی سیال بستر و بررسی پارامترهای فرایند در تولید بنزین . در ابتدا تعدادی از مولکول‌ها به رادیکال‌های آزاد شکسته می‌شود که برای شروع فرایند الزامی است. سپس رادیکال‌های ایجاد شده به مولکول‌های دیگر برخورد کرده و یک مولکول متان و یک رادیکال دیگر ایجاد می‌شود. رادیکال‌های اتان می‌توانند خود تجزیه شده و یک رادیکال هیدروژن و یک مولکول اتن که یک آلکن است تشکیل دهند. رادیکال‌های اتان در برخورد با مولکول‌های اتن به رادیکال‌های بزرگتر تبدیل می‌شود که معمولاً در تشکیل ترکیبات آروماتیک رخ می‌دهد. این فرایند زنجیره‌ای زمانی که دو رادیکال آزاد با یکدیگر برخورد کنند خاتمه می‌یابد. -> CH2=CH2 + CH3CH3 همان‌طور که مشخص است در این فرایند مولکول‌های هیدروژن، آلکن، هیدروکربن‌های کوچکتر و در برخی شرایط هیدروکربن‌های سنگین تر تولید می‌شود. در نتیجه محصولات تولیدی در فرایند کراکینگ مجموعه از هیدروکربن‌های با وزن مولکولی متفاوت است که در مرحله بعد باید از هم جدا شوند. این فرایند مقدار زیادی اتیلن(C۲H۴)همراه با مولکول‌های کوچکتر دیگر به وجود می‌آورد.موریسون، رابرت تورنتون، رابرت نیلسون بوید. | ## بخش 2: کراکینگ | تهران:نشر علوم دانشگاهی در طی این فرایند خوراک در داخل کوره تا دمای (۹۵۰ تا۱۰۲۰ فارنهایت) گرم می‌شود. مدت حرارت دیدن خوراک باید کوتاه باشد تا از انجام واکنش شیمیایی در طول فرایند جلوگیری شود در غیر این صورت مقدار زیادی کک تشکیل شده که لوله‌های کوره را مسدود کرده و موجب توقف فرایند می‌شود. سپس خوراک حرارت دیده به داخل راکتور انتقال یافته و در فشار بالا مولکول‌های آن شکسته می‌شود. کراکینگ با بخار آب در یک فرایند اصلاح شده، که کراکینگ با بخار آب نامیده می‌شود، هیدروکربن را با بخار آب رقیق می‌کنند، به مدت کسری از ثانیه تا (۹۰۰–۷۰۰ سانتی گراد) گرما می‌دهند و به سرعت سرد می‌کنند. کراکینگ با بخار در تولید مواد شیمیایی هیدروکربنی، از جمله اتیلن، پروپیلن، بوتادی ان، ایزوپرن و سیکلو پنتا دی ان، اهمیت فراوان دارد. در فرایند پالایش نفت خام از این روش برای تبدیل نفت خام به مواد با ارزش‌تر مانند: بنزین، سوخت جت، نفت سفید و سوخت دیزل استفاده می‌شود. این فرایند در دماهای بالا (۴۲۵–۲۶۰ سانتی گراد) و فشار بالا (۱۷–۷ مگاپاسکال) انجام می‌شود. این فرایند شامل دو مرحله می‌باشد: کراکینگ کاتالیستی و هیدروژناسیون؛ که در طی این مراحل خوراک ورودی، در حضور هیدروژن به محصولات با ارزش افزوده بیشتر شکسته می‌شود. هیدروکراکینگ برای خوراک‌هایی مورد استفاده واقع می‌شود که فرایندهای کراکینگ کاتالیستی یا تبدیل کاتالیستی در مورد آن‌ها به سختی انجام می‌گیرد مانند نفت خامی که غنی از آروماتیک‌های پلی‌سیکلیک بوده یا حاوی غلظت‌های بالای ترکیبات گوگرد و نیتروژن که مسموم‌کننده کاتالیست‌ها هستند، می‌باشد کراکینگ کاتالیزوری کراکینگ بیشتر در جهت تولید سوخت بکار گرفته می‌شود، نه در جهت تولید مواد شیمیایی و برای این منظور، کراکینگ کاتالیزوری مهم‌ترین فرایند است. برش‌هایی از نفت را که دمای جوش بالا دارند (نوعا گازوئیل)، در (۵۵۰–۴۵۰ سانتی گراد)، با ذرات ریز سیلیس-آلومین و زیر کمی فشار، مجاور می‌سازند. کراکینگ کاتالیزوری نه تنها با شکستن مولکولهای کوچکتر بازده بنزین را افزایش می‌دهد، بلکه کیفیت بنزین را نیز بالا می‌برد. این فرایند مستلزم تشکیل کربوکاتیونهاست و آلکانهایی با ساختارهای بسیار شاخه دار به وجود می‌آورد که در بنزین به آن‌ها نیازمندیم. همانند روش‌های دیگر کراکینگ، هیدروکربن‌های پیچیده و بزرگ که باقیماندهٔ واحدهای دیگر پالایشگاهی هستند، به عنوان خوراک برای فرایند FCC به کار می‌رود. محصولات این فرایند نیز برش‌های سبکتری مانند:بنزین، گاز مایع(LPG) و مواد اولیه واحدهای پتروشیمی است. در داخل راکتور واکنش شکستن هیدروکربن‌ها که واکنشی گرماگیر است، انجام می‌شود و در احیاگر نیز کاتالیزورهای غیرفعال شده مجدداً احیا می‌شوند. | ## بخش 3: کراکینگ | در بخش راکتور ابتدا مخلوط هیدروکربن‌ها گرم شده تا بخار شوند سپس با جریانی از کاتالیزورهای احیا شده که از احیاگر می‌آید و جریان برگشتی ترکیب شده و از طریق رایزرRiser به راکتور منتقل می‌شود. در هنگامی که مخلوط در حال بالا رفتن از رایزر است، هیدروکربن‌ها در فشار (۱۰-psi۳۰) شکسته می‌شوند. در قسمت بالای راکتور دستگاه جداساز گاز از جامد یا سیکلونCyclone کاتالیزورهای غیرفعال را به بخش احیاگر فرستاده و بخارات هیدروکربن‌های شکسته شده را از بالای راکتور به برج جداسازی می‌فرستد. در بخش احیاگر کاتالیزورهای مصرف شده دوباره احیا شده و قابل استفاده در راکتور می‌شوند. علت اصلی غیرفعال شدن کاتالیزورها در این روش رسوب لایه‌ای از کک بر روی کاتالیزور است. به منظور از بین بردن این کک‌های رسوب کرده در بخش احیاگر از قسمت پایین هوای داغ به داخل دمیده می‌شود تا کک موجود روی سطح کاتالیزور با هوا سوخته شده و از بالای احیاگر خارج شود و کاتالیزورهای فعال شده نیز مجدداً برای انجام واکنش به راکتور بر می‌گردد. فرایند سوختن کک روی کاتالیزورها علاوه بر فعال کردن کاتالیزگر، گرمای مورد نیاز برای تبخیر خوراک و انجام واکنش شکست در داخل راکتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. در بالای احیاگر نیز مانند راکتور دستگاه سیکلون، گازهای ناشی از سوختن کک را به بالای احیاگر هدایت کرده و کاتالیزورهای احیا شده را دوباره به راکتور برمی‌گرداند. هیدروکربن‌های شکسته شده پس از خروج از راکتور وارد برج جداسازی می‌شود و براساس دمای جوش از یکدیگر جدا می‌شوند.Crackingجعفری نصر، محمدرضا و اقبال حامد، ایمان. مدل‌سازی واکنش شکست کاتالیزی سیال بستر و بررسی پارامترهای فرایند در تولید بنزین . مجله مهندسی شیمی ایران، دی ماه ۱۳۸۹، شماره ۵۲، صفحه۲۹ و ۳۰هیمل بلاو، دیویدوجیمز ریگز. تهران:اندیشه‌های گهربار،ISBN 964-8250-06-5 ۱۳۸۶ کاربردهای فناوری نانو در کراکینگ کاتالیزوری کاتالیست‌های مورد استفاده در واحدهای کراکینگ، عموماً مواد جامد مانند زئولیت‌ها، هیدروسیلیکات آلومینیوم، بوکسیت و سیلیکا-آلومینا می‌باشد، لذا می‌توان از ساختارهای نانوکاتالیست‌های فوق استفاده کرد. علاوه بر آن به دلیل اینکه از فلزات فعال پلاتین (Pt) و رنیوم (Re) روی پایه‌های آلومینا و زئولیت نیز استفاده می‌شود، می‌توان به نانوذرات Pt-Re کاتالیستی اشاره کرد. | ## جمع‌بندی | این ماده که به‌طور عمده از کربن تشکیل شده است، هم در کراکینگ گرمایی و هم در کراکینگ کاتالیزوری و بر روی کاتالیزگرها تشکیل می‌شود.