Reaktionen beim Crackprozess
Beim Cracken werden langkettige
Kohlenwasserstoffe aus den Vakuumdestillaten 
bei Temperaturen von 300-600 °C in einer endothermen Reaktion in mehrere
Moleküle mit kleinerer Kettenlänge gespalten, wobei auch elementarer
Kohlenstoff (Koks) als Spaltprodukt anfällt.
Unter diesen Bedingungen werden hauptsächlich C - C-Bindungen und
kaum C - H-Bindungen gespalten, weshalb der Anteil an Alkenen an den Spaltprodukten
relativ gering ist.
Wird das Cracken ohne Katalysator durchgeführt, kann man nur über
die Temperatur und die Reaktionszeit die Zahl und Größe der
Spaltprodukte beeinflussen.
Beim katalytischen Cracken lässt sich der Prozess besser steuern.
Am Katalysator laufen neben der Spaltung der Ketten auch andere Reaktionen
wie Cyclisierungen und Dehydrierungen ab, die zur Bildung von ringförmigen
und aromatischen Kohlenwasserstoffen führen. Da letztere zu hohen
Oktanzahlen im Benzin beitragen, wird bevorzugt katalytisch gecrackt,
um hochwertige Benzine zu erzeugen.
Konversionsverfahren
In einer Raffinerie werden zur Anpassung an den Marktbedarf an Mineralölprodukten
unterschiedliche Crackverfahren eingesetzt. Dabei geht man von jeweils
verschiedenen Einsatzprodukten aus und erhält unterschiedliche Arten
von Produkten.
Das Coken ist ein rein thermischer
Crackprozess, bei dem das Einsatzprodukt längere Zeit auf über
500 °C erhitzt wird. Dabei wird wunschgemäß ein Teil der
C-Ketten vollständig in kürzere Ketten gespalten, und es scheidet
sich Kohlenstoff ab. Dieser wird anschließend zu sogenanntem Petrolkoks
weiterverarbeitet, der zur Herstellung von Kohleelektroden z. B. für
die Aluminiumherstellung gebraucht wird.
Der FCC-Prozess (Fluid
Catalytic Cracking) ist das am weitesten verbreitete katalytische
Crack-Verfahren. Als Katalysator
werden natürliche und synthetische Aluminiumsilicate, sogenannte
Zeolithe, verwendet. Der Katalysator wird staubförmig eingesetzt
und wird im Reaktor durch den durchströmenden dampfförmigen
Spaltrohstoff in der Schwebe gehalten, er verhält sich praktisch
wie eine Flüssigkeit. Mitgerissene Katalysatorpartikel werden im
Reaktor durch einen Zyklonabscheider zurückgehalten.
Da der Katalysator innerhalb von Minuten durch Kohlenstoff aus dem Crackprozess,
der sich auf der Oberfläche abscheidet, inaktiv wird, muss er ständig
regeneriert werden. Der Katalysator fließt dazu in einen Regenerator,
in dem der Koks durch Überleiten von Luft abgebrannt wird. Der reaktivierte
und zugleich aufgeheizte Katalysator gelangt in den Reaktor zurück,
die Wärme wird für die Spaltreaktion genutzt.
Am Katalysator laufen neben Spaltreaktionen gleichzeitig auch Umlagerungsreaktionen
wie Isomerisierungen und Cyclisierungen ab, die den Reaktionen beim Reformieren
von Benzin ähnlich sind, sodass im Vergleich zum thermischen Cracken
Benzin mit höherer Oktanzahl anfällt.
Niedrig siedende Benzine enthalten im Durchschnitt pro C-Atom mehr Wasserstoff als hoch siedende Schweröle, für hohe Benzinausbeuten braucht man daher zusätzlich Wasserstoff. Das Hydrocracken ist ein katalytischer Crackprozess in Gegenwart von Wasserstoff, der unter einem Druck von 10-15 MPa durchgeführt wird und sehr hohe Ausbeuten an hochwertigen Benzinen gestattet. Außerdem wird durch die Zugabe von Wasserstoff die Koksbildung unterbunden. Es werden unterschiedliche Katalysatoren eingesetzt, z. B. Aluminiumsilikate mit Nickel, Cobalt, Molybdän oder Palladium. Je nach Wahl des Katalysators und der Temperatur kann man Einsatzprodukte und Zielprodukte sehr flexibel gestalten. Das Hydrocracken ist also das vielseitigste Crackverfahren, weil hier durch Variieren der Reaktionsbedingungen alle Produkte hergestellt werden können. Nachteilig sind allerdings der hohe apparative Aufwand und die Kosten für den Wasserstoff.
