کراکینگ فرآیندی است که در صنایع پتروشیمی کاربرد داشته و برای نمک‌زدایی از بنزین سفید انجام می‌شود. این فرآیند از روش‌های اصلی در تبدیل نفت خام به سوخت‌های مفید مانند بنزین، گازوییل، سوخت جت و نفت سفید است.
به تمامی واکنش‌های تجزیه هیدروکربن‌ها کراکینگ گفته می‌شود. در شکل ۱ نمونه‌ای از واحد کراکینگ تولید بنزین قابل مشاهده است. در صنعت نفت، تجزیه یک گاز یا یک برش سبک مایع که در دمای بالا به منظور تولید هیدروکربن‌های سبک پتروشیمی در حضور بخار آب انجام می‌شود، به کراکینگ با بخار آب مرسوم است. برای تبدیل نفت خام به سوخت‌های با ارزشی مثل بنزین، گازوییل، نفت سفید و سوخت جت از این فرآیند استفاده می‌شود. این فرآیند در دما و فشار بالا انجام می‌شود اما می‌توان برای صرفه‌جویی در انرژی و هزینه، دما و فشار فرآیند را با استفاده از کاتالیزور پایین‌تر آورد. به این ترتیب کراکینگ حرارتی از کراکینگ کاتالیزوری متمایز می‌شود.
منبع اصلی هیدروکربن‌های بزرگ، برش‌های نفت سفید یا بنزین در فرآیند تقطیر جز به جز نفت خام است. در شکستن پیوندها واکنش منحصر به فردی رخ نمی‌دهد. هیدروکربن‌ها به صورت اتفاقی شکسته می‌شوند و مخلوطی از هیدروکربن‌های کوچک‌تر را ایجاد می‌کنند که می‌تواند شامل پیوند دو گانه کربن-کربن نیز باشد. کراکینگ تمام هیدروکربن‌ها منجر به تولید یک اولفین و یک هیدروکربن دیگر می‌شود.
واکنش‌های کراکینگ به دو نوع تقسیم می‌شوند:
- واکنش‌های اولیه که باعث از بین رفتن خوراک می‌شوند.
- واکنش‌های ثانویه که فرآورده‌های واکنش اولیه را تبدیل می‌کنند.
کراکینگ حرارتی
کراکینگ حرارتی می‌تواند برای تبدیل ماده ارزان قیمت به ماده با ارزش‌تر نظیر تبدیل گازوییل به بنزین، تبدیل نفت سوخت سنگین به گاز و بنزین و کک، افزایش عدد اکتان بنزین یا کاهش گرانروی یک سوخت سنگین و … به کار رود. در کراکینگ حرارتی، فشار نقش کم‌رنگ‌تری نسبت به دما و زمان دارد.
کراکینگ با بخار آب
کراکینگ حرارتی در حضور بخار آب با هدف تولید هیدروکربن‌های سبک اشباع نشده نظیر اتیلن و پروپیلن از برش‌های سبک نفتی مثل بنزین و نفتا و اتان است. ابتدا خوراک مایع یا گازی در کوره به دمای ۸۰۰-۷۰۰ درجه سانتی‌گراد رسیده، سپس برای متوقف شدن واکنش‌های ثانویه به طور ناگهانی سرد می‌شود. در این مرحله، فرآورده‌های مایع سنگین جدا می‌شوند و فرآورده‌های گازی ابتدا فشرده شده و سپس به فرآورده‌های مورد نظر تفکیک می‌شوند. خوراک در کراکینگ با بخار متنوع است و می‌تواند شامل انواع برش نفتی و هیدروکربن‌های سبک‌تر باشد. برای بازده بیشتر، عملیات طولانی‌تر، مطلوب‌تر بوده و بهتر است از برش‌های سبک‌تر استفاده شود. زیرا هر چه برش سنگین‌تر باشد، سریع‌تر تجزیه می‌شود. هر قسمت به خاطر سرعت بالای تجزیه خلوص کمتری دارد و در کل بازده و خلوص پایین می‌آید، پس بهتر است از برش‌های باریک‌تر استفاده شود.
کراکینگ کاتالیزوری
این نوع کراکینگ، بیشتر به منظور تولید سوخت به کار می‌رود نه مواد شیمیایی. در واقع این فرآیند به علت تولید بیشتر بنزین با عدد اکتان بالا و تولید کمتر مواد سنگین و گازهای سبک، به سرعت جایگزین کراکینگ حرارتی شد. کک تشکیل شده در این روش به دلیل پوشاندن سطح کاتالیزور، فعالیت آن را کاهش می‌دهد. پس باید برای جلوگیری از کاهش بازده، کاتالیزور را بازسازی کرد. در این روش، خوراک گازوییل است و از محصولات آن می‌توان به گازهای سبک، بنزین و کک اشاره کرد. اولین واحد فرآیند کراکینگ کاتالیزوری در جهان، کراکینگ کاتالیزوری بستر سیال بوده است که در ادامه به بررسی آن پرداخته شده است.
- کراکینگ کاتالیزوری بستر سیال
فرآیند کراکینگ کاتالیزوری بستر سیال (Fluid Catalytic Cracking) از فرآیندهای مهم در پالایشگاه‌های نفت محسوب می‌شود. این روش فرآیند اصلی تولید بنزین است. مانند روش‌های دیگر کراکینگ، هیدروکربن‌های پیچیده و بزرگ که باقی‌مانده واحدهای دیگر پالایشگاهی هستند، به عنوان خوراک برای فرآیند FCC به کار می‌روند. در شکل ۲ شماتیک واحد کراکینگ کاتالیزوری بستر سیال نشان داده شده است.
محصولات این فرآیند نیز برش‌های سبک‌تری مانند: بنزین، گاز مایع(LPG) و مواد اولیه واحدهای پتروشیمی است. فرآیند کراکینگ کاتالیزوری بستر سیال شامل دو بخش اصلی راکتور و احیاگر است. همچنین در انتها یک برج جداسازی، برش‌های شکسته شده را با توجه به نقطه جوش آن‌ها جدا می‌کند. در داخل راکتور واکنش شکستن هیدروکربن‌ها که واکنشی گرماگیر است، انجام می‌شود و در احیاگر نیز کاتالیزورهای غیرفعال شده مجدداً احیا می‌شوند. کاتالیزور مورد استفاده در این روش عمدتاً زئولیت بوده و به صورت پودر در فرآیند به کار می‌رود. در این روش کاتالیزور بین راکتور و احیاگر به صورت مداوم در حال گردش است و عامل انتقال کاتالیزور نیز هوا، بخارات هیدروکربن یا بخار آب است.
