クラッキング（化学）

熱分解 編集

現代の高圧熱分解は約7000kPaの絶対圧力で行われる。 ここでは、「軽い」、水素に富む生成物が、凝縮して水素を失う重い分子を犠牲にして形成される、不均化の全体的なプロセスが観察されることがあります。 実際の反応はホモリティックフィッションとして知られ、経済的に重要なポリマー生産の基礎となるアルケンを生産する。

熱分解は現在、非常に重い留分を「アップグレード」するため、あるいは軽い留分や留分、バーナー燃料、石油コークスなどを生産するために使用されている。 熱分解の両極端は、「スチームクラッキング」または熱分解と呼ばれる高温プロセス（約750℃から900℃以上）で、貴重なエチレンや石油化学産業用の他の原料を生産し、より穏やかな温度の遅延コーキング（約0.5℃から0.5℃）が代表的である。

William Merriam Burtonは1912年に700-750 °F (370-400 °C)、絶対圧90 psi (620 kPa)で作動する初期の熱分解プロセスを開発し、バートン法として知られるようになった。 その後まもなく、1921 年に Universal Oil Products Company の社員であった C.P. Dubbs が 750-860 °F (400-460 °C)で作動するやや高度な熱分解プロセスを開発し、Dubbs プロセスと呼ばれるようになった。 ダブスプロセスは、触媒分解が使用されるようになった1940年代初頭まで、多くの製油所で広く使用されていた。 蒸気分解

蒸気分解は、飽和炭化水素がより小さい、しばしば不飽和、炭化水素に分解される石油化学プロセスである。 これは、エテン（またはエチレン）やプロペン（またはプロピレン）などの軽いアルケン（または一般にオレフィン）を製造するための主要な工業的方法である。 スチームクラッカーは、ナフサ、液化石油ガス（LPG）、エタン、プロパン、ブタンなどの原料を、熱分解炉のバンクで蒸気を用いて熱分解し、より軽い炭化水素を生産する設備である。

蒸気分解では、ナフサ、LPGまたはエタンのような気体または液体の炭化水素供給は、蒸気で希釈され、酸素の存在なしに炉で短時間加熱される。 一般に、反応温度は850℃前後と非常に高いが、反応はごく短時間しか行われない。 最近の分解炉では、収率を上げるために滞留時間をミリ秒単位まで短縮し、ガスの流速を音速にまで高めている。

反応で生成される製品は、原料の組成、炭化水素とスチームの比率、分解温度と炉の滞留時間に依存します。 エタン、LPG、軽質ナフサなどの軽質炭化水素フィードは、エチレン、プロピレン、ブタジエンなどの軽質アルケンを多く含む製品ストリームを与える。 重質炭化水素（フルレンジと重質ナフサ、およびその他の精製製品）フィードは、これらの一部を供給しますが、芳香族炭化水素とガソリンまたは燃料油に含まれるのに適した炭化水素を豊富に含む製品も供給します。 典型的な製品の流れには、熱分解ガソリン（pygas）およびBTXがあります。

高い分解温度（厳しさとも呼ばれる）は、エチレンおよびベンゼンの生産に有利ですが、低い厳しさは、より大量のプロピレン、C4-炭化水素および液体製品を作り出します。 また、このプロセスでは、反応器の壁に炭素の一種であるコークがゆっくりと堆積していく。 コークスは反応器の効率を低下させるため、コークスの生成を最小限に抑えるような反応条件設計に細心の注意が払われている。 しかし、蒸気分解炉は通常、脱コークを行うまで数カ月しか稼働させることができない。 「脱コーク」では、炉をプロセスから分離し、蒸気または蒸気と空気の混合流を炉のコイルに通す必要がある。 この脱炭酸は本質的に炭素の燃焼であり、硬い固体炭素層を一酸化炭素と二酸化炭素に変える。

流体接触分解編集

触媒分解プロセスは、固体酸触媒、通常はシリカ-アルミナおよびゼオライトの存在を伴います。 触媒はカルボカチオンの形成を促進し、カルボカチオンは転位とC-C結合の切断のプロセスを経る。 熱分解に比べ、穏やかな温度で分解が進むため、省エネルギーにつながる。 また、低温で行うことにより、アルケンの収量が減少する。 流動接触分解は一般的に使用されるプロセスであり、現代の石油精製所には、特にガソリンの需要が高い米国の精製所では、通常、接触分解装置が含まれています。 このプロセスは1942年頃に初めて使用され、粉末状の触媒を使用している。 第二次世界大戦中、ガソリンや人工ゴムの不足に悩まされた枢軸国に対し、連合国は豊富な原料を供給していた。 初期のプロセス実装は、低活性アルミナ触媒と、触媒粒子が流動床で炭化水素の上昇流に懸濁する反応器に基づいていました。

新しい設計では、「ライザー」と呼ばれる短い接触時間の垂直または上向きに傾斜したパイプで非常に活性なゼオライト系触媒を用いて分解が行われます。 予熱された原料は、供給ノズルからライザーの底部に噴霧され、そこで1230～1400°F（666～760℃）の非常に高温の流動化触媒に接触します。 高温の触媒はフィードを気化させ、高分子量のオイルをLPG、ガソリン、ディーゼルなどの軽い成分に分解する分解反応を触媒として働かせます。 触媒と炭化水素の混合物はライザーを数秒かけて上方に流れ、その後、サイクロンで分離される。 触媒を含まない炭化水素は、燃料ガス、LPG、ガソリン、ナフサ、ディーゼルやジェット燃料に使われる軽油、重油に分離するために主分留機に送られます。

ライザーを上昇する間に、分解触媒は、触媒上にコークが堆積する反応によって「消費」されて活性と選択性を大きく低下させます。 使用済み」触媒は分解された炭化水素蒸気から切り離され、ストリッパーに送られ、そこで蒸気と接触して触媒の孔に残っている炭化水素を除去する。 使用済み触媒は次に流動床再生装置に送られ、空気（場合によっては空気と酸素）を使ってコークを燃焼させ、触媒の活性を回復させるとともに、次の反応サイクルに必要な熱を供給します（クラッキングは吸熱反応です）。

FCC装置で生産されるガソリンは、高いオクタン価を持ちますが、そのオレフィン性プロファイルにより、他のガソリン成分と比較して化学的安定性が低くなっています。 ガソリン中のオレフィンは、貯蔵タンク、燃料ダクト、インジェクターにおける高分子堆積物の形成に関与しています。 FCC LPGは、アルキル化プロセスやポリプロピレンなどのポリマー製造に不可欠な原料であるC3-C4オレフィンおよびイソブタンの重要な供給源です。

HydrocrackingEdit

Hydrocracking は追加水素ガスの存在によって補助される触媒分解プロセスです。 水素化分解装置とは異なり、水素化分解はC-C結合を壊すために水素を使用します（水素化分解プロセスの触媒を保護するために、水素化分解の前に水素化分解が実施されます）。 2010年には265×106トンの石油がこの技術で処理された。 反応条件（温度、圧力、触媒活性）により、エタン、LPGからイソパラフィンを主とする重質炭化水素まで幅広く生成される。 ハイドロクラッキングは通常、炭化水素鎖の再配列と切断、および芳香族とオレフィンに水素を加えてナフテンとアルカンを生成できる二官能性触媒によって促進されます。

ハイドロクラッキングからの主要製品はジェット燃料とディーゼルですが、低硫黄ナフサフラクションとLPGも生成されます。 これらの製品はいずれも硫黄分やその他の汚染物質が非常に少ない。 欧州やアジアでは、軽油や灯油の需要が多いため、一般的に行われている。

水素化分解プロセスは、原料の性質と、水素化と分解という2つの競合反応の相対速度に依存します。 重い芳香族原料は、水素と特殊な触媒の存在下、広範囲の超高圧（1000～2000psi）とかなり高い温度（750°～1500°F、400～800℃）で、軽い製品に変換される。

このように、水素の主な機能は次のとおりである。

1. 原料が高いパラフィン含量を持つ場合、多環芳香族化合物の生成を防ぐ、
2. タールの生成を抑える、
3. 不純物を減らす。
4. 触媒上のコークスの蓄積を防止し、
5. 原料に存在する硫黄および窒素化合物を硫化水素およびアンモニアに変換し、
6. 高セタン価燃料を達成することができる。