Im einführenden Kapitel zur Petrochemie haben wir gesehen, dass Erdöl ein Stoffgemisch ist. Dieses Stoffgemisch enthält beispielsweise Benzin (kurze Kohlenwasserstoffkette) und Schmieröl bzw. Bitumen (langkettige Kohlenwasserstoffe). Der Anteil an Benzin beträgt etwa 10 bis 12% des Erdöls, während beispielsweise Schmieröle bis zu 35% des Erdöls ausmachen. Da aber v.a. für die chemische Industrie kurzkettige Alkane benötigt werden, entwickelte man ein Verfahren, dass die langkettigen Kohlenwasserstoffe des Erdöls in kurzkettige Kohlenwasserstoffe “zerlegt”. Dieses Verfahren wird als Crackverfahren bezeichnet.
Begonnen hat das Cracken von langkettigen Kohlenwasserstoffen aus dem Erdöl (vor allem Bitumen und Schmieröle) mit dem sogenannten thermischen Cracken. Dabei wurde das Schmieröl unter Druck auf ca. 500°C erhitzt, wobei die langkettigen Kohlenwasserstoffe in kurzkettige Kohlenwasserstoffe thermolytisch gespalten wurde. Gemäß dem einfachen Teilchenmodell beginnen die langen Kohlenwasserstoffmoleküle durch die Erwärmung so stark zu schwingen , dass die Kohlenwasserstoffketten bzw. deren Bindungen brechen
Aufgrund der hohen Kosten des thermischen Crackverfahrens hat sich ein zweiter Crackverfahren etabliert, das sogenannte katalytische Crackverfahren. Die Aufspaltung der langkettigen Kohlenwasserstoffe erfolgt in diesem Fall mit Hilfe eines Katalysators und benötigt keine hohe Reaktionstemperatur. Der Vorteil bei diesem Verfahren ist zusätzlich, dass der Katalysator nicht reagiert und so öfters eingesetzt werden kann.
Das besondere an dem Crackverfahren (das man beobachtet hatte) ist, dass nicht nur gesättigte, kurzkettige Kohlenwasserstoffe (Alkane) als Reaktionsprodukt erhalten werden, sondern auch ungesättigte Kohlenwasserstoffe (Alkene). Dies hat dazu geführt, dass vor allem das katalytische Cracken eine breite Anwendung in der chemischen Industrie fand. So wird beispielsweise heute noch Ethen durch Cracken von Erdölbestandteilen hergestellt.
Beim Cracken kann eine Vielzahl an kurzkettigen Kohlenwasserstoffen gebildet werden. Betrachten wir dazu beispielsweise die Verbindung Hexadecan. Stellen wir uns vor, wir brechen die C-C-Bindung nach der 2. , 5. und 9. Stelle, so würden wir als Reaktionsprodukte erhalten:
Wir hätten in diesem Fall aus Hexadecan ein Ethen-Molekül, ein Propenmolekül, ein Butan-Molekül und ein Hepten-Molekül erzeugt. Natürlich können die C-C-Bindungen auch an anderen Stellen gespalten werden, wodurch sich andere Reaktionsprodukte ergeben.
Cracken ist ein chemischer Prozess, bei dem langkettige Kohlenwasserstoffmoleküle im Erdöl in kurzkettige Moleküle wie Alkane und Alkene aufgespalten oder “gebrochen” werden.
Das Cracken von Erdöl ist notwendig, um aus den langkettigen Kohlenwasserstoffen im Erdöl kürzere, mehr verwendbare Produkte zu erzeugen, wie Benzin und dieselähnliche Kraftstoffe.
Es gibt zwei Hauptarten von Cracken: thermisches Cracken, bei dem hohe Temperaturen verwendet werden, und katalytisches Cracken, bei dem ein Katalysator zur Beschleunigung der Reaktion verwendet wird.
Alkane und Alkene sind beides Kohlenwasserstoffe, wobei Alkane nur Einfachbindungen und Alkene mindestens eine Doppelbindung enthalten.
Ein Katalysator beschleunigt die Cracking-Reaktion, indem er die Energiebarriere oder Aktivierungsenergie, die notwendig ist, um die Reaktion zu starten, herabsetzt.
Kurzkettige Kohlenwasserstoffe sind Moleküle mit wenigen Kohlenstoffatomen, während langkettige Kohlenwasserstoffe viele Kohlenstoffatome enthalten.
Beim thermischen Cracken wird das Erdöl auf sehr hohe Temperaturen (etwa 800 bis 900 Grad Celsius) erhitzt, um die chemischen Bindungen in den langkettigen Kohlenwasserstoffen zu brechen.
Beim Cracken von Erdöl entstehen eine Vielzahl von Produkten, darunter Benzin, Diesel, Kerosin und verschiedene Arten von Ölen und Fetten.
Kurzkettige Alkane und Alkene haben einen höheren Brennwert und sind flexibler in ihrer Verwendung, sie können beispielsweise als Brennstoff in Kraftfahrzeugen genutzt werden.
Das Cracken von Erdöl trägt zur globalen Erwärmung bei, da bei der Verbrennung von Alkanen und Alkenen Kohlendioxid freigesetzt wird, ein Treibhausgas. Darüber hinaus kann der Cracking-Prozess auch andere umweltschädliche Stoffe freisetzen.