Номер 47, страница 31 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.47. Что такое крекинг? Зачем его проводят? В чём преимущества каталитического крекинга в сравнении с термическим?

Что такое крекинг?

Крекинг (от англ. cracking — расщепление) — это процесс высокотемпературной переработки нефти и её фракций с целью получения, как правило, продуктов с меньшей молекулярной массой. В основе крекинга лежит расщепление длинных углеводородных цепей, содержащихся в тяжелых нефтяных фракциях (таких как мазут, газойль), на более короткие и ценные молекулы, которые входят в состав бензина, керосина и дизельного топлива. Процесс протекает при высоких температурах ($450-550$ °C и выше) и может проводиться как без катализатора (термический крекинг), так и с его использованием (каталитический крекинг). При крекинге происходит разрыв связей углерод-углерод ($C-C$).

Например, при крекинге алкана гексадекана ($C_{16}H_{34}$) могут образоваться алкан октан ($C_8H_{18}$) и алкен октен ($C_8H_{16}$):

$C_{16}H_{34} \rightarrow C_8H_{18} + C_8H_{16}$

Ответ: Крекинг — это процесс расщепления крупных молекул углеводородов, содержащихся в нефти, на более мелкие молекулы путем нагревания, что позволяет получать более ценные нефтепродукты.

Зачем его проводят?

Основная цель проведения крекинга — увеличение выхода светлых нефтепродуктов, в первую очередь автомобильного бензина, из нефтяного сырья. При прямой перегонке нефти выход бензина составляет всего $15-20$%. Однако спрос на бензин значительно превышает спрос на тяжелые фракции (мазут, гудрон). Крекинг позволяет перерабатывать эти малоценные тяжелые остатки в компоненты высококачественного моторного топлива. Таким образом, нефтеперерабатывающие заводы могут гибко подстраиваться под рыночный спрос и повышать рентабельность производства. Кроме того, в процессе крекинга образуются непредельные углеводороды (алкены), такие как этен и пропен, которые являются ценным сырьем для химической промышленности, например, для производства пластмасс (полиэтилена, полипропилена) и синтетических каучуков.

Ответ: Крекинг проводят для увеличения производства наиболее востребованных нефтепродуктов (в первую очередь бензина) из тяжелых нефтяных фракций, а также для получения ценного химического сырья — непредельных углеводородов.

В чём преимущества каталитического крекинга в сравнении с термическим?

Каталитический крекинг, в отличие от термического, проводится в присутствии катализаторов (обычно алюмосиликатов, например, цеолитов). Использование катализатора коренным образом меняет механизм реакции (с радикального на ионный) и позволяет проводить процесс в более мягких условиях, что дает ряд существенных преимуществ.

Основные преимущества каталитического крекинга:

1. Более высокое качество бензина. Бензин, полученный каталитическим крекингом, имеет значительно более высокое октановое число. Это связано с тем, что катализатор способствует реакциям изомеризации и циклизации, приводя к образованию большого количества разветвленных и ароматических углеводородов, которые улучшают детонационную стойкость топлива.

2. Более высокая скорость процесса и селективность. Катализатор значительно ускоряет реакцию расщепления и позволяет более целенаправленно получать углеводороды именно бензиновой фракции ($C_5-C_{12}$), увеличивая ее выход.

3. Более мягкие условия проведения. Каталитический крекинг протекает при более низких температурах (около $450–520$ °C) и давлении (близком к атмосферному), чем термический. Это снижает энергозатраты и требования к оборудованию, делая процесс более экономичным и безопасным.

4. Большая стабильность продуктов. В бензине каталитического крекинга содержится меньше непредельных углеводородов (алкенов), чем в продуктах термического крекинга. Это делает его более химически стабильным при хранении и транспортировке.

Ответ: Преимущества каталитического крекинга по сравнению с термическим заключаются в получении бензина с более высоким октановым числом и большей стабильностью, увеличении скорости и селективности процесса, а также в возможности его проведения в более мягких и экономически выгодных условиях.