Kemi af katalytisk krakning

Kemi af katalytisk krakning

I modsætning til termisk krakning, der styres af frie radikaler, foregår katalytisk krakning gennem dannelse af ioniske arter på katalysatoroverflader og producerer kortere, men forgrenede (ikke retkædede) alkaner ved at knække de lange, retkædede alkaner. Dannelsen af forgrenede alkaner eller iso-alkaner fører til fremstilling af benzin med højt oktantal. Dette er den grundlæggende årsag til, at katalytisk krakning har erstattet termisk krakning som den centrale proces i et raffinaderi, der er gearet til at maksimere benzinproduktionen. Et højt oktantal i benzin er nødvendigt for, at de nuværende motorer med gnisttænding kan køre ved høje kompressionsforhold uden at banke. Høje kompressionsforhold i motorer med gnisttænding betyder høj effekt og høj virkningsgrad.

Figur 7.1 præsenterer de to typer ioniske arter, carbocationer, der er aktive i katalytiske krakningsreaktioner som carbenium- og carbonium-ioner, idet IUPAC-terminologien anvendes. Carbocationer er de positivt ladede ioner, der er fremstillet af kulbrinter. Figur 7.1 viser, at fjernelse af en hydridion (H-, et hydrogenatom med en ekstra elektron) fra en alkan (f.eks. methan) producerer carbeniumioner (vej 1a). Også tilføjelse af en proton (H+, et hydrogenatom uden elektron) til en olefin (f.eks. ethylen) kan producere carbeniumioner, som vist i vej 1b.

Analogt med den terminologi, der anvendes for frie radikaler, kaldes C+H3 for methylcarbeniumion, og C2+H5 kaldes for ethylcarbeniumion. Carboniumioner fremstilles ved at tilføje en proton til en alkan, f.eks. methan, som vist i figur 7.1. Den resulterende ion C+H5 kaldes methanium. Bemærk, at der er en vis forvirring i litteraturen om navngivningen af carbocationerne. Carbeniumioner blev tidligere kaldt carboniumioner i nogle kilder, herunder i din lærebog . Alle henvisninger til carboniumioner i afsnit 6.3 “Cracking Reactions” i lærebogen bør korrigeres som carbeniumioner.