Chimie du craquage catalytique
Par opposition au craquage thermique régi par les radicaux libres, le craquage catalytique procède par la formation d’espèces ioniques sur les surfaces du catalyseur, et produit des alcanes plus courts, mais à chaîne ramifiée (et non à chaîne droite) en craquant les longs alcanes à chaîne droite. La formation d’alcanes à chaîne ramifiée, ou d’iso-alcanes, conduit à la production d’essence à indice d’octane élevé. C’est la raison fondamentale pour laquelle le craquage catalytique a remplacé le craquage thermique comme procédé central dans une raffinerie visant à maximiser la production d’essence. Un indice d’octane élevé est nécessaire pour que les moteurs à allumage commandé actuels puissent fonctionner à des taux de compression élevés sans cogner. Des taux de compression élevés dans les moteurs à allumage commandé se traduisent par une puissance et un rendement élevés.
La figure 7.1 présente les deux types d’espèces ioniques, les carbocations, qui sont actives dans les réactions de craquage catalytique en tant que carbénium, et les ions carbonium, selon la terminologie de l’UICPA. Les carbocations sont les ions chargés positivement issus des hydrocarbures. La figure 7.1 montre que l’élimination d’un ion hydrure (H-, un atome d’hydrogène avec un électron supplémentaire) d’un alcane (par exemple, le méthane) produit des ions carbénium (chemin 1a). De même, l’ajout d’un proton (H+, un atome d’hydrogène sans l’électron) à une oléfine (par exemple, l’éthylène) peut produire des ions carbénium, comme le montre le chemin 1b.
Formation des carbocations
Terminologie IUPAC
-Ions carbénium : CH4 (flèche) H- + CH3+ (alcane – ion hydrure)
-C2H4 + H+ (flèche) C2H5+. (oléfine + proton)
-Ions carbonium : CH4 + H+ (flèche) CH4
Clé : H- (ion hydrure), H+ (proton)
Analogue à la terminologie utilisée pour les radicaux libres, C+H3 est appelé ion méthylcarbénium, et C2+H5 est appelé ion éthylcarbénium. Les ions carbonium sont produits en ajoutant un proton à un alcane, par exemple le méthane, comme le montre la figure 7.1. L’ion résultant C+H5 est appelé méthanium. Notez qu’il existe une certaine confusion dans la littérature concernant la dénomination des carbocations. Les ions carbénium étaient appelés ions carbonium dans certaines sources, y compris dans votre manuel. Toutes les références aux ions carbonium dans la section 6.3 Réactions de craquage du manuel doivent être corrigées en ions carbénium.