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{{nota disambigua|il processo di cracking termico|[[termolisi]]}}
Il '''cracking''' in [[chimica]] è un [[Processo chimico|processo]] attraverso il quale si ottengono [[idrocarburi]] paraffinici leggeri per rottura delle [[molecola|molecole]] di idrocarburi paraffinici pesanti.
È pertanto un processo adottato per la produzione di idrocarburi leggeri, quali le [[benzina|benzine]], a partire da greggi medio-pesanti e pesanti, aumentando la quantità di benzina ottenibile dal [[petrolio]] greggio.
La reazione di cracking si ottiene per via [[catalizzatore|catalitica]] o termica ([[steam cracking]]) e il risultato della reazione dipende fortemente dalle condizioni in cui la reazione avviene e dalla presenza o meno di catalizzatori.
== Chimica del processo ==
[[File:FCC Chemistry.png|thumb|300px|Rappresentazione schematica delle reazioni chimiche che si svolgono durante il processo di cracking]]
La rottura di grandi molecole in molecole più piccole può ottenersi per via termica o catalitica. Il metodo termico sfrutta un [[meccanismo di reazione|meccanismo]] basato su ''scissioni omolitiche'', in cui i [[legame chimico|legami chimici]] si rompono in maniera simmetrica generando coppie di [[radicale libero|radicali]]; il metodo catalitico sfrutta l'[[acido|acidità]] del catalizzatore - spesso solidi acidi, quali l'allumina e le zeoliti - che provocano ''scissioni eterolitiche'' dei legami chimici producendo [[carbocatione|carbocationi]].
Sia i radicali che i carbocationi sono particelle instabili, che subiscono rapidi processi di riarrangiamento, trasposizione, scissione in posizione β e trasferimenti intra- e inter-molecolari di radicali o ioni idrogeno. Essendo radicali e ioni particelle molto reattive, queste interagiscono con il substrato producendo altri radicali ed altri carbocationi, innescando una reazione a catena che si autosostiene fino a quando non avviene una ricombinazione dei radicali o delle coppie ioniche.
Nel cracking catalitico, sui siti del catalizzatore tendono a depositarsi i carbocationi meno reattivi, producendo nel tempo dei depositi carbonacei che diminuiscono l'attività del catalizzatore stesso; questi depositi vengono rimossi - spesso tramite una [[combustione]] controllata - per ripristinare l'attività del catalizzatore.
Nel cracking termico, l'elevata temperatura innesca la formazione di radicali; il risultato è un generale [[disproporzionamento]], in cui si formano prodotti leggeri ricchi di idrogeno a spese di molecole più pesanti che lo perdono.
Le [[reazione elementare|reazioni elementari]] che avvengono durante il cracking sono di tipo radicalico, e sono numerose. Si possono comunque identificare le seguenti tipologie di reazioni elementari:
* ''inizio'': in cui una singola molecola si rompe a dare una coppia di radicali; solo una piccola parte del substrato subisce questa reazione, ma è fondamentale per avviare l'intero processo. Generalmente la rottura è di un legame carbonio-carbonio, piuttosto che di un legame carbonio-idrogeno
:<tt>CH<sub>3</sub>CH<sub>3</sub> → 2 CH<sub>3</sub>•</tt>
* ''estrazione di idrogeno'': un radicale estrae un atomo di idrogeno da una molecola neutra, trasformadola in un radicale
:<tt>CH<sub>3</sub>• + CH<sub>3</sub>CH<sub>3</sub> → CH<sub>4</sub> + CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>•</tt>
* ''scissione del radicale'': un radicale si decompone in due frammenti più leggeri, un alchene ed un altro radicale
:<tt>CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>• → CH<sub>2</sub>=CH<sub>2</sub> + H•</tt>
* ''addizione di radicali'': la reazione inversa alla precedente, in cui un radicale si somma ad un alchene per dare un radicale più grande; questa reazione è alla base del formarsi di composti aromatici quando vengono trattate miscele di idrocarburi pesanti
:<tt>CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>• + CH<sub>2</sub>=CH<sub>2</sub> → CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>•</tt>
* ''terminazione'': avviene quando due radicali liberi reagiscono a dare molecole neutre, può essere una ''ricombinazione'', in cui due radicali si combinano a dare un'unica molecola, o un ''disproporzionamento'', quando un radicale trasferisce un atomo di idrogeno ad un altro ottenendo un alchene e un alcano
:<tt>CH<sub>3</sub>• + CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>• → CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub></tt>
:<tt>CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>• + CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>• → CH<sub>2</sub>=CH<sub>2</sub> + CH<sub>3</sub>CH<sub>3</sub></tt>
== Applicazioni ==
Nelle [[raffineria (petrolio)|raffinerie]] col ''cracking'' (detto anche ''piroscissione'') vengono prodotti composti "leggeri" (ad esempio benzina e [[GPL (gas)|GPL]]) partendo dalle frazioni più pesanti e dai residui di [[distillazione]] del petrolio greggio. Il ''cracking catalitico a letto fluido'' produce in maggior resa GPL e benzina, mentre l'''idrocracking'' è sfruttato maggiormente per produrre i carburanti per gli aeromobili. Il ''cracking termico'' è invece usato sulle frazioni più pesanti per produrre frazioni leggere e composti organici utili all'industria chimica e carbon [[coke]] per l'industria dell'[[acciaio]] e dell'[[alluminio]].
=== Cracking catalitico a letto fluido ===
[[File:FCC - Cracking catalitico a letto fluido.png|thumb|500px|Schema di un processo FCC.]]
Il ''cracking catalitico a letto fluido'' o FCC (dall'inglese: ''Fluid Catalyic Cracking'') è stato messo a punto per la prima volta nel 1942 ed impiega come catalizzatore dell'[[ossido di alluminio|allumina]] in polvere, mantenuta sospesa all'interno del flusso di idrocarburi da trattare.
Oggi i catalizzatori sono a base di [[zeolite|zeoliti]] e posti in una colonna mantenuta ad alta temperatura (665 - 760 °C); gli idrocarburi vengono spruzzati alla base della colonna, dove vengono vaporizzati e decomposti in idrocarburi leggeri; la miscela fluisce verso l'alto in pochi secondi, il catalizzatore viene rimosso e la miscela di idrocarburi procede ad una successiva distillazione da cui si isolano le frazioni commercialmente utili.
Durante la reazione il catalizzatore viene [[Disattivazione dei catalizzatori|disattivato]] dal depositarsi su di esso di particelle di coke, che ne riducono notevolmente l'[[Attività catalitica|attività]]; il catalizzatore viene pertanto rigenerato dapprima con vapore acqueo e poi con aria (a volte arricchita di ossigeno) per bruciare i residui di coke rimasti nei pori, fornendo inoltre il calore necessario alla reazione di cracking, che è endotermica. Il catalizzatore rigenerato torna quindi in colonna per compiere un altro ciclo di reazioni.
La benzina prodotta per cracking catalitico ha un elevato [[numero di ottano]], ma il tenore relativamente alto di [[alcheni|olefine]] la rende chimicamente meno stabile; le olefine possono formare residui polimerici che vanno a depositarsi nei serbatoi e nelle parti del motore in cui fluisce il carburante.
Il GPL ottenuto per cracking catalitico è un'importante fonte di alcheni a 3 e 4 atomi di carbonio ([[propene|propilene]] e buteni), utili intermedi nell'industria chimica.
=== Idrocracking ===
L'idrocracking (HCC) è una variante di cracking catalitico condotto, solitamente a pressioni e temperature medio-alte (dell'ordine dei 10 [[Pascal (unità di misura)|MPa]] e 300 [[°C]]) in presenza di [[idrogeno]]. I suoi prodotti sono principalmente miscele di [[alcani|idrocarburi saturi]] la cui composizione dipende dalle condizioni del processo (temperatura, pressione, attività catalitica) e va da miscele ricche di [[etano]] e GPL fino alle iso-paraffine. I migliori catalizzatori per l'idrocracking sono quelli che, oltre a rompere e a riarrangiare le catene di atomi di carbonio, sono anche in grado di facilitare l'addizione di idrogeno agli alcheni ed ai [[composti aromatici]] che si formano durante il processo
L'idrocracking fornisce principalmente carburanti per l'aviazione, benzine ad elevato numero di ottano e GPL, tutti a basso tenore di [[zolfo]] e di altri contaminanti. I processi più recenti (Prime-D, Prime-G e simili) sono adatti alla preparazione di [[gasolio]] a basso tenore di zolfo per uso nella trazione. Il sottoprodotto tipico dell'HCC è l'[[acido solfidrico]] H<sub><small>2</sub></small>S, che viene inviato alla riduzione a zolfo negli [[Processo Claus|impianti Claus]]
=== Steam cracking ===
{{Vedi anche|Steam cracking}}
[[File:Steam cracking.svg|thumb|500px|Schema di processo di un impianto di steam cracking]]
È il principale metodo di produzione degli alcheni leggeri, tra cui l'[[etene|etilene]] e il [[propene|propilene]]. Si tratta di un processo di [[pirolisi]].
La miscela da trattare viene diluita con [[vapore acqueo]] e quindi scaldata a temperature molto alte (oltre i 900 °C) e in totale assenza di agenti ossidanti (quali l'ossigeno) per pochi decimi di secondo, per essere poi raffreddata bruscamente.
La composizione della miscela ottenuta dipende dalla composizione della miscela in ingresso, dalla temperatura e dal tempo di lavorazione. Miscele leggere (GPL e nafte leggere) danno miscele ricche di olefine leggere, etilene, propilene e butadiene; miscele più pesanti danno un prodotto più ricco in idrocarburi aromatici. Più drastiche sono le condizioni di processo, più il prodotto è ricco di composti leggeri, quali etilene e [[benzene]]; condizioni meno drastiche portano a quantità maggiori di idrocarburi a 4 atomi di carbonio e composti liquidi.
Alla reazione si accompagna il deposito di particelle di carbon coke sulle pareti del reattore, rendendone necessaria la pulizia periodica - generalmente ogni qualche mese.
== Voci correlate ==
* [[Industria petrolchimica]]
* [[Reforming]]
* [[Raffineria (petrolio)]]
{{Portale|chimica|ingegneria}}
[[Categoria:Processi chimici industriali]]
[[ca:Craqueig]]
[[cs:Krakování]]
[[da:Krakning]]
[[de:Cracken]]
[[en:Cracking (chemistry)]]
[[es:Craqueo]]
[[fa:کراکینگ]]
[[fi:Krakkaus (kemia)]]
[[fr:Craquage]]
[[ht:Krakaj]]
[[hu:Krakkolás]]
[[ja:接触分解]]
[[ko:크래킹 (화학)]]
[[lt:Krekingas]]
[[nl:Kraken (scheikunde)]]
[[no:Krakking]]
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[[simple:Cracking (chemistry)]]
[[sk:Krakovanie]]
[[sl:Kreking]]
[[sr:Крековање (хемија)]]
[[sv:Krackning]]
[[szl:Kraking]]
[[uk:Крекінг]]
[[zh:裂化反应]]
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