主な違い – 熱分解と接触分解
石油精製は、目的の製品を得るために原油を処理することです。
石油精製には、原油を有用な製品に変換するのに役立ついくつかのプロセスがあります。
製油所は、多くの処理装置で構成される大規模な工業地帯です。
製油所で行われる反応には、蒸留、分解反応、改質反応、重合、異性化などがあります。
このうち、熱分解と接触分解は、大きな分子をより小さな化合物に分解するための反応です。
熱分解と接触分解の主な違いは、熱分解が熱エネルギーを使って化合物を分解するのに対し、接触分解は触媒を使って生成物を得ることである。
サーマル・クラッキングとは
熱分解とは、高温高圧下で大きな化合物を小さな化合物に分解することである。
熱分解の最終生成物は小さな炭化水素分子です。
このプロセスに使用される温度は約500〜700oCです。
圧力は約70気圧です。
熱分解では、炭素-炭素結合と炭素-水素結合が切断される。
熱分解の生成物は、常に反応物よりも小さい。
ほとんどの場合、最終生成物は小さなアルカンやアルケンです。
しかし、アルキンのような小さな不飽和分子も与えられることがあります。
：図1 石油精製工場
化学結合が形成されると、エネルギーが放出される。
同様に、化学結合を切断するためにはエネルギーが必要である。
このように、結合の切断を含む反応には外部からのエネルギーが必要であり、熱分解は高い吸熱性を持っている。
エンタルピーの変化は大きな正の値です。
大きな分子から小さな分子ができるため、エントロピーも増加する。
現代の製油所では、熱分解プロセスを3つの主要な用途に使用している。
ビスブレーキング、サーマルガソリン製造、ディレイドコーキングです。
ビスブレーキングは、燃料の粘度を下げるためのプロセスです。
熱ガソリン製造では、粘度を下げると同時に、ガソリンを最大限回収する。
ディレイドコーキングは、分解生成物の生成を最大化することを目的とする。
触媒分解とは？
触媒分解は、酸触媒を用いて大きな化合物を小さな炭化水素に分解することです。
この分解プロセスは、より低い温度と圧力条件で行うことができます。
そのため、熱分解に比べ、装置の運転が容易です。
図2：流動接触分解装置
最新のクラッカーでは、ゼオライトを触媒として使用している。
ゼオライトはアルミノケイ酸塩の一種である。
ゼオライトを使用すると、450℃のような適度な温度と適度な圧力で分解することができます。
触媒分解には、大きく分けて2つの方法があります。
液相分解と気相分解です。
液相接触分解では、反応混合物を約500℃の温度と20気圧の圧力に維持する。
触媒にはシリカやその関連化合物が用いられることが多い。
この工程では、オクタン価が65から70になる。
気相接触分解では、温度600℃、圧力10気圧程度が用いられる。
触媒はアルミナが使われる。
この分解は、水素ガスの存在下で行われる。
ハイドロクラッキングとも呼ばれる。
ここで、炭素-炭素結合が分解される。
サーマル・クラッキングとキャタリティック・クラッキングの違い
定義
サーマル・クラッキング。
熱分解とは、高温・高圧下で大きな化合物を小さな化合物に分解すること。
触媒分解。
触媒分解は、酸触媒を使用して大きな化合物を小さな炭化水素に分解すること。
方法
サーマルクラッキング。
熱分解：高温・高圧を加えて分解する方法。
触媒分解 適度な温度と圧力をかけながら、触媒を加えて分解する方法。
温度
サーマルクラッキング。
熱分解に使用される温度は500～700℃の間。
接触分解。
触媒分解は475〜530℃の温度で行われる。
圧力
サーマルクラッキング。
熱分解に使用される圧力は約70atm。
接触分解 触媒分解の圧力は約20atm。
アプリケーション
サーマル・クラッキング。
熱分解は、ビスブレーキング、熱ガソリン製造、ディレイドコーキングに使用されます。
接触分解 触媒分解は、オクタン価65〜70の燃料を得るために使用されます。
結論
熱分解と接触分解は，石油精製において原油留分から有用な製品を得るための主要なプロセスです。
どちらの技術にも利点と欠点があります。
熱分解と接触分解の主な違いは、熱分解が化合物の分解に熱エネルギーを使用するのに対し、接触分解は生成物を得るために触媒を使用することである。
