Aromás és Xilolizomerizáló Üzem bemutatása

Átírás

1 Aromás és Xilolizomerizáló Üzem bemutatása Németh Tamás ARE Blokk Technológiai Koordinátor

2 Az Extrakcióról röviden Az Aromás Üzem története Alapanyag vonal Extrakció Rektifikáló Xilolizomerizáló Xilol desztilláció Termékminőségek Működési költségek, Energiaigény Aromások piaci helyzete Játék Tartalom

3 Extrakció Az extrakció a vegyipar szinte minden területén alkalmazott, a megoszlás jelenségén alapuló szétválasztó módszer. Az eredeti, kiindulási anyag (elegy, keverék) valamely összetevőjének vagy összetevőinek (komponensek) szelektív módon történő kioldása oldószer segítségével. Hétköznapi extrakciós eljárások pl.: Típusai: Kiinduló anyag Oldószer Elnevezés Folyadék Folyadék Szolvens extrakció Szilárd Folyadék Diffúziós extrakció Szilárd/folyadék Nagynyomású gáz Szuperkritikus extrakció

4 Folyadék-folyadék extrakció Folyadék-folyadék extrakció egyszerűsített elvi ábrája Dunai Finomító Aromás üzem. Extraktor és kigőzölő kolonnák

5 Folyadék-folyadék extrakció Túlfolyóval rendelkező extrakciós szitatányér alulról.

6 Folyadék-folyadék extrakció. és felülről.

7 Folyadék-folyadék extrakció Túlfolyó nélküli extrakciós szitatányér felülről és alulról

8 Aromás oldószerekkel szemben támasztott követelmények és hatékonyságuk Követelmények Termikus és kémiai stabilitás Alacsony toxicitás és korrozívitás Rendelkezésre állás, alacsony ár Magasabb forráspont, mint a kinyerni kíván aromás forráspontja Alacsony kristályosodási hőmérséklet Rövid CH (vagy gyűrű) és poláris csoport Oldószerek Techtiv oldószerek (GT-BTX select) 2,44 Szulfolán 2,00 N-metil pirolidin (NMP) 1,95 N-formil morfolin (NFM) 1,89 Tri-etilén glikol (TEG) 1,44 Tetra-etilén glikol (TETRA) 1,39 α (relatív illékonyság) nc7/benzol Glikol keverék 1,35 Di-etilén glikol (DEG) 1,12 Fajlagos sűrűség > 1,1 Viszkozitás < 2,5 mpas Minél magasabb a relatív illékonyság, annál jobb az aromás komponensek szétválasztása. Ez magasabb aromás kihozatalt, jóval alacsonyabb energia szükségletet jelent (kisebb veszteség a Raffinátban, nagyobb termék tisztaság, kisebb oldószer cirkuláció, stb.).

9 Aromás oldószerekkel szemben támasztott követelmények és hatékonyságuk Alapanyag aromás tartalom, w% Raffinát aromás tartalom ~5% Raffinát aromás tartalom ~3% Raffinát aromás tartalom ~0,5% C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 Szénatom szám DEG TETRA CAROM GT-BTX Kevésbé hatékony oldószer alkalmazása a technológiában az aromás komponensek szűkebb oldhatóságát eredményezi (pl. DEG). A kevésbé hatékony oldószer magasabb aromás veszteséget és intenzívebb elő-frakcionálási eljárást igényel (magasabb bekerülési és működési költségek). Nagyobb tartomány kezelésére képes a TETRA, de az alkalmazott technológiától függően az aromás CH veszteség 3-5% (raffinát aromás tartalom). Segédoldószer alkalmazásával ez a tartomány megnyújtható a C8 aromás komponensekig (pl. CAROM eljárás). Az Aromás projekt kivitelezése után a GT-BTX oldószer lesz használatban.

10

11 DF Aromás és Xilolizomerizáló üzem története 1970: Aromás-1 üzem indítása. Alapanyag: REF-1 stabil benzin. Oldószer: DEG 1976: Aromás-2 üzem indítása, o-xilol-1 üzem indítása. Alapanyag: REF-2 és 3 stabil benzin. Oldószer: DEG 1979: Aromás-1 és Aromás-2 üzemek átalakítása (Union Carbide). Oldószer: TEG 1985: DCS telepítés. A váltás üzemmenet közben történt, nem állhatott meg az üzem, mert valutáért lehetett eladni az aromás termékeket. 1986: Xilolizomerizáló és o-xilol-2 üzemrész indítása. 2000: Aromás-2 üzem átalakítása (UOP) és az Aromás-1 és o-xilol-1 üzemek leállítása 2004: Benzinvonal átalakítás 2014: Aromás revamp Basic tervezés 2017: Aromás revamp várható kivitelezési munkálatok

12 DF Aromás és Xilolizomerizáló Üzem alapanyag vonal Harmadik forrás BT frakció TVK Bróm index max: 40 AREX Hidrogénezett reformátum Olefin tart.: max. 0,4 w% PEM fejtermék C8 tart.: 4-8 w% PEM oldaltermék Toluol max: 2,5w% Paraffin max: 1,8 w% Aromás termékek REF-4 RHÜ ARED (PEM) H2 XIL TVK: Tiszai Vegyi Kombinát REF-4: Benzinreformáló Üzem RHÜ: Reformátum Hidrogénező Üzem ARED: Aromás Alapanyag Elődesztilláló (PEM) AREX: Aromás Extrakció és Desztilláció XIL: Xilolizomerizáló és o-xilol Üzem MB: Motor hajtóanyag keverés MB Anyagáram elnevezése Anyagáram minőségi előírása Aromás Üzem határ

13 DF Aromás és Xilolizomerizáló Üzem TVK BT, PEM fej BT a Xilolból Aromás Extrakció Raffinát Extrakt Alapanyag Belső anyagáram Rektifikáló Benzol Toluol Termék Toluol kolonna fenék PEM oldal Xilol desztilláció o-xilol C9+ Xilol elegy Reakciótermék Hidrogén Xilol reaktorkör Fűtőgáz

14 DF Aromás Extrakció Aromás tartalom: 5 m/m% 1,2 barg 8,0 barg Extrakor 2/102 2/106 2/ / ,8 barg Kigőzölő Nem-aromás tartalom max: 0,1 m/m% 2/V2 Raffinát mosó Sztrippgőz Oldószer visszanyerő 155 C Az oldószer ellenáramban haladva beoldja az alapanyag aromás komponenseit. TETRA oldószer, (osz./alapanyag arány: 5) Aromások kiszedése az oldószerből vízgőzös sztrippeléssel.

15 DF Aromás Rektifikáló 1/135 1/131 Benzol tartalom min.: 99,9 2/135 Könnyű CH és víz extrakcióba Benzol Toluol Toluol tartalom min.: 99,9 1/143 1/139 2/144 víz 1 barg 89 C 0,5 barg 110 C Gőz Extrakt 1/116 1/106 1/101 2/108 Kondenz Gőz Gőz 2/101 1/119 Kondenz 1/110 Kondenz ~130 C ~155 C C8 aromások Xilolizomerizálóba

16 Xilol desztilláció Kitárolás és reaktorkör alapanyag OX tartalom max 5 m/m% Elődesztilláló kolonna PEM oldal, 2/108 fenék 120 C O2 tartalom max: 1 V/V% K2 Xilol elválasztó kolonna 3/102 O-Xilol kolonna 37 C 1500 Nm3/h Mivel a K2 kolonna fenéken elvett o-xilol és a fejen elvett m és p-xilolok forráspontja között csak 6 C különbség van, ezért a szétválasztást csak nagy tányérszámú desztillációs rendszerrel és magas energia befektetéssel lehet elvégezni. A xilol kolonna (K2) két db 75 tányéros kolonnából áll, aminek a hő szükségletét egy 10 égős csőkemence látja el. A folyamat során ~50 GJ/h MP gőz is termelődik.

17 DF Xilolizomerizáló 8-8,5 barg C Platina tartalmú katalizátor 99,9 V/V% Hidrogén Exoterm reakció CH4, C2H5, H2 Fűtőgáz 37 C Xilol elegy Reakciótermék

18 DF Xilolizomerizáló (C8 vagy energia hatékony üzemmód?) Reaktor belépő (m/m%) Benzol: 0,21 / 0,11 Toluol: 0,39 / 0,59 M-Xilol: 52,89 / 58,28 P-Xilol: 23,17 / 25,55 O-Xilol: 4,05 /6,42 Etil-benzol: 18,75 / 8,77 C9: 0 /0,01 Nem-aromás: 0,65 /0,27 R1 reaktor Platina katalizátor zeolit hordozón. Pt tartalom: 0,04 w%. Betöltés éve: 1992! Reaktor kilépő (m/m%) Benzol: 3,89 / 3,5 Toluol: 0,86 / 3,64 M-Xilol: 43,68 / 47,08 P-Xilol: 19,26 / 20,41 O-Xilol: 16,56 / 18,28 Etil-benzol: 12,15 / 3,0 C9: 0,95 /0,9 Nem-aromás: 2,7 / 0,9 EB konverzió: ~35% / ~65% OX egyensúlyi átalakulás: ~88 % / ~86% Összes C8 veszteség: ~7% / ~12% NH3 (katalizátor méreg) adagolás: van / nincs Reaktor belépő hőfok: 420 C / 370 C A Xilolizomerizáló hozamok és energia felhasználás az alapján változik, hogy a C8 hozam maximalizálás vagy Energia hatékony üzemmódban működik az üzemrész (Katalizátor izomerizáló vs. krakkoló funkció).

19 Xilolok tulajdonságai O-xilol M-xilol P-xilol Etil-benzol Kémiai képlet C8H10 C8H10 C8H10 C8H10 IUPAC név 1,2-dimetilbenzol 1,3-dimetilbenzol 1,4-dimetilbenzol Etil-benzol Moláris tömeg 106,17 g/mol 106,17 g/mol 106,17 g/mol 106,17 g/mol Olvadáspont -25 C -48 C 13 C -95 C Forráspont 144 C 139 C 138 C 136 C Sűrűség 0,88 g/cm3 0,86 g/cm 0,86 g/cm 0,87 g/cm3

20 Termékminőségek Benzol Toluol Xilol elegy O-xilol Benzol Min. 99,9 m/m% 2-10 ppm - - Toluol ppm Min. 99,9 m/m% Max. 0,5 m/m% - Xilolok (m,p,o) - Max. 100 ppm Min. 55 m/m% - Etil- Benzol - - Max. 29 m/m% - O-xilol Min. 98 m/m% Összes C8 tartalom - - Min. 99 m/m% - Izopropil-Benzol - Max. 10 ppm - Max. 0,33 m/m% Összes C9 tartalom - - Max. 0,25 m/m% - Sztirol Max. 0,01 m/m% Nem-aromás Max. 0,1 m/m% 0,08 m/m% Max. 0,5 m/m% Max. 0,5 m/m% Kéntartalom Max. 1 ppm Max. 1 ppm - - Klorid tartalom Max. 1 ppm Savas mosási szín Max. 1 Max. 1 ppm Max. 6 Max. 20 Brómindex Max. 10 mg Br/100g A minőségek tekintetében folyamatosan válaszolni kell a piaci kihívásokra (szigorodó elvárások) és szem előtt kell tartani az energiahatékonysággal kapcsolatos törekvéseket. A piros kerettel jelölt minőségi paraméterek mind szigorodtak az elmúlt 2-3 évben, amelyre technológiai és üzemeltetési szempontból is reagálni kellett.

21 Termékminőségek Minőség-ellenőrzés akkreditált laboratóriumban Folyamatos minőség-ellenőrzés a hét minden napján Online vizsgálati módszerek (alapanyag, termék) 5 db on-line kromatográf, összesen 22 mért komponenssel 1 db on-line NIR (Near-Infra-Red) készülék Az online analizátorok egy erre a célra kialakított épületben kerültek elhelyezésre. Az elemzők az épületben a minta előkészítés az épületen kívül, az épület külső falán található

22 Minőségek (Benzol) Benzol termék Toluol tartalom, ppm Benzol termék nem-aromás tartalom, ppm Online Labor Max A benzol termék alacsony nem-aromás tartalmát az extrakció paraméterei határozzák meg. Annak érdekében, hogy a kívánt 1000 ppm (0,1m/m%) érték alatt maradjon, az extrakt nem-aromás tartalmára ügyelni kell. Jóval nagyobb kihívás a Toluol tartalom ppm között tartása. A min. 20 ppm soft limit energetikai szempontból lényeges, míg az 50 ppm limit a termékminőség tartása érdekében fontos paraméter.

23 Az Aromás olefinmentesítés történhet: Minőségek. Olefinmentesítés Hagyományos Clay tölteten, ahol az agyagszerű tölteten az olefinek megkötődnek. Előnye, hogy relatív olcsó, de gyakran kell cserélni. A cserélt töltet veszélyes hulladék (magas CH, egyebek mellett aromás tartalom). Hidrogénezéssel (A reformátum hidrogénező üzemben is ez a technológia üzemel). Katalizátorral. Az aktivált tölteten az olefinek polimerizálódnak, magasabb forráspontú molekulákat hoznak létre, amelyek a benzol forráspontjánál jelentősen magasabbak, jellemzően a toluol kolonna fenéktermékével távoznak. 195 C 15 barg Benzol termék Brómindex, mg Br/100g Gőz Kondenz E Clay A CLAY B 6 Olefinmentes Extrakt Olefines Extrakt E C 14 barg Labor Max

24 Minőségek (Toluol) Toluol termék Benzol tartalom, ppm Toluol termék Nem-aromás tartalom, ppm Online Max

25 Működési költségek, Energiafelhasználás Dunai Finomító működési költségek megoszlása 8 Aromás üzem fajlagos energia felhasználás 7 Energia jellegű költség 67% Nem energia jellegű költség 33% GJ/tonna ,72 6,70 6,68 6,83 6,53 6,69 6,60 5,88 6,01 5,85 5,38 5,37 4,55 0 (Forrás: Solomon, 2012) Az Aromás üzem az egyik legnagyobb energia fogyasztó a Finomítóban, benne van a TOP 10 felhasználóban. Bizonyos határon túl az energiafelhasználás csökkentésének határt szab az alkalmazott technológia. További energiafelhasználás csökkentés csak technológia váltással érhető el.

26 Aromások piaci helyzete USD/tonna Benzin Gázolaj Benzol Toluol O-xilol Xilol elegy A kőolajból előállított termékek ára 2014 őszén a Kőolaj árával együtt jelentősen lecsökkent ben a Benzol árát a motorhajtó anyagokhoz képest USD/t-val magasabban jegyezték. Ez az árkülönbség 2015 év elejére elolvadt. Jelenleg a C8 aromások ára mozog kb. 300 USD-al magasabban.

27 Érdekes tények Xilol desztilláció, O2 j. csőkemence órás fűtőgáz fogyasztása 1500 Nm 3 Magyarországon egy háztartásban felhasznált földgáz éves átlagos mennyisége Aromás üzem éves villamos energia felhasználása 20 GWh ezer háztartás éves villamos energia fogyasztása Aromás üzem éves hűtő víz felhasználása 7,4 millió m úszómedence térfogata (50 méteres) Aromás üzem éves CO2 kibocsátása t Toyota Avensis gépkocsival 340 millió km megtétele alatt kibocsátott mennyiség

28 ?!