KŐOLAJFELDOLGOZÁSI TECHNOLÓGIÁK

Átírás

1 KŐOLAJFELDOLGOZÁSI TECHNOLÓGIÁK

2 Mi a kőolaj? Nyersolajnak nevezzük azokat a szerves anyagokat, amelyek folyékony halmazállapotúak az őket tartalmazó réteg körülményei között. A kőolaj összetétele: szénhidrogének S, O, N, P vegyületek fémvegyületek (V, Ni, Cu, Co, Mo, Pb, Cr, As) H 2 S és víz Elemi összetétel: C: 79,5..88,5%, H: ,5

3 Szénhidrogének Paraffinok: C n H 2n+2 Telített: Alkán Zárt: Egyenes: normál- Elágazó: izo- ciklo- Telített: Naftén 25 szénatomú telített (paraffin) izomer

4 További szénhidrogének Olefinek: C n H 2n-(x-1)*2 Mono-, di-, etc. Telítetlen: x=1: Alkén x=2: Alkilén Aromások Egy-gyűrűs Két-gyűrűs Bonyolult kondenzált gyűrűs

5 A nyersolajok osztályozása Paraffin alapúak mélyebb rétegekben találhatóak Naftén vagy aszfalt bázisúak felsőbb rétegekben vannak Kevert bázisúak közbenső zónákban vannak Összetétel a világ összes kőolaját tekintve: ~30% paraffinok, 40% naftének, 25% aromások

6 Előzmények Kőolajfeldolgozás: Bonyolult rendszer, minden kapcsolatban van mindennel. Ha egy ponton belenyúlnak a feldolgozási folyamatba az egész termékösszetétel megváltozik. A termék és a belépő alapanyag minőségének függvényében kell az egész rendszert kezelni. A közel állandó összetételű alapanyag miatt az egyik termék csak a másik rovására nyerhető nagyobb mennyiségben.

7 Komplett feldolgozási folyamat

8 Előfeldolgozás A kőolaj nem tisztán kerül a felszínre, nyersolaj + szennyező anyagok: sós víz (vízmentesítés), ásványi anyagok (elektromos sómentesítés), illékony (CH 4, C 2 H 6, C 3 H 8, C 4 H 10 ) szénhidrogének (stabilizálás: ellenáramban száraz földgáz (CH 4 ) magával ragadja az illékony gázokat). Termék: - szállítható stabil olaj, - nedves gáz (gazolin): CH 4 + nagyobb molekulasúlyú CHek feldolgozás (pl. PB gáz).

9 Atmoszférikus desztilláció Tányérszám: kb Nyomás: bar. Termékminőség változtatása: hőmérsékletprofil változtatása termékelvétel változtatása: egyiket a másik javára (vágási pontok eltolása).

10 Atmoszférikus dessztilláció A desztillációs oszlopok segédberendezései: hőcserélők, hűtők, kondenzátorok, csővezetékek, tartályok, szivattyúk, acélszerkezetek, állványok, műszerek

11 Vákuumdesztilláció Két típusa ismeretes : Nedves (vízgőzzel) Száraz Termékei:

12 Utókezelő technológiák Propános aszfaltmentesítés Az eljárás fő célja a gudronból a maradék kenőolaj kinyerése. Az extrakciós eljárás lényege: a propán 80 C körül kritikus körülmények közé kerül, amelyben az aszfaltének nem, de az értékes komponensek kiválóan oldódnak.

13 Termékfeldolgozási technológiák (Mesterséges hajtóanyagok) Bevezetés A kőolajfeldolgozás során kapott párlatok még nem rendelkeznek azokkal a tulajdonságokkal, amelyek a szigorú műszaki követelményeknek megfelelnek, így azokat át kell alakítani: Mesterséges motorhajtóanyagokat kell előállítani. A magas S, O, N tartalmat csökkenteni kell. A benzinpárlatoknak nem megfelelő az oktánszáma, ezt növelni kell. Az összetétel (aromások, i- és n-paraffinok stb. aránya) nem megfelelő, kedvezőtlen égési tulajdonságok. Különböző adalékanyagokat kell előállítani pl: oktánszámnöveléshez.

14 HDS eljárás HDS: Hydrodesulfurization Process (HDN: Hydrodenitrogenation Process) Cél: S és N-mentesítés, O tartalom csökkentése. A főbb katalitikus reakciók: Olefin telítés: R-CH=CH 2 + H 2 = R-CH 2 CH 3 Aromás telítés: Ph-CH 3 + H 2 = Metil-ciklohexán Kénvegyületek átalakítása: R-CH 2 SH + H 2 = R-CH 3 + H 2 S R-S-R + H 2 = RH + R H + H 2 S R-S-S-R + H 2 = RH + R H + 2H 2 S

15 HDS eljárás

16 HDS eljárás Katalizátor: Ni, Co, Mo / Al 2 O 3 hordozón. A kénmentesített termék: benzinek, középpárlatok, gázolaj A HDS csak előkezelés a további technológiák (izomerizálás, reformálás.) számára amelyet leginkább az atmoszférikus desztilláció termékein alkalmaznak. A termékjellemzők változása: Termékjellemző Változás Termékjellemző Változás Sűrűség Csökken Nafténtartalom Nő Telítetlen tartalom Csökken S, N, O tartalom Csökken Aromástartalom Csökken Átlagmóltömeg Csökken Anilinpont Nő Cetánszám Nő Oktánszám Csökken Karakterizáló tényező Nő

17 Katalitikus reformálás

18 Katalitikus reformálás Alapanyag: Olyan előkezelt kőolajpárlat, amelyből már eltávolították a kén és nitrogén tartalmú vegyületeket. Ezek ugyanis katalizátormérgek. N tartalma < 1 ppm S tartalma < 2ppm 5ppm < O tartalom <10 ppm Katalizátor: Pt (Platforming technológia) Al 2 O 3 + SiO 2 Katalizátor regenerálás: 6-24 hónapos ciklusok. A rendszert leállítják, majd a fix ágyon, magas hőmérsékleten ( C) N 2 áramba %-nyi oxigént vezetnek be.

19 Katalitikus reformálás

20 Oktánszámnövelés - izomerizáció Cél: benzinizomerizáció, oktánszámnövelés. Katalizátor: zeolit hordozón különböző átmenetifémek. Termék: C 5 -C 6 izomer szénhidrogének keveréke. Alkalmazott hőmérséklet: C. Alkalmazott nyomás: 14-40bar.

21 Alkilezési technológiák Nagyobb szénatomszámú i-paraffinok előállítására szolgál, melyeket oktánszámnövelő keverőkomponensként adagolnak. Az alapanyag lehet: butilén vagy propilén. Reakciók: Kétféle eljárás ismeretes: Kénsavas: 1kg H 2 SO 4 /100 kg alkilát. Hidrogén-fluoridos: 1kg HF/1tonna alkilát. A kénsavas hátránya, hogy katalizálja a polimerizációt is, viszont olcsó. A hidrogén fluoridos hatékonyabb, de drágább, és a HF veszélyes.

22 Krakkolási technológiák Típusok : tisztán termikus, termikus - katalitikus, hidrokrakk eljárás. A végtermékben izomerek keletkeznek ami az oktánszámot növeli. Általában alappárlatokból indulnak ki. Főbb reakciók:

23 Krakkolási technológiák Katalizátor összetétele Al 2 O 3 31% Na 2 O 0.65% Fe 0.5% Egyéb fémoxid 3% + SiO 2 Nyersanyag: Főleg különböző párlatok rosszabb tulajdonságú frakciói. Termékek: C 2 /C 3 /C 4 frakció, benzin 55-60% KOSZ=90-95

24 Krakkolási technológiák Legelterjedtebb a fluidizált katalizátoros eljárás (FCC): UOP (Union Oil Product)-nál Δp = bar ezzel történik a szintszabályozás. A reaktorba bevezetett nyersanyag találkozik a vörösen izzó katalizátorral és a nyomáskülönbség (Δp) hatására elindul felfelé. Hőmérséklettartomány: C. Átlagos konverzió: 80%. Hozam: benzinre 48-59% gázolajra 13-23% gázokra 3-5%

25 Fischer-Tropsch - szintézis A Fischer-Tropsch-szintézis néven ismert eljárások az ipari szintézisek ama nagy csoportjába tartoznak, melyeknek alapja a szén-monoxid hidrogénezése. Az első lépés ezen a területen Sabatier és Senderens ama megállapítása volt (1902), hogy a CO nikkelkatalizátor segítségével hidrogénezhető, metán állítható elő: CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O Ezen reakció alapján nem gyártanak metánt de alkalmazzák az átalakítást abban az esetben amikor CO és H 2 tartalmú gázokban a szén-monoxidot metánná akarják alakítani pl.: fűtőérték növelése céljából.

26 Fischer-Tropsch - szintézis Az 1920-as években indultak meg azok a fejlesztések, melyek eredményeképp lehetővé vált szén-monoxidból és hidrogénből egynél több szénetomot tartalmazó szénhidrogének előállítása. Ezen szintézisek alapja az alábbi két reakció: 2n H 2 + n CO C n H 2n + n H 2 O n H 2 + 2n CO C n H 2n + n CO 2 A rendszerben hidrogén is jelen van az olefinek hidrogéneződésére is lehetőség van: (2n+1) H 2 + n CO C n H 2n+2 + n H 2 O (n+1) H 2 + 2n CO C n H 2n+2 + n CO 2

27 Fischer-Tropsch - szintézis A fenti reakciók szabadentalpia változása 400 C alatt ΔG<0. Így termodinamikai szempontból az olefinek és a paraffinok képződése önként végbemegy, ha megfelelő katalizátor jelen van. A paraffinok adott körülmények között állandóbbak mint az olefinek, így a Fischer- Tropsch-szintézis nem vezethető le úgy, hogy tisztán olefinek keletkezzenek. Az eljárással gyenge minőségű benzin, de jó minőségű gázolaj állítható elő.