Szénelőfordulások Szenek tulajdonságai Szénbányászat Szénelőkészítés Szénfeldolgozás széncseppfolyósítás kokszolás Dr. Pátzay György 1 Dr. Pátzay György 2 1
Különböző szenesedésű szenek analitikai adatai Analitikai adat Tőzeg Lágy lignit Lignit Barna szén Fekete szén Nedvesség t% >75 56,7 38,7 31,2 3,7 1,0 Elemi összetétel szárazanyagra t% C 58,2 70,3 71,4 73,4 82,6 92,2 H 5,63 4,85 4,79 4,86 4,97 3,30 N 1,94 0,74 1,34 1,16 1,55 0,15 S 0,21 0,27 0,60 0,31 1,50 0,98 O mint különbség 34,02 23,84 21,87 20,27 9,38 3,37 Elemarány H/C 1,15 0,82 0,80 0,79 0,72 0,43 O/C 0,44 0,25 0,23 0,21 0,09 0,03 Fűtőérték száraz, hamumentes Antracit kj/kg 23500 27500 28500 29400 30600 35700 Dr. Pátzay György 3 Szenesedési sor: atomarányok H/C vs. O/C Dr. Pátzay György 4 2
Felszíni szénbánya Rajnavidéki lignit bánya rekultivációja Dr. Pátzay György 5 Szénrétegek hozzáférhetősége Földalatti szénbányászat Dr. Pátzay György 6 3
Szénhasznosítási és feldolgozási eljárások műszén Dr. Pátzay György 7 Szénelgázosítás villamos e.& gőz benzin viaszok Fischer- Tropsch folyadék szén/kőolajkoksz elgázosítás szintézis gáz H 2 városi gáz ammónia &karbamid FT diesel FT benzin metanol dimetil éter ecetsav metil acetát etilén& propilén VAM ketén acetát észterek PVA diketén & vegyületek ecetsav anhidrid oxo-vegyületek poliolefinek VAM-vinil-acetát-monomer 4
Wiser modellje a szén szerkezetéről Primér és szekunder reakciók a szén pirolízise közben Dr. Pátzay György 9 Az illékony anyag tartalom, lágyuláspont és bomlási pontok a szénre Növekvő illóanyag tartalommal a lágyuláspontok először csökkennek, majd újra növekednek, a bomláspontok csökkennek. Dr. Pátzay György 10 5
Szénhamu komponensei Hamutartalom Szénhamu összetétel változásai Dr. Pátzay György 11 SZÉNCSEPPFOLYÓSÍTÁSI ELJÁRÁSOK Fajtái: pirolízis közvetett és közvetlen cseppfolyósítás A pirolízis során a szenet 400 o C feletti hőmérsékleten átalakítják nemoxidáló atmoszférában gázokká, folyadékká és koksszá. Főtermék a koksz, a folyadék kihozatalt növelni lehet hidrogénnel és azzal, hogy az elpárologtatható komponenseket gyorsan meghígítják a szekunder reakciók elkerülésére. A közvetett cseppfolyósítás során a szenet oxigénnel és gőzzel reagáltatják nagy hőmérsékleten, így CO és H 2 keletkezik (szintézis gáz), majd ez katalitikusan folyadéktermékké alakítható. A legismertebb folyamat a Fischer-Tropsch szintézis, amelyben gáz, folyadék és szilárd termékek keletkeznek. További folyamatok a metanol szintézis és a dimetiléter előállítás. (Ni metán, Co, Fe etán, propán ) Német o. Dél-Afrika A direkt cseppfolyósítás a szenet nagy hőmérsékleten és nyomáson hidrogénnel vagy hidrogéndonor oldószerrel reagáltatjuk. Ez a folyamat katalizálható. A termékek lehetnek üzemanyagok, tüzelőolajok, benzin vagy vegyipari alapanyagok. (Varga J. hidrokrakk eljárás szulfid katalizátor) Dr. Pátzay György 12 6
Primer szén pirolízis Dr. Pátzay György 13 Az elgázosítás kémiája Szén Oxigén Gőz Elgázosítás oxigénnel C + 1 / 2 O 2 CO 1000 0 C fölött Égetés oxigénnel C + O 2 CO 2 Generátorgáz reakció C + CO 2 2CO 1000 0 C fölött Vízgáz reakció C + H 2 O CO + H 2 1000 0 C fölött Elgázosítás hidrogénnel C + 2H 2 CH 4 Szénmonoxid konverzió CO + H 2 O H 2 + CO 2 Metanizálás (Fischer-Tropsch) CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O Gázösszetétel (Vol %) H 2 25-30 CO 30-60 CO 2 5-15 H 2 O 2-30 CH 4 0-5 H 2 S 0.2-1 COS 0-0.1 N 2 0.5-4 Ar 0.2-1 NH 3 + HCN 0-0.3 Hamu/Salak/Por Dr. Pátzay György 14 7
Az elgázosítás reakciói Az elgázosítási folyamat Betáp ELGÁZOSÍTÁS GÁZ TISZTÍTÁS VÉGTERMÉKEK Alternatívák: Aszfalt Szénl Nehézolaj Petróleum koksz Orimulsion * Földgáz Hulladékok Tiszta üzemanyagok Oxigén Elgázosító Melléktermékek: szilárd (hamu) Gáz & Gőz Kén Turbinák eltávolítás Szingáz Kombinált Ciklusú Erőmű Alternatívák: Hidrogén Ammónia Vegyszerek Értékesíthető Metanol melléktermékek: KÉN Electomosság Gőz Source: ChevronTexaco * orimulsion-bitumen-víz emulzió Dr. Pátzay György 16 8
Elgázosító konfigurációk Mozgó ágyas Kihordásos áramlású Fluidizált ágyas Cirkulációs Product Gas, Ash Gasifier Top Transport Gasifier Coal, Char Recycle, Gas Coal, Sorbent or Inert Recycle Drive Gas Steam, Oxygen or Air Gasifier Bottom 0 500 1000 1500 2000 2500 Dr. Pátzay György 17 9
Rögzített-ágyas elgázosító reaktorok Alsó kiömlésű felső kiömlésű középső kiömlésű elgázosítók Kihordásos elgázosítók Texaco Cocnoco-Philips Siemens Dr. Pátzay György 19 Fluidágyas elgázosító reaktorok HTW Gasifier KRW gasifier IDGCC gasifier Lurgi CFB gasifier KBR gasifier U-gas Gasifier Dr. Pátzay György 20 10
Lurgi Ruhrgas eljárás a) Szállító reaktor és emelő b) Szénelőkészítés c) Tároló d) Ciklon e) Hőhasznosító f) Mixer szenesítő g) Surrantó h) Ciklon i) Kondenzátor Dr. Pátzay György 21 Elgázosító reaktorok jellemzői Dr. Pátzay György 22 11
Kigázosítás(150 1200 0 C,14-24 óra) Szén-koksz átalakítás levegő kizárásával: <200 C nedvesség eltávolítása 200-375 C CH 4, kevés CO, CO 2 távozás, 375-475 C a falaknál lágyulás, 475-600 C kátrány és aromás vegyületek kiválása, és újra szilárdulás, félkoksz 600-1100 C zsugorodás, szilárdság növekedése és H 2 fejlődés, koksz szerkezet kialakulása Dr. Pátzay György 23 Kokszgyártás 1 tonna szénből kokszoló 70% szilárd kohókoksz: 600-700 kg kokszpor: 50-100 kg 30% gáz + folyadék kamragáz 300-360 m 3 kátrány 35-50 L Ammónium-szulfát 10-15 kg Ammónia oldat 60-145 L könnyűolaj 10-15 L Dr. Pátzay György 24 12
Kokszgyártás lépései Dr. Pátzay György 25 Kokszoló a) Tároló bunker b) Dúsító c) Őrlő d) Töltő bunker e) Töltő kocsi f) Kokszoló kemence g) Kitoló szerkezet h) Hűtőtorony i) Hűtőlejtő j) rakodó Dr. Pátzay György 26 13
A kőolaj és a földgáz kitermelése, feldolgozása és hasznosítása tartozik ide. Manapság az egyik legfontosabb alapágazat. A készletek véges volta súlyos problémákat vet fel. A világ második legfontosabb iparága. Világszinten 4,2 Mrd t/év kőolajat termelnek ki. Magyarország benzin fogyasztása 2 Mrd liter évente. Magyarország gázolaj fogyasztása 3 Mrd liter évente. A Dunai finomító másodpercenként megtölt egy Audi A6-ot benzinnel. Dr. Pátzay György 27 Kőolaj és földgáz keletkezése és előfordulása Tengerben élt egysejtűek elhalása nyomán keletkezett iszap (szapropél) anaerob(légmentes) bomlása révén. A kőolaj és a földgáz gyakran együtt fordulnak elő. Tengeri eredetű üledékes kőzetekben találhatók, parthoz közeli tengerek alatt. Jellegzetes telepek: gázenergiával és vízenergiával. Európa: Északi Tenger (UK, Norv.) Románia Amerika: Texas, Alaszka, Mexico, Venezuela Ázsia: Oroszország, Kaukázus, Aral tó, Kína, Vietnam, Irak, Irán, Szaud-Arábia, Arab Emirátusok, Kuvait Afrika: Nigéria, Líbia, Algéria Ausztrália, Indonézia Kőolaj világtermelés 3*10 9 tonna/év (1 Barrel= 159 liter) Dr. Pátzay György 28 14
Kőolaj és földgáz készletek Dr. Pátzay György 29 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 - fém vegyületek (V, Ni, Cu, Co, Mo, Pb, Cr, As) - H 2 S és víz Elemi összetétel: C 79,5-88,5%, H 10-15,5% Nyersolajok osztályozása - Paraffin alapúak mélyebb rétegekben találhatóak - Naftén vagy aszfalt bázisúak felsőbb rétegekben vannak - Kevert bázisúak közbenső zónákban vannak Kőolajok csoportosítása Kéntartalom szerinti osztályozás: édes, savanyú Technikai szempontú frakciók: benzin, petróleum, kerozin, gázolaj (fehérárúk) Kenőolajok Paraffin Aszfalt, bitumen Összetétel a világ összes kőolaját tekintve: ~30% paraffinok, 40% naftének, 25% aromások Dr. Pátzay György 30 15
A kőolaj összetevői Alkánok Naftének Aromások Dr. Pátzay György 31 Logisztika 4. Értékesítés 1. Kitermelés szárazon és vízen 2. Szállítás 3. Feldolgozás, finomítás 5. Felhasználás Dr. Pátzay György 32 16
Kőolaj logisztikája Kutatás: geológiai, fúrás Feltárás: fúrás (rotary, turbinás) Termelés: elsődleges (saját nyomás hozza felszínre) másodlagos (visszasajtolt gáz vagy víz hozza fel) Előkészítés: víz és gáz elválasztás Tárolás: fix vagy úszó fedelű tartályokban kisebb, föld alatti tartályok (benzin kutaknál) Szállítás: csővezetéken, tartályhajókon, vasúti tartálykocsikban, tankautókon Dr. Pátzay György 33 A mélyfúrás története Dr. Pátzay György 34 17
A mélyfúrás technológiája Rotari fúrás Furó szerszám: fogas görgőt Fúró iszap: - tixotrop folyadék, adalékokat tartalmaz, mint a bentonit, cellulóz, emulgeátorok, inhibítorok - sűrűsége 1.1 és 1.4 g/cm 3 között van Vízszintes fúrás aktív irányítással. Dr. Pátzay György 35 A legfontosabb tengeri olajbányászati technológiák Dr. Pátzay György 36 18
Földgáz Földgáz összetétele - CH 4, N 2, E, PB, H 2 S, CO 2, H 2 O, He - Metános, széndioxidos, nedves gázok Összetétel szerint - sovány földgáz (kevés P-B és gazolin) - dús földgáz (sok P-B és gazolin) - szénsavas földgáz (sok CO 2 ) - nitrogénes földgáz (sok N 2 ) Lelőhelyek szerint - önálló lelőhely - kísérő gáz, kőolajhoz kötődik Éghetőség alapján - éghető gázok (inert tartalom 60 % alatt) - inert gázok Folyadéktartalom szerint nedves gáz száraz gáz Dr. Pátzay György 37 Földgáz logisztikája Kutatás: geológiai, fúrás Feltárás: fúrás (rotary, turbinás) Termelés: elsődleges (saját nyomás hozza felszínre) Előkészítés: víz és magasabb forrpontú komponensek elválasztása Tárolás: föld alatti, kimerült gázmezőkbe visszasajtolva Szállítás: csővezetéken, tartályhajókon mélyhűtéssel Dr. Pátzay György 38 19
PB gáz A PB gázt mesterségesen állítják elő nyersolaj lepárlásával, vagy a földgázból leválasztva. Nyomás alatt folyékony halmazállapotú tárolás Színtelen, szagtalan, átlátszó, nem mérgező gáz. Szagosítják, mert robbanásveszélyes. Sűrűsége nagyobb a levegőnél, így talajszintnél mélyebben lévő helyiségeknél tilos használni. H a =109 MJ/m 3 Relatív sűrűség: ρ=1,8-2,2 kg/m 3 Gyulladási hőmérséklet: 550 C A ill. B minőség a kéntartalom szerint. Dr. Pátzay György 39 Földgázfeldolgozás Dr. Pátzay György 40 20
Földgáz kezelése Kéneltávolítás Higany eltávolítás Víztelenítés Szénhidrogének kivonása Széndioxid és kénvegyületek eltávolítása Dr. Pátzay György 41 Földgáz kezelése Dr. Pátzay György 42 21
A kőolajfeldolgozás és finomítás lépései Dr. Pátzay György 43 A modern kőolajfeldolgozás tipikus folyamatábrája KŐOLAJ Desztilláció Gázkezelés Benzin reformálás PB gáz (4-5 %) Vegyipari benzin (8-15%) Benzin (30-40%) VEGYIPARI ALAPANYAG Kénmentesítés Petróleum/Kerozin (5-8%) ÜZEMANYAG pakura Gázolaj Vákuum desztilláció Krakkolás H2 Tüzelőolaj (30-40%) gudron Maradék Feldolgozás Fűtőolaj (0-20%) Koksz & Bitumen (5-15%) EGYÉB (*) Dr. Pátzay György 44 22
A kőolaj fizikai és kémiai kezelései Fizikai Termikus Kémiai Katalitikus Desztilláció Szolvens extrakció Propános aszfaltmentesítés Oldószeres paraffin mentesítés Blendelés (keverés) Viszkozitás törés Késleltetett kokszolás Flexicoking Hidrogénezés Katalitikus reformálás Katalitikus krakkolás Hidrokrakkolás Katalitikus paraffinmentesítés Alkilálás Polimerizálás Izomerizálás Dr. Pátzay György 45 Desztilláció - fizikai kőolajfeldolgozás 2 féle: atmoszférikus, vákuum Forrpont szerinti elválasztás:» benzin 50-200 o C» petróleum 150-250 o C» gázolaj 200-360 o C» fűtő és kenőolajok, szilárd termékek, paraffin, bitumen Hajtóanyagok felhasználása: Otto motor - benzin (oktánszám, aromás tartalom, illékonyság) Gázturbina - kerozin (kéntartalom) Diesel motor - gázolaj (cetánszám, kéntartalom, dermedéspont) Dr. Pátzay György 46 23
Finomítói folyamatok: desztilláció Feladat: elválasztás a) Sótalanító b) Hevítő c) Fő rektifikáló oszlop d) Kondenzátor e) Kerozin kigőzölő f ) Könnyű gázolaj kigőzölő g) Nehéz gázolaj kigőzölő h) Vákuum hevítő i) Vákuum desztilláló Dr. Pátzay György 47 Desztillált kőolajfrakciók továbbfeldolgozása Kénmentesítés Krakkolás Hidrokrakkolás Reformálás Maradékfeldolgozás Keverő komponens gyártás katalitikus! katalitikus! katalitikus! katalitikus! termikus katalitikus! Dr. Pátzay György 48 24
Desztillált kőolajfrakciók továbbfeldolgozása FOLYAMAT REAKCIÓ KATALIZÁTOR T ( 0 C) p (bar) Termikus krakkolás Katalitikus krakkolás Hidrokrakkolás Reformálás Hidrogénezés Gázolaj átalakítása parafinokká és olefinekké Gázolaj átalakítása izoparafinokká és olefinekké Gázolaj+hidrogén átalakítása paraffinokká Benzinek átalakítása aromásokká S H 2 S; olefinek átalakítása paraffinokká Izomerizálás n-paraffinok átalakítása i- paraffinokká Alkilezés Polimerizáció i-bután+olefinek átalakítása i-paraffinokká Olefinek átalakítása olefin dimerekké Amorf alumínium-szilikátok, zeolitok Al 2 O 3 /SiO 2 +Ni,W,Mo; zeolitok+pd, Ni 450-600 20-40 450-500 1-3 320-420 100-200 Pt/Al 2 O 3, Pt/Re/Al 2 O 3 450-500 20-50 Co/Mo, Ni, Pd 300-500 10-150 AlCl 3 /Al 2 O 3, Pt/zeolit 25-500 10-30 H 2 SO 4, HF (-10)-50 1-15 H 3 PO 4, Ni/AlR 3 200-240 20-60 Dr. Pátzay György 49 Kőolaj feldolgozó technológiák Krakkolás Dehidrogénezés (reformálás) Dehidro-ciklizálás Izomerizálás (alkánok és alkil-aromások) Dr. Pátzay György 50 25
Hidrogénezés Hidrokrakkolás Izomerizálás Dr. Pátzay György Kondenzáció-kokszképződés 51 Dr. Pátzay György 52 26
Kénmentesítés - gázolaj hidrodeszulfurizálás Feladat: kéntartalom csökkentése Katalizátor: Mo, Co, Ni szulfid a) folyamat kemence b) reaktor c) nagy nyomású szeparátor d) kis nyomású szeparátor e) gázolaj sztrippelő f) gázolaj szárító g) sztrippelő fej tartály Dr. Pátzay György 53 Kénmentesítés Claus eljárás: egy termikus és két katalitikus folyamat, mindegyik exoterm. 1 2,3 Termikus. A H 2 S mintegy harmada alakul így át. Két katalitikus reakció, alacsonyabb hőmérsékleten. A maradék 1-2% H 2 S gázt és a kenet SO 2 -vé oxidálják. H 2 S < 5 ppm. Dr. Pátzay György 54 27
Termikus krakkolás Kezdetben 800 C, 700 kpa nehézolajok hőbontása, túl sok koksz keletkezett. Termikus krakkolás gőz jelenlétében Etán, bután, benzin krakkolása 810-870 C-on. Tipikus termék: etilén. Viszkozitás törés A termikus krakkolás enyhe formája 420-510 C-on, a nyersolaj maradék viszkozitását csökkenti, míg a forrpont nem változik. A keletkezett gőzöket hideg gázolajjal kvencselik (gyorsan lehűtik) a krakkolódás leállítására, majd desztillációval szeparálják. A termék gáz, gazolin, gázolaj és maradék. Kokszolás Destruktív termikus krakkoló eljárás, mely során a nehéz maradványokból könnyebb termékek, desztillátumok és petrokoksz keletkezik. Késleltetett kokszolás és folyamatos (fluid) kokszolási technológia ismert. Előbbi szakaszos, utóbbi folyamatos (mozgóágyas) technológia Dr. Pátzay György 55 Katalitikus krakkolás Feladat: molekulatömeg és forrpont csökkentés Katalizátor: savas zeolit a) Reaktor b) sztrippelő c) Regenerátor d) Rizer e) 1) regenerátor vezetéke 2) sztripper vezetéke f) Ciklon g) Légfúvó h) füstgáz turbina i) Kazán j) Frakcionáló k) Abszorber l) Debutanizáló m) depropanizáló Dr. Pátzay György 56 28
Fluid katalitikus krakkolás - FCC Széles körben használják a kőolaj nagymolekulasúlyú frakcióinak feldolgozására; értékesebb, könnyű termékek előállítására. Dr. Pátzay György 57 Hidrokrakkolás Célja a nehezebb párlatok és az aszfaltmentesített olajok átalakítása kerozinná és gázolajjá. Két lépésben végzik: - az első lépésben csökkentik a kiindulási anyagok nitrogén-, kén- és oxigéntartalmú vegyületeinek mennyiségét a második lépés katalizátorának védelmére. - a második lépésben végzik a krakkolást, hidrogénezést és izomerizációt. Az összes lépés exoterm és az izomerizáció kivételével hidrogént fogyaszt. A képződött hőfelesleget hideg kvencselő hidrogéngázzal vezetik el a katalizátorágyról. Nitrogén mentesítés Kén mentesítés Oxigén mentesítés Dr. Pátzay György 58 29
Katalitikus reformálás (platforming) Feladat: oktán szám növelés, aromás termelés Katalizátor: Pt alumíniumoxidon (ónnal ötvözve) (endoterm, 500 C, 25 atm) a) hőcserélő b) kemence c), d), e) reformáló reaktorok f) katalizátor regeneráló g) szeparátor h) stabilizáló oszlop i) gáz recirkuláltató kompresszor j) termék hűtő. Dr. Pátzay György 59 Az endoterm reakciók miatt több kemencét kapcsolnak sorba A magas hőmérséklet kedvez az aromás képződésnek és a gyors reakciónak, de elősegíti a krakkolódást és a kokszképződést is. A krakkolódás miatt a katalizátor felületén koksz képződik, ezt nagy nyomású hidrogéngáz bevezetésével és recirkulációjával csökkentik. A hidrogén bevezetése kismértékben csökkenti az aromások képződését. A katalizátor felületéről a kokszot időnként levegő és nitrogén gázok elegyével leégetik. Tipikus nyersanyag 65% paraffinokat, 20% nafténokat és 15% aromásokat tartalmaz ~50-es oktánszámmal. A reformálás után az összetétel: 45% paraffinok, 0% naftének és 55% aromások 100-as oktánszámmal. Dr. Pátzay György 60 30
Maradékfeldolgozó eljárások Feladat: a fehérárúk arányának növelése H-be és C-ki H-in és C-out folyamatok Dr. Pátzay György 61 Benzin keverőkomponens gyártás MTBE (metil-tercier-butil-eter): oktánszám javító és égésfokozó; magas metanol es olefinek reakciójával előállított oktánszámú oxigenát típusú benzin komponens. Alkilát benzin jó oktánszámú műbenzin finomítói C4 frakcióból Mindkét eljárásban savas katalízis! Polimerbenzin (oligomer) előállítása Kis szénatomszámú szénhidrogéneket (propilén, butének) di- és trimerizálják, szilárd hordozóra vitt foszforsav (Ipatjev katalizátor) jelenlétében 150-200 0 C-on, 35-70 bar nyomáson. Dr. Pátzay György 62 31
Alkilezés (alkilátbenzin) Cél: 7-9 szénatomszámú izoparaffinok előállítása. Izobutánt olfinekkel (propilén, butén, pentén) alkilezik erősen savas katalizátor (HF, cc. H 2 SO 4 ) jelenlétében. Az eljárás végterméke magas oktánszámú es kis szenzibilitású motorbenzin-komponens. A HF katalizált alkilezés egyszerűsített folyamatábrája Dr. Pátzay György 63 KŐOLAJFINOMÍTÓK Dr. Pátzay György 64 32
KŐOLAJFINOMÍTÓK A kőolajfinomítók kiépítettsége, a kapcsolódási sémák milyensége erősen eltérő. Létezik azonban egy jelzőszám, nevezetesen a Nelson Komplexitási Index, (NKI) amellyel az egyes finomítók kiépítettségét jellemezni szokták. Természetesen ez a számszerűsítés némileg önkényes alapokon nyugszik, de az egyes finomítók összehasonlítására alkalmas és általánosan használatos. Integrált finomítói struktúrák: 1. Hidrogénező- lefölöző (hidroskimming) finomító 2. Katalitikus krakkoló és viszkozitástörő finomító 3. Hidrokrakkoló-katalitikus krakkoló finomító 4. Hidrokrakkoló-kokszoló finomító Dr. Pátzay György 65 1. Hidrogénező-lefölöző (Hydroskimming) Atmoszférikus desztilláció Kéntelenítő (Claus üzem) Reformáló Dr. Pátzay György 66 33
2. Katalitikus krakk és viszkozitástörés Atmoszférikus és vákuumdesztilláció Viszkozitástörő Katkrakk (FCC) Kéntelenítő Reformáló Hidrogénező Dr. Pátzay György 67 3. Hidrokrakk katalitikus krakk Atmoszférikus és vákuumdesztilláció Viszkozitástörő Katkrakk (FCC) Kéntelenítő Reformáló Hidrogénező Hidrokrakk Alkilező Mindegyikből jön ki fűtőolaj!!! Dr. Pátzay György 68 34
Integrált finomítói struktúrák 1. Hydroskimming Atmoszférikus desztilláció Kéntelenítő (Claus üzem) Reformáló 2. Katkrakk és viszkozitástörés Atmoszférikus és vákuumdesztilláció Viszkozitástörő Katkrakk (FCC) Kéntelenítő Reformáló Hidrogénező 3. Hidrokrakk katkrakk Atmoszférikus és vákuumdesztilláció Viszkozitástörő Katkrakk (FCC) Kéntelenítő Reformáló Hidrogénező Hidrokrakk Alkilező Mindegyikből jön ki fűtőolaj!!! Dr. Pátzay György 69 4. Hidrokrakk késleltetett kokszolás Nincs fűtőolaj, csak petrokoksz! Dr. Pátzay György 70 35
Dr. Pátzay György 71 Dr. Pátzay György 72 36
MOL Finomítók SCHWECHAT Capacity: 9.8 mtpa NCI: 6.2 Duna Kapacitás: 8.1 Mt/é NCI: 10.6 Mantova - IES Kapacitás: 2.6 Mt/é NCI: 8.4 Sisak Kapacitás: 2.2 Mt/é NCI: 6.1 Rijeka Kapacitás: 4.5 Mt/é NCI: 5.8 Bratislava Kapacitás: 6.1 Mt/é NCI: 11.5 Dr. Pátzay György 73 Európai finomítók komplexitása és HDS képessége Dr. Pátzay György 74 37
Európai finomítók anyagfelhasználása és kibocsátásai Dr. Pátzay György 75 MOTORHAJT ÓANYAGOK Dr. Pátzay György 76 38
Motorbenzin: optimális illékonyság a karburáláshoz, ne legyen korrózióagresszív, ne képződjön gyanta, jó kompressziótűrés. Gázolaj: megfelelő viszkozitás (szivattyúzás), alacsony dermedéspont, ne legyen hajlamos a kokszképződésre, jó legyen a gyulladási hajlama. Kerozin: a nagy magasságra jellemző hidegben is folyékony maradjon, nyomokban se tartalmazzon vizet, ami megfagyhat, magas hőmérsékleten ne oxidálódjon, ne legyen hajlamos a kokszképződésre (fúvóka eltömődés). Szigorú termékszabványok, egyezményes mérőszámok, s újabban számos környezetvédelmi követelmény. Dr. Pátzay György 77 Modern üzemanyagok: benzin Otto motorhoz Négyütemű Beszívja az üzemanyag-levegő keveréket Komprimálja és adott időben gyújt Égés és kiterjedés (munkavégző ütem) Kipufogás Oktánszám mérése: A mérendő benzint izooktánból (izooktán-c 8 H 18 ) és n- heptánból (C 7 H 16 ) komponált keverékkel hasonlítják össze. A mérendő benzinnel kompressziótűrés szempontjából azonos tulajdonságokkal rendelkező keverék térfogatszázalékban megadott izooktán tartalmát nevezzük a benzin oktánszámának. Tehát például a 95-ös benzin kompresszió-tűrése azonos a 95 V/V% i-oktánt és 5 V/V% n-heptánt tartalmazó keverékével. a) gyulladás nélkül b) normál égés c) kopogó égés d) felső holtpont Dr. Pátzay György 78 39
Otto motor működése Üzemanyag: benzin Az első ütem: a szívás A második ütem: a sűrítés A harmadik ütem: terjeszkedés (expanzió) A negyedik ütem: a kipufogás http://library.thinkquest.org/c006011/english/sites/ottomotor.php3?v=2 Dr. Pátzay György 79 Benzin minősége - oktánszám: kompressziótűrés jellemzője - sűrűség - illékonyság - kezdő és végforrpont - aromástartalom - kéntartalom Keverőkomponensek: Straight-run benzin, bután, pirolízis benzin, krakk benzin, kokszoló benzin, reformátum, izomerizátum, alkilát benzin, polimer benzin, MTBE (metil terc-butil éter) Dr. Pátzay György 80 40
Benzin komponensek Straight-run benzin Krakkbenzin: termikus és katalitikus Reformátum Izomerizátum Alkilátbenzin Polimer benzin Oxigenátok (MTBE, ETBE) Dr. Pátzay György 81 RON: kísérleti oktánszám MON: motor oktánszám Dr. Pátzay György 82 41
Dr. Pátzay György 83 Modern üzemanyagok: gázolaj Diesel motor Az üzemanyag-levegő keverék heterogén, a gyújtás termikus Az üzemanyagot a felhevült levegőbe fecskendezi be a kompressziós ütem végén, ahol magától begyullad. A gázolaj cetánszáma megegyezik annak a cetán-alfa-metil naftalin elegynek a cetán tartalmával térfogat %-ban, melynek gyulladási hajlama megegyezik a vizsgált gázolajéval. Kívánatos érték: 50-60 A cetánszámot az oktánszámhoz hasonlóan szabványosított motor vizsgálati módszerrel állapítják meg. A vizsgálandó gázolajat összehasonlítják a n-cetán és alfa-metil naftalin keverékkel. A cetán C 16 H 34 jó gyulladási hajlamát 100-nak veszik, míg a rossz gyulladási hajlamú alfa-metil naftalinét 0-nak. a) zajos égés b) normál égés c) égés nélkül d) késleltetett gyulladás1 e) késleltetett gyulladás2 f) felső holtpont, g) injektálási periódus Dr. Pátzay György 84 42
Diesel motor működése Üzemanyag: gázolaj http://www.k-wz.de/uebersicht.html http://library.thinkquest.org/c006011/english/sites/diesel.php3?v=2 Dr. Pátzay György 85 Dr. Pátzay György 86 43
Diesel üzemanyag komponensek Straight-run középfrakció, közepes mennyiségű aromás, kevés olefin, sok paraffin Termikus és katkrakk gázolaj, hidrogénezés után kevés aromás és olefin, sok paraffin Krakk gázolaj, sok aromás Hidrokrakk gázolaj, kevés aromás és olefin, sok paraffin Szintetikus gázolaj: SMDS (Shell Middle Distillate Synthesis), Fischer- Tropsch, csak paraffin Kerozin, paraffinban gazdag Dr. Pátzay György 87 Dr. Pátzay György 88 44
Rakéta: magával viszi az éghető és az égést tápláló anyagot is! Turbójet Üzemanyag: kerozin Dr. Pátzay György 89 K A T A L I Z Á T O R O K Dr. Pátzay György 90 45
Kenőanyagok Feladata: súrlódási ellenállás csökkentése, tömítés, súrlódási hő elvezetése, védelem a kémiai behatásokkal szemben. Motorolajok (<0,5%-a az üzemanyagnak) Előállítás: intermedierbázisú kőolajból, vákuumdesztillációval, majd finomítással. Fontos jellemző a viszkozitás és a viszkozitási index. Adalékok: javítják az olaj tulajdonságait (kenőképesség, szennyezésfelvétel, stabilitás), viszkozitási index növelő, dermedéspont csökkentő, inhibítorok, detergensek. Szintetikus kenőanyagok: különleges tulajdonságúak, könnyebben lebomlanak a környezetben. Hűtő-kenő folyadékok, fémmegmunkáláshoz. Dr. Pátzay György 91 Kenőolajokok előállítása Régebben paraffinmentes nafténbázisú kőolajból állították elő, jelenleg főleg intermedier típusú kőolajok vákuumdesztillációs termékeiből. A kenőolajblokk technológiái: Propános bitumenmentesítés Oldószeres finomítás Oldószeres paraffinmentesítés Utófinomítás Keverés, adalékolás A gudron bitumenmentesítését propános extrakcióval végzik. A paraffinok jól oldódnak a propánban. A paraffinos olajpárlatokat oldószeres finomításnak vetik alá. Nafténes, aromás komponensek kioldása fenollal vagy furfurollal. A finomított olajok hosszú szénláncú paraffinjai mellől az olajokat keton-aromás oldószer eleggyel hűtéssel oldják ki, amikor a paraffinok kiválnak. Az utófinomítás során hidrogénezéssel katalitikusan (Co/Mo) hidrogénezik (kettős kötések), majd keveréssel állítják elő a kenőolajat. Dr. Pátzay György 92 46
Dr. Pátzay György 93 Dr. Pátzay György 94 47
Dr. Pátzay György 95 Hidrosztatikus kenés folyadéktöréssel Kenőanyag szerkezetek, amelyek érzékenyek a nyírófeszültséggel szemben Dr. Pátzay György 96 48
Viszkozitási index ábrázolása Viszkozitás: - más elnevezéssel a belső súrlódás - egy gáz vagy folyadék belső ellenállásának mértéke a csúsztatófeszültség gel szemben - a folyadék folyással szembeni ellenállása, ami a hőmérséklet függvényében változik Dr. Pátzay György 97 VI a viszkozitási index U - a vizsgált olajminta kinematikai viszkozitása 40 C on (mm²/s) L - annak az alapolajnak a viszkozitása 40 C on (mm²/s), amelynek viszkozitási indexe 0, és viszkozitása 100 C on megegyezik a vizsgált olajminta viszkozitásával H - annak az alapolajnak a viszkozitása 40 C on (mm²/s), amelynek viszkozitási indexe 100, és viszkozitása 100 C on megegyezik a vizsgált olajminta viszkozitásával. D=L-H A viszkozitási index az olaj viszkozitásának változására utal, a hőmérséklet változásának függvényében. Minél magasabb az index, annál stabilabb az olaj viszkozitása, azaz annál kevésbé befolyásolja a hőmérséklet változása. Azt az olajat tekintjük értékesebbnek, melynek kevésbé változik a viszkozitása a hőmérséklet-változás hatására. Ha a viszkozitás kétszeres logaritmusát (tehát a viszkozitás logaritmusának a logaritmusát) ábrázoljuk az abszolút hőmérséklet logaritmusának a függvényében, közelítően egyenest kapunk. Ebből adódóan két hőmérsékleten mért viszkozitás meghatározásával más hőmérsékletekre is tudunk interpolálni ill. extrapolálni, ha a kérdéses hőmérséklet abba a tartományba esik, ahol még fennáll a linearitás. A relatív minősítésre a viszkozitási index (VI). A relatív minősítés lényege, hogy az olaj viszkozitás-hőmérsékleti viselkedését két, önkényesen kiválasztott alapolaj sorozat viselkedéséhez hasonlítjuk. Dr. Pátzay György 98 49
A fokot (viszkozitási index) az üzemeltetés színhelyéül szolgáló ország éghajlati zónájának megfelelően kell kiválasztani. A viszkozitási index és a hőmérséklet összefüggését az alábbi ábra mutatja. Dr. Pátzay György 99 50