Szénelőfordulások Szenek tulajdonságai Szénbányászat Szénelőkészítés Szénfeldolgozás széncseppfolyósítás kokszolás Dr. Pátzay György 1 Dr. Pátzay György 2 Analitikai adat Különböző szenesedésű szenek analitikai adatai 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 Szenesedési sor: atomarányok H/C vs. O/C Dr. Pátzay György 3 Dr. Pátzay György 4 1
Felszíni szénbánya Szénrétegek hozzáférhetősége Földalatti szénbányászat Rajnavidéki lignit bánya rekultivációja Dr. Pátzay György 5 Dr. Pátzay György 6 Szénhasznosítási és feldolgozási eljárások 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 műszén Dr. Pátzay György 7 VAM PVA ecetsav ketén diketén & vegyületek VAM-vinil-acetát-monomer acetát észterek metil acetát ecetsav anhidrid etilén& propilén oxo-vegyületek poliolefinek 2
Wisermodellje a szén szerkezetéről Primérés szekunder reakciók a szén pirolízise közben Az illékony anyag tartalom, lágyuláspont és bomlási pontok a szénre Dr. Pátzay György 9 Dr. Pátzay György 10 Szénhamu komponensei Hamutartalom SZÉNCSEPPFOLYÓSÍTÁSI ELJÁRÁSOK Fajtái: pirolízis közvetett és közvetlen cseppfolyósítás Szénhamu összetétel változásai 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), 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. (Nimetán, Co, Feetán, 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 11 Dr. Pátzay György 12 3
Az elgázosítás kémiája Primer szén pirolízis 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 13 Dr. Pátzay György 14 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 4
Elgázosító konfigurációk Mozgó ágyas Kihordásos áramlású Fluidizált ágyas Cirkulációs Dr. Pátzay György 17 Rögzített-ágyas elgázosító reaktorok Alsó kiömlésű felső kiömlésű középső kiömlésű elgázosítók Fluidágyas elgázosító reaktorok HTW Gasifier KRW gasifier IDGCC gasifier Kihordásos elgázosítók Texaco Cocnoco-Philips Siemens LurgiCFB gasifier KBR gasifier U-gasGasifier Dr. Pátzay György 19 Dr. Pátzay György 20 5
Lurgi Ruhrgas eljárás Elgázosító reaktorok jellemzői 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 Dr. Pátzay György 22 Kigázosítás(1501200 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 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 Ammóniaoldat 60-145 L könnyűolaj 10-15 L Dr. Pátzay György 23 Dr. Pátzay György 24 6
Kokszgyártás lépései 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 25 Dr. Pátzay György 26 Kőolaj és földgáz keletkezése és előfordulása 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 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, Araltó, 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 7
Kőolaj és földgáz készletek 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 Dr. Pátzay György 29 Összetétel a világ összes kőolaját tekintve: ~30% paraffinok, 40% naftének, 25% aromások Dr. Pátzay György 30 A kőolaj összetevői Logisztika 4. Értékesítés Alkánok Naftének 1. Kitermelés szárazon és vízen 2. Szállítás 3. Feldolgozás, finomítás 5. Felhasználás Aromások Dr. Pátzay György 31 Dr. Pátzay György 32 8
Kőolaj logisztikája A mélyfúrás története 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 Dr. Pátzay György 34 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 9
Földgáz Földgáz logisztikája Földgáz összetétele - CH 4, N 2, E, PB, H 2 S, CO 2, H 2 O, He - Metános, széndioxidos, nedves gázok Lelőhelyek szerint - önálló lelőhely - kísérő gáz, kőolajhoz kötődik Folyadéktartalom szerint nedves gáz száraz gáz 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 ) Éghetőség alapján - éghető gázok (inert tartalom 60 % alatt) - inert gázok 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 37 Dr. Pátzay György 38 PB gáz Földgázfeldolgozás A PB gázt mesterségesen állítják elő nyersolaj lepárlásával, vagy a földgázból leválasztva. Nyomás alav 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 Dr. Pátzay György 40 10
Földgáz kezelése Földgáz kezelése Kéneltávolítás Higany eltávolítás Víztelenítés Szénhidrogének kivonása Széndioxid és kénvegyületek eltávolítása Dr. Pátzay György 41 Dr. Pátzay György 42 A kőolajfeldolgozás és finomítás lépései A modern kőolajfeldolgozás tipikus folyamatábrája Gázkezelés PB gáz (4-5 %) KŐOLAJ Desztilláció Benzin reformálás 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%) EGYÉB (*) Koksz & Bitumen (5-15%) Dr. Pátzay György 43 Dr. Pátzay György 44 11
A kőolaj fizikai és kémiai kezelései Desztilláció - fizikai kőolajfeldolgozás Desztilláció Fizikai Szolvens extrakció Propános aszfaltmentesítés Oldószeres paraffin mentesítés Blendelés (keverés) Termikus Viszkozitás törés Késleltetett kokszolás Flexicoking Kémiai Katalitikus Hidrogénezés Katalitikus reformálás Katalitikus krakkolás Hidrokrakkolás Katalitikus paraffinmentesítés Alkilálás Polimerizálás Izomerizálás 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 Hajtóanyagokfelhasználása: Otto motor- benzin (oktánszám, aromás tartalom, illékonyság) Gázturbina- kerozin(kéntartalom) Diesel motor- gázolaj(cetánszám, kéntartalom, dermedéspont) Dr. Pátzay György 45 Dr. Pátzay György 46 Finomítói folyamatok: desztilláció Desztillált kőolajfrakciók továbbfeldolgozása 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 Kénmentesítés katalitikus! Krakkolás katalitikus! Hidrokrakkolás katalitikus! Reformálás katalitikus! Maradékfeldolgozás termikus Keverő komponens gyártás katalitikus! Dr. Pátzay György 47 Dr. Pátzay György 48 12
Desztillált kőolajfrakciók továbbfeldolgozása Kőolaj feldolgozó technológiák 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 SH 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 Krakkolás Dehidrogénezés (reformálás) Dehidro-ciklizálás Izomerizálás (alkánok és alkil-aromások) Dr. Pátzay György 50 Hidrogénezés Hidrokrakkolás Izomerizálás Dr. Pátzay György Kondenzáció-kokszképződés 51 Dr. Pátzay György 52 13
Kénmentesítés - gázolaj hidrodeszulfurizálás Feladat: kéntartalom csökkentése Katalizátor: Mo, Co, Ni szulfid Kénmentesítés Claus eljárás: egy termikus és két katalitikus folyamat, mindegyik exoterm. 1 Termikus. A H 2 S mintegy harmada alakul így át. a) folyamat kemence b) reaktor c) nagy nyomású szeparátor d) kis nyomású szeparátor e) gázolaj sztrippelő f) gázolaj szárító g) sztrippelő fej tartály 2,3 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 53 Dr. Pátzay György 54 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. Katalitikus krakkolás Feladat: molekulatömeg és forrpont csökkentés Katalizátor: savas zeolit 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 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 55 Dr. Pátzay György 56 14
Fluid katalitikus krakkolás - FCC Hidrokrakkolás Széles körben használják a kőolaj nagymolekulasúlyú frakcióinak feldolgozására; értékesebb, könnyű termékek előállítására. 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 57 Dr. Pátzay György 58 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. 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 59 Dr. Pátzay György 60 15
Maradékfeldolgozó eljárások Benzin keverőkomponens gyártás Feladat: a fehérárúk arányának növelése H-be és C-ki H-in és C-out folyamatok 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 61 Dr. Pátzay György 62 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. KŐOLAJFINOMÍTÓK A HF katalizált alkilezés egyszerűsített folyamatábrája Dr. Pátzay György 63 Dr. Pátzay György 64 16
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 1. Hidrogénező-lefölöző (Hydroskimming) Atmoszférikus desztilláció Kéntelenítő (Claus üzem) Reformáló Dr. Pátzay György 65 Dr. Pátzay György 66 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 17
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 Dr. Pátzay György 71 Dr. Pátzay György 72 18
MOL Finomítók SCHWECHAT Capacity: 9.8 mtpa NCI: 6.2 Európai finomítók komplexitása és HDS képessége 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 Dr. Pátzay György 74 Európai finomítók anyagfelhasználása és kibocsátásai MOTORHAJTÓANYAG OK Dr. Pátzay György 75 Dr. Pátzay György 76 19
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 Oktánszámmérése: a) gyulladás nélkül Amérendőbenzintizooktánból(izooktán-C 8 H 18 )ésnheptánból (C 7 H 16 ) komponált keverékkel hasonlítják b) normál égés össze. A mérendő benzinnel kompressziótűrés szempontjából azonos tulajdonságokkal rendelkező c) kopogó égés 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. d) felső holtpont Dr. Pátzay György 78 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 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 79 Dr. Pátzay György 80 20
Benzin komponensek Straight-run benzin Krakkbenzin: termikus és katalitikus Reformátum Izomerizátum Alkilátbenzin Polimer benzin Oxigenátok(MTBE, ETBE) RON: kísérleti oktánszám MON: motor oktánszám Dr. Pátzay György 81 Dr. Pátzay György 82 Modern üzemanyagok: gázolaj Dr. Pátzay György 83 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 21
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 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 22
K Rakéta: magával viszi az éghető és az égést tápláló anyagot is! A T A L Turbójet I Z Á T O R Üzemanyag: kerozin O Dr. Pátzay György 89 K Dr. Pátzay György 90 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. 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 91 Dr. Pátzay György 92 23
Dr. Pátzay György 93 Dr. Pátzay György 94 Hidrosztatikus kenés folyadéktöréssel Kenőanyag szerkezetek, amelyek érzékenyek a nyírófeszültséggel szemben Dr. Pátzay György 95 Dr. Pátzay György 96 24
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 Viszkozitási index ábrázolása Dr. Pátzay György 97 VI a viszkozitásiindex U -a vizsgáltolajmintakinematikaiviszkozitása40 C on (mm²/s) L - annakazalapolajnaka viszkozitása40 C on (mm²/s), amelynek viszkozitásiindexe0, ésviszkozitása100 C on megegyezika vizsgált olajminta viszkozitásával H - annakaz alapolajnaka viszkozitása40 C on (mm²/s), amelynek viszkozitásiindexe100, ésviszkozitása100 C on megegyezika vizsgáltolajmintaviszkozitásával. 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 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 25