3515 Miskolc-Egyetemváros 2 TVK NyRt. Olefin Üzemcsoport. tuncyyy0122@gmail.com; kerezsi@tvk.hu; kemjutka@uni-miskolc.hu



Hasonló dokumentumok
Olefingyártás indító lépése

VEGYIPARI BENZIN SŰRŰSÉGÉNEK HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE A KOMPONENS-ÖSSZETÉTEL FIGYELEMBEVÉTELÉVEL

Pirolizáló kemence matematikai modellezése és számítógépes szimulációja

Olefingyártás Etilén és propilén előállítása

Olefingyártás, benzin pirolízis

Termékhozam-szerkezetek vizsgálata az alapanyag-szerkezet függvényében a TVK NyRt. Olefin-2 üzemében. Készítette: Tóth Anikó

KI TUD TÖBBET A KŐOLAJ-FELDOLGOZÁSRÓL? 2. FORDULÓ TESZT CSAPATNÉV

1. feladat Összesen: 26 pont. 2. feladat Összesen: 20 pont

KŐOLAJFELDOLGOZÁSI TECHNOLÓGIÁK

Olefingyártás Etilén és propilén előállítása

VEGYIPARI RENDSZEREK OPTIMALIZÁLÁSA

Veszprémi Egyetem, Ásványolaj- és Széntechnológiai Tanszék

REAKCIÓKINETIKA ÉS KATALÍZIS

Pirolízis a gyakorlatban

Ki tud többet a kőolajfeldolgozásról? 2. forduló Kőolaj-feldolgozás

Gőz-folyadék egyensúly

Többjáratú hőcserélő 3

SZERVES KÉMIAI TECHNOLÓGIÁK

1. Ábra Az n-paraffinok olvadáspontja és forráspontja közötti összefüggés

A kőolaj-finomítás alapjai

Innovációs leírás. Hulladék-átalakító energiatermelő reaktor

Ki tud többet a kőolajfeldolgozásról? 2. forduló Kőolaj-feldolgozás

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013. (III. 28.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

A kőolaj finomítás alapjai

Mobilitás és Környezet Konferencia

Mekkora az égés utáni elegy térfogatszázalékos összetétele

Energia- és Minőségügyi Intézet Tüzeléstani és Hőenergia Intézeti Tanszék. Energiahordozók

OLDÓSZEREK DUNASOL FELHASZNÁLÁSI TERÜLET. Az alacsony aromás- és kéntartalmú oldószercsalád

Összefoglalás. Telített Telítetlen Aromás Kötések Csak -kötések és -kötések és delokalizáció. Kötéshossz Nagyobb Kisebb Átmenet a kettő között

ETÁN ÉS PROPÁN ÁTALAKÍTÁSA HORDOZÓS PLATINAFÉM- ÉS RÉNIUM- KATALIZÁTOROKON

Jobban ismeri a világot az, aki a kémiát szereti

A magasabb feldolgozottsági fokú kiindulási anyag, amely a termék jellegét adja, az alapanyag.

KÉMIA FELVÉTELI DOLGOZAT

EGYEDI AROMÁSOK TOLUOL

Alkánok összefoglalás

Laboratóriumi technikus laboratóriumi technikus Drog és toxikológiai

DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI

Mobilitás és Környezet Konferencia

STS GROUP ZRt. FUELCELL (Hidrogén üzemanyagcellás erőművek). Előadó: Gyepes Tamás (Elnök Igazgató) Kriston Ákos. Vándorgyűlés előadás,

Sztöchiometriai feladatok. 4./ Nagy mennyiségű sósav oldathoz 60 g 3 %-os kálcium-hidroxidot adunk. Mennyi kálciumklorid keletkezik?

Folyamatok tervezése és irányítása - BME VEFK M /19/02 Oktatók: Dr. Mizsey Péter, Dr. Havasi Dávid, Stelén Gábor, Dr. Tóth András József

PETROLKÉMIAI TECHNOLÓGIÁK Olefinek előállítása DEBRECENI EGYETEM évi kurzus Dr. Gál Tivadar (MOL PETCHEM) november

Aromás és Xilolizomerizáló Üzem bemutatása

Műanyaghulladék menedzsment

2004.március A magyarországi HPV lista OECD ajánlás szerint 1/6. mennyiség * mennyiség* kategória ** (Use pattern)

Előadó: Varga Péter Varga Péter

Javító vizsga követelményei kémia tantárgyból augusztus osztály

EURÓPAI PARLAMENT. Ülésdokumentum

Szent-Györgyi Albert kémiavetélkedő Kód

OLDÓSZEREK XILOLELEGY ( IPARI XILOL, X-5 )

Konszolidált mûködési adatok

HŐBONTÁSON ALAPULÓ GUMI- ÉS MŰANYAG HULLADÉK HASZNOSÍTÁSA, HAZAI FEJLESZTÉSŰ PIROLÍZIS ÜZEM BEMUTATÁSA.

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

1. táblázat. Egyedi szénhidrogének néhány jellemző tulajdonsága. Szénatomszám Vegyület neve Forrás- Fűtőérték Kristályosodáspont,

Tüzeléstan előadás Dr. Palotás Árpád Bence

SZABADALMI IGÉNYPONTOK. képlettel rendelkezik:

Tiszta széntechnológiák

A GAMMA-VALEROLAKTON ELŐÁLLÍTÁSA

KORSZERŰ ÜZEMANYAGKOMPONENSEK ELŐÁLLÍTÁSA OLIGOMERIZÁCIÓVAL KÖNNYŰ OLEFIN-TARTALMÚ SZÉNHIDROGÉN FRAKCIÓKBÓL

4. Kőolaj feldolgozó technológiák, frakcionálás, krakkolás, környezeti hatásaik

Badari Andrea Cecília

Szénhidrogén elegy rektifikálásának modellezése

PiAndTECH FluidKAT katalitikus izzóterek

Agrár-környezetvédelmi Modul Agrár-környezetvédelem, agrotechnológia. KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc

GÁZTURBINÁS LÉGI JÁRMÛVEK TÜZELÔANYAGAI MOL JET-A1

LABORATÓRIUMI PIROLÍZIS ÉS A PIROLÍZIS-TERMÉKEK NÉHÁNY JELLEMZŐJÉNEK VIZSGÁLATA

PhD értekezés tézisei. Széchenyi Aleksandar. Témavezető: Dr. Solymosi Frigyes Akadémikus. MTA Reakciókinetikai Kutatócsoport

Közlekedési emissziók időbeli változása nagy forgalmú ausztriai alagútban végzett mérések alapján

Környzetbarát eljárások BSc kurzus, A zöld kémia mérőszámai. Székely Edit

1. feladat Összesen: 15 pont. 2. feladat Összesen: 10 pont

A 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet (25/2014 (VIII.26) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Jellemző szénhidrogén típusok

zeléstechnikában elfoglalt szerepe

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Hulladékból energiát technológiák vizsgálata életciklus-elemzéssel kapcsolt energiatermelés esetén Bodnár István

FOLYÉKONY BIOÜZEMANYAGOK

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2010/2011. tanév Kémia I. kategória 2. forduló Megoldások

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

A termikus hőbontás technológiájának analitikai kémiai háttere és anyagminőségi kérdései

Szerves Kémia. Farmakológus szakasszisztens képzés 2012/2013 ősz

Készítették: Márton Dávid és Rác Szabó Krisztián

Energiagazdálkodás és környezetvédelem 3. Előadás

DETERMINATION OF SHEAR STRENGTH OF SOLID WASTES BASED ON CPT TEST RESULTS

2. Technológiai rendszerek- Sisteme de producţie

Thermoversus Kft. Telefon: 06 20/ Bp. Kelemen László u. 3 V E R S U S

GÁZTISZTÍTÁSI, GÁZNEMESÍTÉSI ELJÁRÁSOK ÖSSZEHASONLÍTÁSA

MAGYAR ÉLELMISZERKÖNYV. Codex Alimentarius Hungaricus /344 számú előírás Az élelmiszerek előállítása során felhasználható extrakciós oldószerek

1. feladat Összesen: 8 pont. 2. feladat Összesen: 12 pont. 3. feladat Összesen: 14 pont. 4. feladat Összesen: 15 pont

ENERGETIKAI SZAKREFERENSI ÉVES JELENTÉS

Major Ferenc részlegvezető ACIS Benzinkúttechnika kft.

Ki tud többet a kőolajfeldolgozásról? 2. forduló Kőolaj-feldolgozás

A MOL A MOL MOTORBENZINEKRŐL ECO+ AUTÓGÁZRÓL ALCÍM. A MOL eco+ Autógázról

100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 20%.

Útmutató az elérhető legjobb technika meghatározásához az egyszerű szénhidrogének gyártása terén

A szén-dioxid megkötése ipari gázokból

23/2001. (XI. 13.) KöM rendelet

1. feladat Összesen 10 pont. 2. feladat Összesen 10 pont

A XVII. VegyÉSZtorna II. fordulójának feladatai, október 22.

23/2001. (XI. 13.) KöM rendelet

Átírás:

Anyagmérnöki Tudományok, 37. kötet, 1. szám (2012), pp. 423 433. AZ OLEFINGYÁRTÁSHOZ SZÜKSÉGES ALAPANYAGOK ÖSSZETÉTELÉNEK HATÁSA A MONOMER KIHOZATALRA EFFECT OF FEEDSTOCK COMPOSITION ON MONOMER YIELD FOR OLEFIN PRODUCTION VARGA TÜNDE 1, KEREZSI JÁNOS 2, NÉMETHNÉ SÓVÁGÓ JUDIT 1 1 Miskolci Egyetem, Kémia Intézet 3515 Miskolc-Egyetemváros 2 TVK NyRt. Olefin Üzemcsoport tuncyyy0122@gmail.com; kerezsi@tvk.hu; kemjutka@uni-miskolc.hu A poliolefinek gyártásához monomerként alkalmazott etilén és propilén előállítása többnyire pirolízissel történik rendkívül bonyolult technológiai rendszerben. Jelen közleményben bemutatjuk a gőzkrakkoláson alapuló olefingyártás technológiájának összefoglalásán túlmenően a felhasznált alapanyagokat, vizsgáljuk továbbá az alapanyagösszetételnek a termékhozamra gyakorolt hatását. Összefoglaljuk a napjainkban alkalmazható egyéb alternatív olefingyártási lehetőségeket is. Kulcsszavak: olefin, monomer, termékhozam, pirolízis, vegyipari benzin. The ethylene and propylene, which is necessary for the polyolefin production, mainly is produced by pyrolysis in the extraordinarily complex technological system. In present article the used feedstocks and their composition effect on yield distribution is shown over the review of main steps of steam cracking olefin production technology. The other alternative olefin production possibilities are shortly summarized, too. Keywords: olefin, monomer, yield, feedstock, pyrolysis, naphtha. Bevezetés A petrolkémiai technológiák tárgykörébe tartoznak azok az eljárások, amelyek kőolajból vagy annak valamilyen párlatából, származékából kémiai úton különböző termékeket állítanak elő. A petrolkémiai komplexumok munkáját megelőzően a kitermelt kőolaj a finomítóba kerül, ahol az egyes vegyületcsoportok forráspontbeli különbségén alapuló desztillációval frakcionálják azt, vagyis a nyersolajat különböző párlatokra bontják. Régiónkban etilén- és propilén gyártás céljából leggyakrabban alapanyagként a kőolaj finomítás során képződő olyan magas normál- és izoparaffin tartalommal rendelkező frakciók használatosak, amelyeknek nem, vagy csak részben alkalmazhatók motorhajtó anyagként történő felhasználásra. Ismernünk kell ezeknek a frakcióknak a pontos összetételét, mivel az meghatározza az olefingyártás során előállított termékszerkezetet. A keletkező etilén és propilén mellett ugyanis jelentős mennyiségű értékes ikertermék is képződik. A gőzkrakkoláson alapuló olefingyártás technológiájában a nagyobb szénatomszámú, telített szénhidrogének magas hőmérsékleten, vízgőz jelenlétében hőbontás hatására kisebb szénatomszámú molekulákra hasadnak szét [2]. A gyártási technológiájára jellemző paraméterek (a hőbontás hőmérséklete, alkalmazott gőz/szénhidrogén alapanyag arány, stb.), ill. az alapanyag minősége is jelentősen befolyásolja a termékösszetételt. Ha ismerjük

424 Varga Tünde Kerezsi János Némethné Sóvágó Judit az alapanyag összetételt, értékes információt nyerhetünk az előállított termék szerkezetre vonatkozóan, így a termelés tervezhetővé válik és a felhasználói igényeknek megfelelően alakítható a megfelelő etilén/propilén arány. Közleményünket elsősorban ismeretterjesztés céljából bevezetőnek szánjuk, melyre építve tervezzük az itt tárgyalt témakörben egy további tudományos közlemény megjelenését is. 1. A gőzkrakkoláson alapuló olefingyártás technológiájának legfontosabb lépései A poliolefin gyártáshoz szükséges alapanyagok (olefinek) előállítása döntően különböző összetételű telített szénhidrogének vízgőz jelenlétében végzett hőbontása útján történik [3]. A folyamat a pirolizáló kemencékben játszódik le, előtte az alapanyagokat (a vegyipari benzint, vegyipari gázolajat, etánt és propánt) hőcserélőkben felmelegítik kb. 100 C-ra. A hőbontás során nem kívánt reakcióban kokszképződés is lejátszódik, amelynek a készülék szerkezeti anyagán történő lerakódása a hőátadási folyamatok romlását idézheti elő. A kokszképződés visszaszorítása céljából az előmelegítés után az elegyet technológiai gőz (ún. hígító gőz) egyidejű, 40 60%-os arányú adagolása mellett vezetik a pirolizáló kemencébe. A vízgőz jelenléte emellett csökkenti a hőbomlás során keletkező komponensek parciális nyomását, elősegítve ezáltal az olefinképződést. Az elegy előbb a kemence konvekciós zónájába kerül (vízszintesen elhelyezett csövekbe), ahol megtörténik a keveredés, és az alapanyag előmelegítése. A hőátadás itt konvektív úton történik, a radiációs zónából felszálló hő kerül hasznosításra. A kemencének ezt a részét ezért nevezik konvektív zónának. Itt az elegy egészen 650 C körüli hőmérsékletre, a pirolízis belépő hőmérsékletére (CIT = Coil Inlet Temperature) melegszik, majd a már gáz halmazállapotú elegy a függőlegesen elhelyezett radiációs csövekbe jut (radiációs zóna), ahol lejátszódnak a hőbontási reakciók. Maga a gyártási technológia igen összetett folyamat, amelyről pl. csak a folyamatok termodinamikáját tekintve több tucat vizsgálat, kutatás, tudományos értekezés született [4]. Mivel a lehetséges másodlagos reakciók száma sem csekély, a 820 850 C-os kilépő hőmérséklettel (COT = Coil Outlet Temperature) rendelkező elegyet egy adiabatikus zónán keresztül vizes kvencshűtőkre vezetik. Itt a pirogáz a másodperc töredéke alatt lehűl 380 470 C-ra, miközben a hűtővízből nagy nyomású (~ 110 120 baros) telített gőz keletkezik. Majd a kvencshűtőkből kilépő gázelegyet további, több lépcsős mosási lépésekben továbbhűtik; először olajos mosókolonán, majd vizes és egyéb mosótornyokon halad keresztül. A mosótornyokat elhagyó gázelegy a szénhidrogének egész sorát tartalmazza, hiszen az egy szénatomos molekuláktól kezdve (C1 frakció) a magasabb szénatom számú molekulákig (pl. C9+ frakció) találhatóak benne vegyületcsoportok. A következő technológiai egység a gázszétválasztó üzemrész, ahol a komponensek forráspontkülönbsége alapján megtörténik a ~1,3 bar nyomású és ~30 C-os hőmérsékletre lehűtött úgynevezett pirogáz frakciókra történő szétválasztása. A technológia során előállított etilén és propilén képezi a legnagyobb részarányt a gőzkrakkoláson alapuló olefingyártási technológia termékstruktúrában (l. alább 3. táblázat). A gázszétválasztó üzemben azonban keletkeznek egyéb ikertermékek is. A négy és öt szénatomos szénhidrogéneket tartalmazó C4/C5 frakcióból további szétválasztás után például értékes komponensként kinyerhető a butadién, amely a poliolefin gyártás során alkalmazott további hasznos kiindulási anyagul szolgálhat. Emellett az alapanyag

Az olefingyártáshoz szükséges alapanyagok összetételének hatása 425 minőségétől és a gyártási paraméterektől függő mennyiségben keletkeznek még egyéb folyékony ikertermékek is, úgymint a benzol toluol frakció (BT), a nyolc szénatom számú többnyire aromás vegyületeket (xilolt) tartalmazó C8 frakció, és a magas fűtőértékkel rendelkező nehezebb, kilenc szénatom számnál magasabb C9+ és a kvencsolaj frakciók. A C6-C8 szénatom számú komponenseket tartalmazó folyadékelegy együttesét a kőolaj finomítókban BTX (benzin-toluol-xilol) frakcióként szokták nevezni. További ikertermékként nem elhanyagolható mennyiségben keletkezik még a technológiában a fűtőgázként is hasznosítható hidrogén és metán. A gőzkrakkoláson alapuló olefin gyártási technológia legfontosabb technológiai egységeit, alapanyag- és termékáramait, ill. a kapcsolódó ipari felhasználási lehetőségeket bemutató blokkvázlatát az 1. ábra mutatja be. 1. ábra. A gőzkrakkoláson alapuló olefingyártás technológiájának leegyszerűsített blokkdiagramja és a kapcsolódó ipari lehetőségek [5] Megjegyezzük, hogy a modern pirolizáló kemencék önálló hőhasznosítással rendelkeznek és gőztermelésre alkalmasak, míg a régebbi kialakítású pirolízis kemencék esetében önálló kazán biztosítja a nagynyomású gőzt. Az 1. ábrán látható kazán tehát a modern technológiák esetében elhagyható.

426 Varga Tünde Kerezsi János Némethné Sóvágó Judit 1.1. Egyéb olefingyártási technológiák Olefin szénhidrogének előállítására a hagyományos gőzkrakkoláson alapuló technológia mellett egyéb, nem tradicionális, alternatív technológiák is ismertek, amely lehetőségeket a 2. ábra foglalja össze [6]. 2. ábra. Olefingyártásra alkalmas egyéb alternatív technológiák Ahogy az a 2. ábrán is látható, a könnyű olefinek előállítása az alapanyagokat tekintve mind a három halmazállapotból történhet. A metanolon keresztül megvalósított olefingyártási technológián (Methanol to Olefin = MTO) kívül említésre méltó a telített szénláncú propánból és butánból történő hidrogén elvonással történő propilén- és butilén előállítás, de elterjedt a gázolaj fluidizált katalitikus krakkolása (FCC) is. Folyamatosan látnak napvilágot új technológiák, mint például a DCC ( Deep Catalytic Cracking ) és a CPP ( Catalytic Pyrolysis Process ) [7]. A DCC technológiában kétzónás katalizátor ágyon történő reakció során könnyű szénhidrogénekből (pl. hexán) rendkívül jó hozammal állítható elő etilén és propilén, ráadásul a technológia flexibilitásának köszönhetően az etilén/propilén arány széles intervallumban változtatható [8]. A CPP katalitikus pirolízis során a gőz pirolízis és a katalitikus krakkolás kombinációjával a kőolajiparból származó szénhidrogén frakciókból állítható elő nagyon jó hozammal alacsony szénatom számú olefintermék. Nagy előnye a technológiának a működési paraméterektől függő rugalmas termékszerkezet, az alacsonyabb üzemeltetési hőmérséklet és a kisebb energiaszükséglet [9]. Hangsúlyozzuk azonban, hogy az ipari méretű olefingyártás világszerte (így Magyarországon is) továbbra is többnyire a szénhidrogének hőbontásával, vagyis a Steam Cracking technológiával valósul meg. 2. A gőzkrakkoláson alapuló olefingyártási technológiában felhasznált alapanyagok és azok összetételének hatása a termékszerkezetre A gőzkrakkoláson alapuló olefingyártáshoz felhasznált alapanyagok régiónként és technológiákként változnak. A 3. ábrán a felhasznált alapanyagok földrajzi régiónkénti

Az olefingyártáshoz szükséges alapanyagok összetételének hatása 427 megoszlása látható. A legnagyobb mennyiségben használt betáplálási anyagok a vegyipari benzin és a vegyipari gázolaj, emellett egyes helyeken használnak etánt, propánt, butánt, könnyű gázolajat, ill. a három- és négy szénatomos telített szénhidrogének elegyét tartalmazó ún. LPG frakciót (Liquified Petroleum Gas) is [1]. 3. ábra. A gőzkrakkoláson alapuló olefingyártáshoz felhasznált alapanyagok földrajzi régiónkénti megoszlása A különböző kémiai összetétellel rendelkező anyagok a hőbontás során másképp krakkolódnak, jelentősen eltérő termékösszetételt eredményezve, amint az a 3. táblázatban is látható [7]. Így elengedhetetlen ismerni a finomítóból érkező alapanyagok minőségét, összetételét a lehetséges termékhozamok piaci igények szerinti alakítása érdekében. Ahogy azt már fentebb is érintettük, az etilén és propilén főtermékek mellett keletkező ikertermékek is említésre méltó gazdasági jelentőséggel bírnak. A C4-frakció jelentős butadién tartalma miatt érdemes ezt az anyagáramot butadién előállítása céljából tovább hasznosítani. Az 1. ábrán is látható, hogy a folyékony pirobenzin feldolgozása során keletkező benzol-toluol-xilol frakció a megfelelő minőségű aromás szénhidrogén termékek előállítása céljából visszavezetésre kerül a Finomítókba, a C9 frakció és a kvencsolaj kiváló fűtőértékénél fogva fűtőanyagként is hasznosítható, ill. a legnehezebb frakciót, a kvencsolajat előszeretettel alkalmazzák az ipari koromgyártás alapanyagaként. Ahogy azt a 4. ábra is mutatja, a gőzkrakkoláson alapuló olefingyártási technológiában legnagyobb mennyiségben felhasznált alapanyag a vegyipari benzin. Ugyanakkor a technológia kialakítása lehetőséget ad arra, hogy a többnyire vegyipari benzint felhasználó ipari komplexumok lehetőségeikhez mérten olyan egyéb alapanyagokat is alkalmazzanak, amelyek jelenlétével a termékszerkezetben az etilén és a propilén mennyisége tovább növelhető (pl. propán, bután stb.). A technológiába tehát egyszerre többféle alapanyag is bevezethető, ezért a kialakuló termékszerkezet igen változatos összetételt mutat.

428 Varga Tünde Kerezsi János Némethné Sóvágó Judit 4. ábra. A gőzkrakkoláson alapuló olefingyártáshoz felhasznált alapanyagok százalékos megoszlása [10] Az alábbiakban szakirodalmi adatok alapján bemutatjuk a gőzkrakkoláson alapuló olefingyártás technológiájában alkalmazott legfontosabb alapanyagok tulajdonságait, átlagos összetételét, és ehhez az összetételhez tartozó átlagos termékszerkezetet. A pirolízis kemencébe betáplálásra kerülő szénhidrogének csoport-összetételének függvényében ismertetjük a kinyerhető termékhozam-szerkezetre vonatkozó legfontosabb összefüggéseket. 2.1. A vegyipari benzin [11] A vegyipari benzin (VB) a motorhajtó üzemanyagok előállítására nem alkalmas, elsősorban olefingyártásra használt folyékony, könnyen illó, gyúlékony kőolajlepárlási termék, amely rendkívül sokféle szénhidrogénnek az elegye. Minősítését az őt alkotó komponensek PI(O)NA százalékos megoszlásának, ill. a sűrűségének megadásával szokták végezni. A PI(O)NA (ipari gyakorlatban is használt) mozaikszó, a benzint alkotó vegyületcsoportok, ill. a belőlük képződött termékek (olefinek) kezdőbetűiből tevődik össze. A vegyipari benzint alkotó csoportok: Paraffinok (normál szénláncú, telített szénhidrogének), Izoparaffinok (elágazó láncú (izo-) paraffinok), Naftének (cikloalkánok), illetve az Aromások (gyűrűs telítetlen aromás szénhidrogének). A mozaikszóban szereplő O betű az olefineket jelöli, de a gyakorlatban legtöbbször nem tűntetik fel, hiszen a vegyipari benzinnek általában nagyon alacsony olefin-tartalma van. A vegyipari benzin sűrűsége 0,75 0,85 g/cm 3 között, a forráspontja pedig összetételtől függően 45 220 C változik [12]. A vegyipari benzinnek az egyes vegyületcsoportokat tartalmazó átlagos összetételét az 1. táblázat mutatja be. Vegyületcsoport % paraffinok 32 izo - paraffinok 38 naftének 18 aromások 12 1. táblázat. Egy tipikus vegyipari benzinösszetétel

Az olefingyártáshoz szükséges alapanyagok összetételének hatása 429 2.2. A vegyipari gázolaj A vegyipari gázolaj többnyire nagyobb molekulatömegű szénhidrogéneket tartalmazó, sokkomponensű elegy. Az összetétele szintén a PI(O)NA-val jellemezhető, hiszen a vegyipari benzinhez hasonlóan de más arányokban ugyanúgy tartalmaz normál- és izoparaffinokat, nafténeket és aromásokat. A vegyipari gázolaj jellemző fizikai tulajdonsága a sűrűség: ~0,85 g/cm 3, a kéntartalom: ~0,17 tömeg % és a forráspont: 180-385 C. A vegyipari gázolajnak az egyes vegyületcsoportokat tartalmazó átlagos összetételét az 2. táblázat mutatja be. 2.3. Az etán [14] Vegyületcsoport % paraffinok 19 izo - paraffinok 24 naftének 32 aromások 25 2. táblázat. Egy tipikus gázolaj-összetétel [11, 13] A 3. ábrán jól láthatóak azok a régiók (pl. Kanada, Közép- és Kelet-Afrika), ahol az etilén előállítása etánból történik. A gyártáshoz felhasznált gáz 95-99%-os tisztaságú, az etán mellett még tartalmazhat metánt és propánt. Az általánosnak mondható 60-70%-os konverziójával az etánból állítható elő a legnagyobb arányban (több mint 50 tömeg %-ban) etilén. 2.4. A propán [15] A propán a kőolaj-finomítás és a földgáz- feldolgozás mellékterméke, amely az etiléngyártás egyik legjobb alapanyaga, könnyebb termikus bontása és viszonylag magas konverziófoka miatt. Az alkalmazott etilén/propilén aránytól függően 70-94%-os konverzió érhető el, amihez 30-40%-os etiléntartalmú termékképződés társul. 2.5. A gőzkrakkoláson alapuló olefingyártás technológiájában alkalmazott alapanyagokból nyerhető termékösszetétel Ahhoz, hogy egy konkrét alapanyag-összetételből nyerhető termékhozamot tervezni tudjuk, ismernünk kell az egyes alapanyagokból nyerhető termékösszetételt. Mivel az alapanyag minősége is változó, ezért először meg kell határozni egy átlagos alapanyag minőséghez tartozó termékhozamot (ún. bázis hozamot ). Majd meghatározható, hogy az adott paraméter változása a vizsgált intervallumban hogyan befolyásolja a termékszerkezetet. A 3. táblázatban összefoglaljuk a már korábban feltüntetett alapanyag bázisminőséghez (1. és 2. táblázat) tartozó termékösszetételt [7, 16].

430 Varga Tünde Kerezsi János Némethné Sóvágó Judit ALAPANYAGOK Kemencéből kilépő Vegyipari Vegyipari termékösszetétel m/m% n-pentán Propán Etán benzin gázolaj Hidrogén 1 1 1 1 4 Metán 15 11 16 18 4 Etilén 28 22 39 32 50 Etándús C2 frakció 4 3 5 3 38 Propilén 16 13 18 18 1 Propándús C3 frakció 1 1 1 23 0 C4 frakció 11 9 7 3 2 Összes C5-C9 frakció 21 23 12 2 1 Összes C10+ frakció 4 17 1 0 0 Szén-monoxid 0 0 0 0 0 Szén-dioxid 0 0 0 0 0 Propilén / Etilén arány 0,56 0,57 0,46 0,57 0,02 m 100 100 100 100 100 Az egyes frakciókban található vegyületcsoportok Etándús C2 frakció etán, acetilén Propándús C3 frakció propán, metil-acetilén, propadién C4 frakció bután, vinil-acetilén, butadién, egyéb butének Megj.: a radiációs cső kilépési hőmérséklete (COT): 840 C 3. táblázat. A különböző pirolízis alapanyagból származó átlagos termékösszetétel (az 1. és 2. táblázatban található alapanyag-minőségre vonatkoztatva) Az 1. táblázatban alapanyagként feltüntetett gázok (etán, propán) és a pentán tisztasága 100%-osnak tekinthető, mivel abban minimális egyéb szennyezőanyag fordulhat csak elő. 2.6. Az olefingyártás alapanyagaiban található vegyületcsoportok változásának hatása a termékkihozatalra [1, 17, 18] Az alapanyagok megfelelő kombinálásával jelentősen befolyásolhatjuk a bázishozamot, hiszen folyékony alapanyagot alkalmazva azok mind más PI(O)NA-val rendelkeznek, így különböző mértékű termék-összetételt eredményeznek. A normál paraffinok okozzák a legnagyobb etilén-hozamot, azok közül is a páros szénatomszámúak krakkolódása a legkedvezőbb, míg az izo-paraffinok a propilén mennyiségét növelik. Ezeket az összefüggéseket mind a gyakorlatban mért hozamok adatelemzése, mind pedig a számítógépes szimulációs eredmények egyaránt bizonyítják (5. és 6. ábra) [1].

Az olefingyártáshoz szükséges alapanyagok összetételének hatása 431 5. ábra. Az etilén termelés alakulása a vegyipari benzin n-paraffin tartalmának függvényében [1] 6. ábra. A propilén termelés alakulása a vegyipari benzin izo-paraffin tartalmának függvényében [1] A n-paraffin tartalom növekedésével az etilénhozam nagyobb mértékben nő a propiléntermeléshez képest. Az izo-paraffin tartalom növekedése csak enyhén növeli a propilén hozamot, az etilén termelésre gyakorlatilag nincs hatással. A 6. ábra a vegyipari benzin izoparaffin tartalmának függvényében mutatja be propiléntermelés változását (a változás a 38 tömeg % izoparaffin-tartalmú mint bázisminőségű vegyipari benzinből nyert propilén hozamhoz viszonyítva). A nafténekből nyerhető etilén- és propilénhozam a normál- és izoparaffinok között helyezkedik el. A naftén tartalom növekedése a folyékony

432 Varga Tünde Kerezsi János Némethné Sóvágó Judit melléktermékek képződésének kedvez, az etilén és propilén képződés mértékét jelentősen csökkenti. Az aromás vegyületek krakkolódása ugyanakkor nem történik meg a hő hatására, csupán kondenzációs és dehidrogéneződéses reakciók játszódnak le. Így olefinképződésről maximum a szubsztituált oldallánccal rendelkező aromás vegyületek esetében beszélhetünk, de ez is elhanyagolhatóan kevés a paraffinokéhoz és nafténekéhez képest. Tehát a vegyületcsoportokat tekintve a nagyobb normál paraffin-, ill. a kisebb aromástartalmú alapanyagok alkalmazása előnyösebb az optimális olefinhozam elérése céljából. A 3. táblázatban feltüntetett hozamadatokat az alapanyag minőségváltozásain kívül módosíthatják a technológia üzemelési paraméterei (COT hőmérséklet, kemence kialakítása, alkalmazott technológiai gőzmennyiség stb.) A technológiai paraméterek változásának hozamokra gyakorolt hatása az etilén/propilén képződési arány vizsgálata szempontjából jelentős. Az alacsony COT hőfok a propilén-képződésnek, míg a magas COT az etilén képződésnek kedvez. A gőzkrakkoláshoz felhasznált gőz/szénhidrogén arány működési intervallumon belül történő változtatása azonban csak csekély mértékben módosítja a hozam adatokat. Összefoglalás A gőzkrakkoláson alapuló olefingyártás során a fontos szerepe van az alapanyag minőségének, hiszen már 1%-kal nagyobb paraffin-tartalmú vegyipari benzin felhasználásakor több tonna többlet etilén keletkezik, ami már egy kisebb méretű olefingyártó üzem esetében is jelentős árbevétel többletet jelenthet. Az alapanyag minőségének folyamatos nyomon követésével, ill. a pirolízis működési paramétereinek optimalizálásával tehát a termék-kihozatal maximalizálható. Jelen közleményben csupán arra vállalkoztunk, hogy az olefingyártás technológiájának ismertetésén túl bemutassuk a technológiában leggyakrabban alkalmazott alapanyagokat, és irodalmi adatok alapján összefoglaljuk a belőlük nyerhető átlagos termékösszetételt. Továbbá néhány tényszerű megállapítást fogalmaztunk meg az egyes komponensek változásának termékhozamra gyakorolt hatásáról. Az alapanyag minőségváltozásaira vonatkozó saját vizsgálati eredményeinek bemutatása egy következő publikációnk tárgyát fogja képezni. Ebben a legnagyobb mennyiségben felhasznált alapanyagnak, a vegyipari benzin sűrűségének (mint makroszkopikus fizikai jellemzőnek) hőmérsékletfüggését és a komponens-összetételének a sűrűségre, ill. termékhozamra gyakorolt hatását tervezzük bemutatni, segítségül véve ehhez laboratóriumi mérési módszereket és szimulációs eszközöket. Köszönetnyilvánítás A tanulmány/kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg Irodalom [1] Gál Tivadar: Pirolizáló kemence matematikai modellezése és számítógépes szimulációja, PhD dolgozat, Veszprém, 2007.

Az olefingyártáshoz szükséges alapanyagok összetételének hatása 433 [2] Kolombos, A. J., McNeice, D., Wood, D. C. et al: Olefins production by steam cracking over manganese catalyst, The British Petroleum Company Limited, 1976. [3] http://www.chemgapedia.de [4] Wang, C., Xu, L, Wang, Q.: Review of Directly Producing Light Olefins via CO Hydrogenation, Journal of Natural Gas Chemistry, 2003. [5] http://chemengineering.wikispaces.com/petrochemicals [6] http://www.uop.com/processing-solutions/petrochemicals/olefins/#olefin-production-routes [7] Zai Ting, L., Chao Gang, X., Zhi Ghang, Z., Jiu shun, Z.: Olefin production technology with adjustable propylene/ethylene ratio by catalytic cracking route, Research Institute of Petroleum Processing, 2002. [8] Mao, RLV, Melancon, S, Gauthier-Campbell, C, Kletnieks, P: Selective deep catalytic cracking process (SDCC) of petroleum feedstocks for the production of light olefins. I. The Catlever effect obtained with a two reaction-zones system on the conversion of n-hexane; Catalysis letters; Vol. 73, Issue. 2-4, p. 181-186; 2001. [9] Meng, XH; Gao, JS; Li, L, Xu, CM; Advances in catalytic pyrolysis of hydrocarbons; Petroleum Science and technology; Meng, XH (Meng, XH); Gao, JS (Gao, JS); Li, L (Li, L); Xu, CM (Xu, CM); Vol. 22, Issue: 9-10, p. 1327-1341; 2004. [10] Moldoveanu, S. C.: Techniques and Instrumentation in Analytical Chemistry, Pyrolysis of Organic Molecules with Applications to Health and Environmental Issues, 2010. [11] Wagialla, K. M.: Petrochemical Aromatics from liquid hydrocarbons. A technoeconomic assessment, 7 th Saudi Engineering Conference, 2007. [12] http://naphtha.askdefine.com/ [13] Depeyre, D; Flicoteaux, C; Arbabzadeh, F; Zabaniotou, A.: Modeling of Thermal Steam Cracking of an Atmospheric Gas Oil, 1989. [14] http://www.olefinsonline.com/feedstocks.php [15] Zámostny, P.; Belohlav, Z.; Smidrkal, J.: Production of olefins via steam cracking of vegetable oils, 2012. [16] Némethné Sóvágó Judit, Bernáth Tibor, Gál Tivadar: Szimulációs és tervezési modellek használatának gyakorlata és a kialakított modellrendszerek harmonizációja a MOL Csoport Petrolkémiai Divíziójában MOL Szakmai Tudományos Közlemények, 188-207 (2007/1). [17] Liu, J-C et al.: Separating group compositions in naphtha by adsorption and solvent extraction to improve olefin yields of steam cracking process, 2009. [18] Hájeková, E.; Mlynková, B.; Bajus, M.; Spodová, L.: Copyrolysis of naphtha with polyalkene cracking products; the influence of polyalkene mixtures composition on product distribution, 2007.