Petroleumsraffineri

Oljeraffineri MiRO , del 1 i Karlsruhe

Et petroleumraffinaderi er et industriselskap som omdanner råstoffet petroleum til fraksjoner med et definert kokeområde ved rensing og destillasjon under normalt trykk og under vakuum . Ytterligere raffinering skjer gjennom prosesser som ekstraksjon eller kjemiske renseprosesser. For å øke kvaliteten på produktene, slik som oktantallet , brukes omdannelsesprosesser som isomerisering eller katalytisk reformering . I tillegg tilsettes produktene som enten forbedrer eller undertrykker visse egenskaper.

OMV oljeraffineri i Schwechat nær Wien

I prosessen oppnås produkter av høyere kvalitet som bensin , diesel , fyringsolje eller parafin . Råvarer som flytende gass , nafta og mellomdestillat brukes til kjemisk industri . Oljeraffinerier er vanligvis store industrielle komplekser, hvis bilde er preget av omfattende tankanlegg , rettingskolonner , rørsystemer og blussystemer . Oljeraffinerier anses å være energikrevende operasjoner. Den høye (opptil 50% av kostnadene) nødvendige energitilførselen for produksjon er delvis hentet fra selve primærenergibærerne, i tillegg til at den leveres som elektrisk og termisk energi.

historie

Råoljedestillasjonsanlegget II i PCK Schwedt

De første raffineriene ble bygget i begynnelsen av mineraloljeara på midten av 1800-tallet. Det første raffineriet ble satt opp i Ulaszowice (Polen) i 1856 av Ignacy Łukasiewicz , oppfinneren av parafinlampen . Etter at dette ble ødelagt av en brann, ble det bygget et annet, mer moderne raffineri i Chorkówka. Svært raskt begynte lette oljer avledet fra petroleum som til da fra animalsk fett, spesielt hvalolje for å erstatte oppnådd lampedrivstoff, inkludert en første behandling av råoljen var nødvendig ved destillasjon.

Destillasjonen av utvunnet petroleum fant sted på en veldig enkel måte. Rundt 750 liter råolje ble kokt opp i en kobberkoker. De resulterende dampene ble ført gjennom et kjølerørsystem der de kondenserte . På denne måten ble petroleum utvunnet for lysformål. Den tjæreholdige rest som var igjen i kjelen ble kastet som avfall.

Bruk av andre produkter hentet fra råolje og spesielt den raske spredningen av forbrenningsmotorer etter første verdenskrig krevde ikke bare bygging av mange nye raffinerier, men førte også til en rask videreutvikling av prosessene som ble brukt i et raffineri.

Som i mange andre bransjer har kravene til et raffineri, spesielt produktene, endret seg gjennom årene. I utgangspunktet tilpasning av produkt spesifikasjonene bør som har endret på grunn av lover (miljø og helse) nevnes her. Det tillatte svovelinnholdet falt i de fleste drivstoff og også i fyringsolje. Benzen og aromatiske spesifikasjoner falt for forgasserbrensel .

Inngangsmaterialer

Oljeprøve fra Wietze Oil Museum

Petroleum består av en blanding av hydrokarboner. De vanligste er lineære eller forgrenede alkaner (parafiner), cykloalkaner (naftener) og aromater. Hver råolje har en spesiell kjemisk sammensetning avhengig av hvor den ble funnet, som også bestemmer de fysiske egenskapene som farge og viskositet . Petroleum inneholder i mindre grad nitrogen, oksygen eller svovelholdige karbonforbindelser som aminer , porfyriner , merkaptaner , tioetere , alkoholer og kinoner . I tillegg er det forbindelser av metaller som jern , kobber , vanadium og nikkel . Andelen rene hydrokarboner varierer betydelig. Andelen varierer fra 97% til bare 51% for tunge oljer og bitumen. Karboninnholdet er mellom 83 og 87%, hydrogeninnholdet mellom 10 og 14%. Andre hovedgruppeelementer er mellom 0,1 og 1,4%, innholdet av metallforbindelser er mindre enn 1000 ppm.

Typiske råoljer varierer avhengig av avleiringen. Den West Texas Intermediate (WTI) er en høy kvalitet, med lavt svovelinnhold, lett råolje fra Cushing, Oklahoma . En europeisk representant er Brent Blend , en råolje fra drivstoffsystemet i Nordsjøen, som består av 15 oljefelt . Den Dubai-Oman i Midtøsten er forfremmet hovedsakelig for Asia-Pacific markedet. De tapis fra Malaysia er et lett, Minas fra Indonesia en tung Far Eastern råolje.

Produkter

Flytende gasser , f.eks. B. propan , butan ~ 3%, 000
ferdige produkter Proporsjon
Rå bensin (nafta, cykloalkaner) ~ 9%, 000
Bensin (Otto-fuel) ~ 24%, 000
Luftfartsturbinbrensel ( parafin ) ~ 4%, 000
Diesel drivstoff, lett fyringsolje (EL, L) <21%, 000
tung fyringsolje (M, S) ~ 11%, 000
Bitumen , tung fyringsolje (ES) ~ 3,5%, 000
Smøremidler (f.eks. Spindelolje ) ~ 1,5%, 000
Andre produkter, tap osv. ~ 2%, 000

De ferdige produktene kan være gassformige, flytende eller faste. Prosentvis er utbyttet av et moderne raffineri rundt 3% av flytende gasser som propan og butan . Rundt 9% er rå bensin ( nafta), 24% bensin (Otto drivstoff). Høyere kokende drivstoff som flydrivstoff ( parafin ) utgjør 4%, diesel og lett fyringsolje opp til 21%, tung fyringsolje rundt 11%. De svært viskøse og faste komponentene som bitumen eller tung fyringsolje er 3,5%, smøremidler 1,5%. Omtrent 2% står for andre produkter eller tap. Raffinaderiets eget forbruk er mellom 5 og 11% av den anvendte råoljen, avhengig av graden av videreforedling. Den Miro har, for eksempel, 16 millioner tonn råolje kapasitet, 14,9 millioner tonn sluttprodukter som skal behandles, det vil si, er egetforbruket ca. 7%.

Variabel guide til produktene fra et raffineri

Andelen ferdige produkter avhenger av den ene siden av hvilke typer råolje som brukes, og på den andre av prosesseringsanleggene i raffineriet. For eksempel inneholder "lette" råoljer relativt høye andeler lette produkter, det vil si de med lav tetthet, slik som flytende gass, parafin, bensin, diesel. Tunge råoljer inneholder større andeler tunge produkter som tung fyringsolje og bitumen. I moderne raffinerier kan noen av disse tunge bestanddelene omdannes til lettere, for eksempel ved å sprekke , slik at et slikt raffineri kan behandle mer tung råolje.

Raffineri prosess

Ordning for bearbeiding av råolje i et raffineri

Råoljen ekstrahert fra avsetningene blir bearbeidet på stedet før den transporteres til raffineriet, hovedsakelig ved grov separering av uønskede komponenter som sedimenter og vann. Etter disse innledende prosesseringstrinnene leveres råoljen som nå er produsert til raffineriet med skip eller rørledning. Her skilles væskeblandingen i forskjellige fraksjoner i ytterligere trinn ved hjelp av en spesiell destillasjonsprosess og bearbeides til salgbare produkter. Teknologien er så avansert i dag at ingen av råoljestoffene forblir ubrukt. Selv raffinaderigassen, som oppstår som et uønsket biprodukt, brukes. Den brukes enten direkte i prosessovnen som energikilde eller brukes i kjemisk prosessering som en syntesegass.

Rensing / avsaltning av petroleum

Oljen / råoljen er allerede frigjort fra sand og vann ved avsetningen. For å forhindre korrosjon i systemene blir råoljen avsaltet (til et saltinnhold på <10 ppm) ved å lage en råolje-vann- emulsjon med tilsetning av vann . Saltet oppløses i den vandige fasen av denne emulsjonen. Emulsjonen separeres deretter igjen i en elektrostatisk avsaltningsmiddel, hvorved saltvannet legger seg på bunnen og mates til passende prosesseringssystemer og den avsalte råoljen pumpes videre for destillasjon. Emulsjonen brytes ved forhøyede temperaturer på rundt 130 ° C for å senke viskositeten til råolje og spenninger på rundt 20 kV. Arbeid med økt trykk forhindrer at flyktige komponenter fordamper under dette prosess trinnet. Olje-vann-emulsjonen kan også brytes ved å tilsette egnede kjemikalier, såkalte demulgeringsmidler.

Rettingskolonne

Primærforedling (destillasjon av råolje)

Kvalitative kokeprosesser

Etter avsaltning oppvarmes råoljen i to trinn. Forvarming foregår i varmevekslere ved å gjenvinne varmen fra produktet som går av. Spissen er forvarmet av ovner opp til rundt 400 ° C. Den oppvarmede oljen renses ved rektifikasjon i en opptil 50 m høy kolonne atskilt i bestanddelene. Råoljen kommer inn i kolonnen i en tofasestrøm (gass / væske). Temperaturprofilen synker mot toppen. Siden temperaturen i bunnen, dvs. på bunnen av kolonnen, er høyest og de lette bestanddelene ikke kan kondensere, fortsetter de å stige i gassform. Ved toppen av kolonnen er det gass og lettbensin, såkalt nafta, inkludert parafin, et mellomprodukt for drivstoff til turbindrevne luftfartøy (ikke forveksles med såkalt "luftfart bensin ", den AVGAS for fly bensin motorer ), diesel og lett fyringsolje, og under gassolje (fyringsolje og dieselråvarer ) og i sumpen - ved foten av kolonnen - den atmosfæriske resten (lang rest). Denne første rektifiseringen skjer ved atmosfærisk trykk og kalles derfor atmosfærisk retting.

Resten omdestilleres i en ytterligere rektifikasjonskolonne ved lavt trykk (typisk ~ 20 mbar) for å dele den opp i ytterligere produkter (se vakuumdestillasjon ). En vakuumoppretting er nødvendig fordi kjedelengden på de høytkokende hydrokarboner er større, og ved høye temperaturer fra rundt 400 ° C har de en tendens til å sprekke termisk i stedet for å separere ved destillasjon. Produktene av vakuumdestillasjon er vakuumgassolje og den såkalte vakuumresten (kort rest).

Konverteringsprosess og blanding

Etter primær prosessering brukes en rekke raffinementprosesser for å fjerne forurensende stoffer (svovel, nitrogen) og forbedre kvaliteten på mellomproduktene. Sluttproduktene som motorbensin , Jet A-1 , diesel eller fyringsoljer blandes deretter sammen ( blandes ) fra forskjellige mellomprodukter / komponenter som produseres i produksjonsprosessene nevnt nedenfor.

Hydrobehandling

Komponentene oppnådd under fraksjonell destillasjon (nafta, mellomdestillater , vakuumgassoljer ) er fortsatt rik på svovelforbindelser. Disse vil forgifte katalysatorene under videre prosessering (katalytisk reformering, se nedenfor). Direkte forbrenning av ubehandlede produkter (fyringsolje) vil produsere miljøskadelig SO 2 . Ved hydrobehandling blandes komponentene som skal avsvovles med hydrogen og oppvarmes til rundt 350 ° C. Den varme blandingen kommer inn i en reaktor fylt med katalysatorer laget av nikkel, molybden eller kobolt på aluminiumoksyd, hydrogenet reagerer med svovel-, nitrogen- og oksygenforbindelsene for å danne hydrogensulfid, ammoniakk og vann.

Bruke eksempel på gjennomføringen av merkaptaner: ,

implementeringen av alkoholer:

og reaksjonen av aminer: .

Katalytisk reformering

Katalytisk reformatorordning

Målet med katalytisk reformering er å øke oktantallet av nafta (kokeområde ~ 70–1820 ° C) og å produsere aromatiske hydrokarboner. Videre oppnås hydrogen som et produkt som brukes i hydrobehandling og hydrokrakking. Reformering skjer ved rundt 500 ° C og - avhengig av prosess - 3,5–40 bar. Bifunksjonelle katalysatorer brukes (platina-tinn eller platina-rhenium, på klorert aluminiumoksid eller zeolitter).

Typiske reaksjoner på reformering er:

  • Ringelukking:
  • Dehydrering:
  • Isomerisering:

Hydrogenerings- / dehydrogeneringsreaksjonene finner fortrinnsvis sted ved metallsentrene i katalysatoren, mens syresentrene katalyserer isomerisering og ringslutningsreaksjoner. En uønsket sidereaksjon er koksing av katalysatoren som et resultat av polymerisasjons- og dehydrogeneringsreaksjoner. Koksingen fjernes ved avbrenning av koks og deretter oksyklorering av katalysatoren.

Isomerisering

I isomeriseringen , n- er alkaner omdannes til iso- alkaner med sikte på å forbedre oktantallet eller endring av substitusjonsmønsteret av aromater. Således kan meta- xylen i o- og p- xylen isomeriseres som disse for fremstilling av ftalsyreanhydrid eller dimetyltereftalat . Lignende katalysatorer brukes som i katalytisk reformering. Reaksjonen utføres ved lavere temperaturer rundt 250 ° C og - for å forhindre at katalysatoren deaktiveres ved koks - ved et moderat hydrogenpartialtrykk på rundt 15 bar. På grunn av de moderate prosessbetingelsene sammenlignet med katalytisk reformering blir sprekkreaksjoner og ringlukkingsreaksjoner i stor grad undertrykt.
Andre isomeriseringsprosesser vedrører omdannelse av n- pentan til isopentan eller av n- heksan til isoheksan (forbedring av oktantall, f.eks. Hysomer-prosess, PENEX-prosess).

Alkylering

Ved alkylering, iso-alkaner (isobutan) og alkener ( n - og iso -) konverteres til høyere molekylvekt, høy-oktan iso- alkaner (C, 7 -C 12 ) sammen med syre-katalyse . Slik reagerer isobuten og isobutan blant annet. til 2,2,4-trimetylpentan ( isoktan ). De reaktantene i den flytende fase omsettes med et overskudd av alkan med konsentrert svovelsyre eller vannfri hydrofluorsyre. Den typiske oppholdstiden er rundt 10 til 15 minutter. Væskefasene skilles deretter fra ved å avsette fasene. De iso- alkaner fraskilles i den såkalte iso-stripper og føres tilbake inn i prosessen (resirkulert). Det ferdige sluttproduktet kalles et alkylat. Fremgangsmåten er ideell hvis raffineriet har en damp eller en knekkebrikke og dermed kan levere råmaterialet for alkyleringen.

Sprekker

Det er tre hovedgrupper i sprekker: termisk, katalytisk og hydrokrakking .

Når termisk sprekker ingen katalysatorer. Dette betyr at rester også kan mates inn i petroleumdestillasjonsprosessen, som på grunn av tungmetall- og svovelinnholdet vil skade katalysatoren under katalytisk krakking.
Ved visbreaking z. B. det er sprekkdannelse av tunge restoljer med moderat oppholdstid og temperaturer rundt 500 ° C med sikte på å produsere gassolje. Utbyttet av gassolje (og lettere) med Visbreaker er rundt 30%. De flyktige fraksjonene skilles fra ved påfølgende destillasjon.

Ordning med en forsinket kokar

I forsinket forkoksning , er petroleumkoks fremstilt ved termisk krakking av rester fra vakuumdestillasjon. For å gjøre dette oppvarmes den gjenværende oljen til rundt 500 ° C og sprayes inn i kokskamre, hvor den omdannes til petroleumskoks, flytende og gassformige hydrokarboner. Etter koksing separeres koks mekanisk og frigjøres om nødvendig fra flyktige bestanddeler i kalsinerende ovner ved temperaturer på 1200 ° C.
Imidlertid kan nafta, gassolje eller til og med hydrogenerte vakuumgassoljer ( Hydrowax , Hydrocracker Bottoms) også bli sprukket termisk av det som er kjent som steam cracking for å produsere eten , propen og aromater .

Ved katalytisk krakking ( fluid katalytisk krakking , FCC) tjener sure silikater som katalysatorer, utgangsmaterialene er tunge atmosfæriske gassoljer eller vakuumgassolje. De viktigste produktene som oppnås er kortkjedede olefiner og alkaner.

Ved hydrokraking omdannes langkjedede alkaner til kortkjedede alkaner med tilsetning av hydrogen. Ved høyere hydrogenpartialtrykk hydrogeneres til og med aromater, og dermed produseres også cykloalkaner. Vakuumgassolje brukes overveiende som utgangsmateriale. De fleste av de svovel- og nitrogenforbindelser i utgangsmaterialet er hydrogenerte, slik at betydelige mengder H 2 S og NH 3 blir produsert.

Claus-prosess

Hydrogenbehandling, hydrokrakking og eventuelt fremstilling av syntesegass fra tungolje produserer ikke ubetydelige mengder av H 2 S, som ikke kan ganske enkelt være "brent av". I Claus-prosessen brennes det produserte hydrogensulfidet subkiometrisk med atmosfærisk oksygen i en reaktor. Det resulterende SO 2 er proporsjonert med den gjenværende H 2 S for dannelse av elementært svovel og vann.

Den opprinnelig ufullstendige reaksjonen drives til fullstendig omdannelse over flere katalytiske trinn ved lavere temperaturer.

I en annen prosess ( WSA-prosess , våt svovelsyre ) produseres svovelsyre direkte fra hydrogensulfid.

Miljøvern, arbeidsmiljø og plantesikkerhet

Oljeraffineri

Prosesstekniske systemer, tankanlegget og rørledningssystemene er gjenstand for omfattende sikkerhetstiltak. Målet med plantesikkerhet og forebygging av ulykker er å forhindre funksjonsfeil og å begrense virkningene av funksjonsfeil på mennesker og miljø som likevel oppstår.

Systemer for produksjon, lagring og utvinning av råolje og dens sekundære produkter krever tillatelse i Tyskland i samsvar med Federal Immission Control Act . Dette krever at systemene bygges og drives i henhold til den nyeste teknikken . Videre må gjeldende tekniske regler følges. Kravene til håndtering av vannforurensende stoffer følger av vannressursloven .

Likevel kan brann og eksplosjoner oppstå, for eksempel raffinaderikatastrofen i San Juanico , raffinerieksplosjonen i Texas City eller eksplosjonen ved Bayernoil i 2018 .

Se også

litteratur

  • Raimund Fischer: Raffinerier og petrokjemikalier: Fra svart gull til edelt produkt , i: RWE-DEA-Aktiengesellschaft für Mineralöl und Chemie (red.): 1899-1999 100 år med RWE-DEA , Hamburg 1999, s. 133–170, ISBN 3 -00-003548-6 .
  • HJ Arpe: Industriell organisk kjemi: Viktige for- og mellomprodukter . 552 sider, Verlag Wiley-VCH (2007), ISBN 978-3-527-31540-6

weblenker

Wiktionary: Petroleumraffinaderi  - forklaringer på betydninger, ordets opprinnelse, synonymer, oversettelser
Commons : Oil Refinery  Album med bilder, videoer og lydfiler

Individuelle bevis

  1. Angelika Heinzel, Universitetet i Duisburg-Essen: Energikonverteringsteknikker ved bruk av eksemplet på et raffineri ( Memento fra 4. mars 2016 i Internet Archive ), åpnet 22. desember 2014
  2. Ignacy Łukasiewicz, en pioner innen studiet av petroleumsdestillasjon
  3. James G. Speight: The Chemistry and Technology of Petroleum . Marcel Dekker, 1999, ISBN 0-8247-0217-4 , s. 215-216.
  4. ^ JP Wauquier, JP Favennec: Petroleumraffinering: Drift og forvaltning av raffineri
  5. ^ Alkylat
  6. Katastrofe i Mexico: Hell of Flames on Earth. På: en dag . Spiegel Online, åpnet 22. november 2011 .
  7. ^ US Board for Chemical Safety and Hazard Investigation, Investigation Report, Report No. 2005-04-I-TX, Refinery Explosion and Fire. (PDF; 3,4 MB) Arkivert fra originalen29 juli 2013 ; Hentet 4. juli 2013 .
  8. Ti skadde og større ødeleggelser etter eksplosjonen i Oberbayern I: srf.ch, 1. september 2018, åpnet 1. september 2018.