Dampsprekker

Denne varen har vært på kvalitetssikringssiden av den redaksjonelle kjemien . Dette gjøres for å bringe kvaliteten på artiklene om emnet kjemi når det gjelder form og innhold til ønsket nivå i Wikipedia. Vi er takknemlige for din hjelp , vær så snill å ta del i diskusjonen  ( ny oppføring ) eller revidere artikkelen deretter.

Dampkrakking (engl. Steam kolonner ) er en fremgangsmåte av den petrokjemiske industri , hvor man ved termisk krakking av langkjedede hydrokarboner ( nafta , så vel som propan , butan og etan , samt gassolje og Hydrowax ) i nærvær av vann damp omdannes til kortkjedede hydrokarboner. De viktigste produkter som dannes er hydrogen , metan , eten og propen som hovedprodukt, buten , pyrolysebensin (engelsk: pygas ) og en tjærelignende rest (ECR, engelsk etylencracker rest ). Dampsprengning brukes til å produsere mellomprodukter som kan omdannes til plast, maling, løsemidler eller plantevernmidler og lignende. videre behandlet. En dampkraker er et av de mest kompliserte systemene i petrokjemisk industri.

råvarer

• Nafta ("standard" fôr, også resirkulert (se pyrolyse bensin ), kokeområdet kan variere mye: ≈25 - ≈180 ° C)
• Raffinaderigass , fôr til gassovnene (med høy andel etan, også resirkulere / se produkter)
• Propan, fôr til gassovnene (hvis det er økonomisk gjennomførbart)
• Butan, mate gassovnene (hvis det er økonomisk fornuftig)
• Tung gassolje, fôr til spesielle ovner for å sprekke tunge råvarer (kokeområde: :300 - ≈370 ° C, muligens hydrogenert)
• Hydroax, fôr til spesielle ovner for å sprekke tunge råvarer (kokeområde: ≈340 - ≈560 ° C)

Fremgangsmåte

Nafta (eller naftafraksjoner) som forekommer i råoljeraffineriet brukes ofte som utgangsmateriale , sammen med lette hydrokarbonfraksjoner fra medfølgende gasser fra oljeproduksjon eller separerte tyngre fraksjoner (C2 ₊ ) fra naturgass. Gassolje og vannkoks brukes også. Imidlertid kreves en spesiell ovndesign for dette.

Selve cracker er en rørformet reaktor med en rørspiral med en innvendig diameter på omkring 90 til 120 mm og en lengde på 60-80 m. Røret består av en krom / nikkel - legering og ligger i en ovn som varmes opp av flammer. Utformingen av den rørformede reaktoren (ovnen) er skreddersydd til fôrens egenskaper. Det skilles mellom gassovner (for etan, propan, butan), naftaovner og ovner for tung råvare (gassolje, vannvoks). Produktet med varmbunn på 100 ° C er forvarmet til 550-600 ° C ved rundt 12 bar i ovnens konveksjonssone. I denne sonen tilsettes også prosessdamp ved en temperatur på 180–200 ° C (derav navnet steam cracking). Prosessdampen tjener til å bevirke en delvis trykkreduksjon av de enkelte reaktantene. I tillegg, på grunn av det volum det opptar, delvis hindrer den ferdige reaksjonsprodukter samler seg ( polymerisasjon av de alkener ) og kjøler bunt av varmere i konveksjonssonen. Etter konveksjonssonen når det nå helt gassformede bunnproduktet strålesonen. I denne er den nå sprukket ved rundt 805–850 ° C for å danne hydrokarboner med lav molekylvekt. Den oppholdstiden τ er omtrent 0,2-0,4 s, og viktige grunnleggende produkter, slik som eten (etylen), propen (propylen), 1,2- og 1,3-butadien , n- og i- buten, benzen og toluen er dannet , Xylenes . Videre er hydrogen og metan så vel som andre - noen ganger forstyrrende - biprodukter som etyn (acetylen), propyn (i spor), propadien (i spor) og - som en komponent i pyrolysebensin - n -, i - og cyklo - parafiner eller - olefiner , C ₉ - og C ₁₀ - aromater . Den tyngste fraksjon er den såkalte etylencracker rest , en høyaromatisk, i høy grad olefinisk rester som dekker kokeområdet ≈210-500 ° C.

For at de nylig dannede reaksjonsproduktene ikke skal settes sammen igjen i mye større molekyler ( oligomerisering ), blir den varme sprukne gassen plutselig avkjølt til rundt 350-400 ° C i en varmeveksler (dette er ofte en høytrykksmatevannskjøler). Den varme sprukne gassen blir deretter ytterligere avkjølt med slukkeolje til 150-170 ° C for den påfølgende fraksjonering.

Produkter

En typisk naftadampkraker leverer følgende produktstrømmer (i masse%)

• Hydrogenrik gass 2,0% (ca. 50% , 50% metan)${\ displaystyle {\ ce {H2}}}$
• Metanrik gass 15,4% (nesten ren metan)
• Eten 29,1% (ønsket hovedprodukt, inkludert den hydrogenerte etynen , se nedenfor)
• Etan 3,9% (resirkuleres normalt; krever høyere temperaturer sammenlignet med nafta)
• Propen 16,1% (viktigste "biprodukt")
• Propan 1,2% (blir vanligvis resirkulert, hvis det ikke er separering av propan / propen, selges den sammen med propen)
• 1,3-butadien 4,3% (biprodukt)
• Butenblanding 5,5% (biprodukt)
• Pyrolysebensin 19,6% (biprodukt, kokeområde: ~ 25-210 ° C, inkluderer benzen, toluen, xylener, etylbenzen , isopren , cyklopentadien )
• Rester av etylenkrakkere 0,9% (biprodukt, kokeområde: ~ 210-500 ° C, inneholder svovel, sterkt olefinisk, svært aromatisk)
• Karbonmonoksid ≈100–1000 ppm (f.eks. Del av den hydrogenrike gassen)
• Karbondioksid ≈30-500 ppm
• Hydrogensulfid (spor, avhengig av svovelinnholdet i råstoffet)

Sammensetningen av krakkegassen kan variere betydelig, avhengig av bruks- og sprekkbetingelser. Tyngre råvarer som gassolje eller vannvoks produserer mindre eten og hydrogen, men blant annet. mer pyrolyse bensin og etylen cracker rester (opptil 10% og mer ECR).

Separasjon av produkter

Produktstrømmen ved ovnens utløp inneholder et stort antall stoffer som nå er skilt fra hverandre. Verdiproduktene må generelt produseres med en meget høy grad av renhet. Stoffene du ikke vil skaffe deg som produkt, returneres til cracker, brennes (gasser) eller selges som et halvfabrikat. Behandlingen er ekstremt kompleks og vises her på en veldig forenklet måte.

Behandlingen begynner med oljevask og vannvask, hvor den fremdeles varme gassen avkjøles ytterligere og store urenheter som koks og tjære skilles fra hverandre. De viktigste separasjonstrinnene er utbedringer ( destillasjoner i flere trinn ). For separasjon av lette hydrokarboner er det nødvendig med utjevning ved lave temperaturer ved høyt trykk. For dette formål blir den sprukne gassen først komprimert til ca. 30 bar trinnvis. Syregassene absorberes i et kaustisk vask. En adsorberende tørketrommel fjerner vann. Separering av spor av etin vil være ekstremt vanskelig, slik at etin blir katalytisk hydrogenert til eten i stedet .

Dette følges av gradvis avkjøling av den sprukne gassen og en sekvens av rektifikasjoner der hydrokarbonblandingen brytes ned i fraksjoner med forskjellige karbonantall. Sekvensen av skilleskjæringene er av avgjørende betydning for integreringen av varme , utgiftene til utstyr og dermed den økonomiske effektiviteten i prosessen. Avhengig av de lokale forholdene, sammensetningen av den sprukne gassen og de ønskede produktene, er svært forskjellige løsninger tenkelige og nyttige. De individuelle fraksjonene separeres i mettede og umettede hydrokarboner i ytterligere destillasjon.

Hovedproduktene, spesielt eten og propen, er nå tilgjengelig i ren form. Butanderivatene kan brukes til en rekke petrokjemiske prosesser (f.eks. Som iso- buten for produksjon av MTBE eller ETBE , n butener for å produsere alkylat ). Pyrolysebensinen er utgangsmaterialet for produksjon av benzen og toluen (se pyrolysebensin ). Fraksjoner som ikke er ønsket som produkt, spesielt alkaner , kan returneres til krakeren. Fraksjonene som ikke er egnet for krakking, som metan eller hydrogen, brennes i krakningsovnene og gir den energien som kreves for prosessen (hydrogen er et meget verdifullt mellomprodukt og returneres normalt til raffineriet). Tjærlignende rest (ECR) forbrennes enten i et kraftverk, selges som et bindemiddel for produksjon av grafittelektroder (for aluminiumsproduksjon ) eller brukes til å produsere industrielt sot .

Diverse

Steamcracker II på BASF-lokalene i Ludwigshafen.

• Naftadampkrakkeren fra BASF FINA Petrochemicals Limited Partnership i Port Arthur , Texas, er den største naftakrakkeren i verden. Den har produsert siden desember 2001. Denne dampkrakkeren har en årlig kapasitet på 920 000 tonn eten. 210 personer er ansatt ved anlegget.

• Den største etan-dampkrakkeren i verden, med en årlig kapasitet på 1,5 millioner tonn etylen, driver Borouge, et joint venture av Borealis og Abu Dhabi National Oil Company , i Ruwais , Abu Dhabi . En annen etan-dampkraker med samme kapasitet er for tiden under bygging der. Begge systemene ble levert av Linde Engineering, en divisjon av Linde AG .

• BASF driver totalt fem dampkrakkere over hele verden: to i hovedanlegget i Ludwigshafen am Rhein , en i anlegget i Antwerpen , den største i Port Arthur og en annen i Nanjing , Kina.

• I Tyskland driver Dow Olefinverbund GmbH en naftadampkraker i Böhlen (Sachsen) .

litteratur

• Arno Behr , David W. Agar, Jakob Jörissen: Introduksjon til teknisk kjemi. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2009, ISBN 978-3-8274-2073-2 , s. 178 ( begrenset forhåndsvisning i Google-boksøk).

weblenker

• Behandling av råolje - dampkraking i ChemgaPedia

Individuelle bevis

1. ↑ Vera Koester: Steam cracker. I: Magazine of Chemistry Europe. WILEY-VCH Verlag, 5. mars 2019, åpnet 4. januar 2021 . 
2. ↑ Data fra Port Arthur Refinery (PDF; 146 kB).
3. ↑ The Heart of the Verbund. I: basf.com. Hentet 17. juni 2020 .