2. Industriesektoren

Anwendungsbereiche

Raffinerie & Petrochemie

Hydrocracking

Das technisch flexibelste und von den Investitionen und Betriebskosten aufwendigste Konversionsverfahren ist das Hydrocracken. Hierbei handelt es sich um ein katalytisches Spaltverfahren unter Zuführung von Wasserstoff bei einem Druck von 100 bis 150 bar, das eine sehr weitreichende Umwandlung des Einsatzproduktes ermöglicht.

So enthalten die niedrig siedenden Benzine pro Kohlenstoffatom eine größere Zahl von Wasserstoffatomen als hochsiedende Kohlenwasserstoffe wie Schweröle. Sollen größere Mengenanteile des Schweröls in niedrig siedende Benzine umgewandelt werden, dann muss gleichzeitig mit dem Cracken Wasserstoff an die gebildeten Molekülbruchstücke angelagert werden. Dazu ist erhöhter Wasserstoffeintrag unter Hochdruck erforderlich. Der Prozess sieht vor, dass das vorgewärmte Einsatzprodukt mit Wasserstoff durch einen oder mehrere Reaktoren geleitet wird, in denen mit Hilfe von Nickel-Molybdän-Katalysatoren eine hydrierende Spaltung erfolgt. Anschließend werden die flüssigen von den gasförmigen Produkten getrennt und der Restwasserstoff zusammen mit dem Frischwasserstoff wieder zum Anfang des Verfahrens zurückgeleitet.

Das Hydrocracken hat den Vorteil, dass sich je nach Katalysator und Betriebsbedingungen die erwünschte Ausbeute an Benzin, Dieselkraftstoff und leichtes Heizöl erzielen lässt. Von Nachteil sind der hohe Wasserstoffbedarf und der hohe Druck. Reaktoren, die diesen Anforderungen gewachsen sind, verursachen hohe Kosten. Daher erfordert die Versorgung des Hydrocrackers mit Wasserstoff meist den Bau einer eigenen Wasserstoffproduktionsanlage.

Olefin Processing

Olefine sind ungesättigte Verbindungen, deren Namen auf -en enden, wie z.B. Ethylen oder Propylen, Butylen, Butadien und so weiter. Im Vergleich zu Paraffinen sind Olefine instabil und reagieren gerne mit sich selbst oder anderen Verbindungen wie Sauerstoff oder Bromlösung. Olefine werden bei der Verarbeitung von Rohstoffen durch thermisches Steamcracking oder Fluid Catalytic Cracking hergestellt. Ethylen und Propylen sind wichtige Zwischenprodukte und Einsatzstoffe für die Herstellung von Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Monoethylenglykol (MEG), Polyvinylchlorid, Styrol und vieles mehr.

Hydrogendesulfurization

Bei der industriellen Hydrogendesulfurization findet die Reaktion in einem Festbettreaktor bei einem Temperaturniveau von 300 bis 400° C und einem Druckbereich von 30 bis 130 bar statt. In diesem Prozess ist ein Katalysator mit Aluminiumoxid, Kobalt und Molybdän imprägniert, vorhanden. Der Schwefelgehalt wird aus Kohlenwasserstoff-Kraftstoffen reduziert, so dass schwefelarmer Diesel, ultra-schwefelarmer Diesel und andere schwefelarme Transportkraftstoffe hergestellt werden. Die Aufgabe des Kompressors ist es, das eingespeiste Wasserstoffgas auf die Bedingungen des Startprozesses zu bringen. Außerdem hält er den Kreislauf auf Druckniveau.

Reforming

Ein weiterer wichtiger katalytischer Raffinerieprozess ist das Reforming. Das Rohbenzin aus der atmosphärischen Destillation hat mit einer Oktanzahl von 40 bis 60 eine zu niedrige Klopffestigkeit, um es für die Herstellung von Ottokraftstoff zu verwenden. Daher ist das Ziel beim Reformieren, die Oktanzahl des Benzins OZ >91 zu erhöhen. Beim Reformieren laufen folgende Reaktionen ab:

  • Isomerisierung von n-Alkanen zu Isoalkanen.
  • Dehydrierung von Naphthenen zu Aromaten.
  • Dehydrocyclisierung von n-Alkanen zu Naphthenen.

Beim katalytischen Reformieren werden mittels Platinkatalysator die Molekülstrukturen des Rohbenzins auf die Oktanzahl von 95 bis 100 erhöht. Dabei entstehen aus gradkettigen Paraffinen z.T. Iso-Paraffine und in größerem Umfang aus ringförmigen Paraffinen (Naphthenen) Aromaten und Wasserstoff. Die Reformierung läuft bei Temperaturen von 490 bis 540 °C ab. Der Reformierungsprozess selber ist endotherm, wodurch ständig Energie über Wärmetauscher zugeführt werden muss. Als willkommenes Nebenprodukt entsteht beim Reformieren auch Wasserstoff, der in anderen Anlagenteilen des Raffinerieverbundes wie Entschwefelung oder Hydrocracker verwendet wird.

Gas-to-Liquid

Die Gas-to-Liquid-Technologie ist im Wesentlichen ein dreistufiger Prozess. Am Anfang steht eine Luftzerlegungsanlage zur Erzeugung von Sauerstoff. In einem Reformer wird aus Erdgas mit Sauerstoff und Dampf über einen Katalysator ein Synthesegas erzeugt. Die Umwandlung des Synthesegases in langkettige Wachskohlenwasserstoffe erfolgt in einem Fischer-Tropsch (FT)-Reaktor. Der letzte Schritt ist das Cracken der Kohlenwasserstoffe in Flüssigkeiten wie Diesel, Kerosin oder Naphtha, die als umweltfreundliche synthetische Kraftstoffe verwendet werden.

Isomerisierung

Bei der Isomerisierung in der Petrochemie wird die Atomfolge oder -anordnung eines gesättigten Kohlenwasserstoffs in ein anderes Isomer geändert, jedoch unter Beibehaltung seiner Molekülmasse. Der Gehalt an hochoktanigen aromatischen Komponenten in Kraftstoffen ist durch die Gesetzgebung limitiert, moderne Motoren benötigen jedoch eine höhere Kraftstoffqualität.

Ziel der Isomerisierung ist daher die Erhöhung der Oktanzahl von n-Alkanen. Bei der Isomerisierung von Leichtbenzin mit den Bestandteilen n-Pentan und n-Hexan werden bifunktionelle Katalysatoren verwendet, die sowohl über saure als auch über hydrieraktive, metallische Platin- oder Palladium-Zentren verfügen. Zur Vermeidung von Crack- und Verkokungsreaktionen wird der Prozess oft unter Wasserstoffdruck durchgeführt. Entstehende Olefine werden dabei wieder zum Alkan hydriert.