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Erdöl-Aufarbeitung

Steamcracken

Beim Steamcracken handelt es sich ebenfalls um ein thermisches Crackverfahren, das in Gegenwart von Wasserdampf durchgeführt wird. Ziel des Steamcrackens ist es, die in der Petrochemie benötigten kurzkettigen Olefine herzustellen. Zielprodukte sind z.B. reaktionsfähige niedermolekulare Verbindungen wie Ethylen oder Propylen. Wie man aus der Grafik ersehen kann, werden diese jedoch erst bei hohen Temperaturen gebildet.

Abb.1

Aus der Grafik ist ersichtlich, dass die Bildung von Ethen aus Ethan oberhalb von etwa 650 °C begünstigt ist, und die Bildung von Ethin aus Ethan oberhalb von 1200 °C stattfindet. Daher ist es verständlich, dass man zur Erzeugung von Ethylen (Ethen) und Propylen (Propen) Temperaturen von 800-900 °C (Mitteltemperatur-Pyrolyse) verwendet, während die Bildung von Acetylen bei Temperaturen oberhalb von 1300 °C (Hochtemperaturpyrolyse) erfolgt. Ebenso ist aus der Grafik ersichtlich, dass die Kohlenwasserstoffe bevorzugt in die Elemente C und H zerfallen. Diese Reaktion erfolgt jedoch langsamer (kinetisch kontrolliert). Um diese unerwünschte Folgereaktion zu verhindern, muss das Reaktionsgemisch nach der optimalen Reaktionszeit möglichst schnell soweit abgekühlt werden, dass die Bildungsgeschwindigkeit dieser unerwünschten Produkte gegen Null geht.

Des Weiteren wird dem Einsatzprodukt Wasserdampf zugegegeben, um

  • ein gute radiale Wärmeverteilung im Rohr zu gewährleisten,
  • durch Verdünnung die Bildung der Crackprodukte zu favorisieren (Partialdruckabsenkung) und
  • die Austragung der gebildeten höhermolekularen Verbindungen (Koks) zu gewährleisten.

Deswegen wird dieser Prozess Steamcracking genannt.

Abb.2

Das gasförmige Einsatzprodukt wird im Steamcrackerofen durch senkrecht hängende Röhren geleitet, die von außen mit Boden- und Seitenwandbrennern beheizt werden. Nach dem Verlassen des Crackofens werden die hochreaktiven Produkte sofort innerhalb von etwa 0,1 s mit Wasser auf ca. 400 °C gequencht (schnell abgekühlt). Danach wird durch Einspritzen von Öl auf 200 °C gekühlt. Das Quenchöl wird in einer Ölwaschkolonne wieder abgetrennt. Die auf etwa 110 °C abgekühlten Produkte werden nun der Kolonne D zugeführt und in flüssiges Crackbenzin und Crackgase aufgespalten. Die angefallenen Crackgase werden verdichtet und müssen dann einer vielstufigen Aufarbeitung (siehe Vertiefung) unterworfen werden, ehe die reinen Endprodukte vorliegen.

Vertiefung: Aufarbeitung

Merkmale des Verfahrens:

  • thermisches Crackverfahren
  • Brennertemperatur: max. 1200 °C
  • Cracktemperatur: ~800 °C bis größer 1200 °C, je nach Einsatz- und Zielprodukten (siehe Vertiefung)
  • Verweilzeit: kurz; ca. 0,2-0,5 s
  • Einsatzprodukt: Ethan, Naphtha, Gasöl (siehe Vertiefung)
  • Ziel: Rohstoffe für die Petrochemie

Vertiefung: Verfahren zur Herstellung von Ethin/Acetylen

Anschauliches: Der „Steamcracker 2“ im Werk Ludwigshafen der BASF

Vertiefung: Temperaturabhängigkeit der Zielprodukte

Vertiefung: Ausbeutespektrum in Abhängigkeit vom Rohstoff

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