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Erdöl-Aufarbeitung

Thermisches Cracken

Beim thermischen Cracken handelt es sich um das einfachste und älteste Konversionsverfahren. Dabei werden die langkettigen Anteile des Rohöls durch kurzzeitiges Überhitzen (unter Druck) gespalten.Hohe Temperaturen versetzten Moleküle in Schwingungen. Bei genügend hoher Temperatur sind die Schwingungen so stark, dass die C-C-Bindungen zerbrechen. Bei den Molekülen des Erdöls beginnt dieser Spaltungsprozess ab etwa 370 °C in den Röhren des so genannten Spaltofens.Am leichtesten lassen sich Paraffine cracken, danach die Naphthene. Aromaten sind dagegen sehr widerstandfähig. Durch Variation von Temperatur, Druck und Verweilzeit im Spaltofen lässt sich der Umwandlungseffekt steuern. Das Ergebnis des Crackens ist wiederum eine Produktpalette, welche von Gasen über Benzine und Mitteldestillate bis zum schweren Rückstand reicht.Allerdings müssen die so erzeugten Benzine und Mitteldestillate noch hydriert werden.

Abb.1

Früher wurde das thermische Cracken zur Erhöhung der Oktanzahl des Benzins oder zur Gewinnung von leichteren Fraktionen (wie Benzin, Mitteldestillate) aus den schweren Fraktionen eingesetzt. Heute hat dies aber keine Bedeutung mehr, da man günstigere Verfahren für diese Zielsetzung entwickelt hat.

Bedeutsame thermische Cracker heute sind:

  • Visbreaker
  • Coker

Anschauliches: Mechanismus des thermischen Spaltens

Visbreaker

Das Visbreaken ist ein mildes thermisches Crackverfahren. Dabei sind Druck und Temperatur niedrig genug, um den Rückstand direkt der atmosphärischen Destillation zuzusetzen. Im Visbreaker wird effektiv die Viskosität (Zähflüssigkeit) dieses Rückstandes herabgesetzt (viscosity breaking). Es fallen nur geringe Mengen an Benzinen und Mitteldestillaten an.

Merkmale:

  • mildes thermisches Crackverfahren
  • Temperatur: etwa bei 460 °C
  • Druck: ~15 bar (1,5 MPa) bis ~70 bar (7 MPa)
  • Verweilzeit: je nach angestrebtem Produktspektrum
  • Einsatzprodukte: Rückstand der atmosphärischen Destillation, schweres Heizöl
  • Ziel: Viskosität des atmosphärischen Rückstandes herabsetzen, um diesen direkt dem schweren Heizöl zuzumischen bzw. Viskosität des schweren Heizöls herabsetzen, um es besser verkaufsfähig zu machen.

Durch den Einsatz eines Visbreaker spart man Gasöle oder Petroleum, die man sonst zur Einstellung der Viskosität für marktgerechte Ware benötigen würde.

Coken

Abb.2
Coker

Beim Coken werden die schweren Rückstände (z.B. von der Vakuum-Destillation) verarbeitet. Das Einsatzprodukt wird dabei auf ca. 500 °C erhitzt und dann auf den Boden einer so genannten Kokskammer geleitet. Dort läuft die Crackreaktion weiter, wobei sich niedrig siedende Kohlenwasserstoffe und Koks bilden. Wegen dieser verzögerten Koksbildung wird dieser Prozess "delayed coking" genannt. Die niedrig siedenden Anteile steigen auf und treten über Kopf aus der Kokskammer aus. Diese werden dann in einer atmosphärischen Destillation in ihre Bestandteile zerlegt. Die gebildeten Benzine und Mitteldestillate müssen noch hydriert werden. Der gebildete Koks bleibt auf dem Boden der Kokskammer zurück. Ist eine Kammer gefüllt, wird auf die nächste Kammer umgeschaltet. Der Koks wird dann mechanisch aus der ersten Kammer entfernt. Dieser Petrolkoks kann dann nach dem Zerkleinern direkt als Brennstoff (Grünkoks) verkauft werden oder er wird calciniert. Beim Calcinieren werden dem Koks bei Temperaturen von etwa 1200 °C noch vorhandene Ölbestandteile entfernt. Das Calcinat dient dann z.B. zur Herstellung von Elektroden.

Merkmale:

  • scharfes thermisches Crackverfahren.
  • Temperatur: ca. 500 °C
  • Druck: 2 bar (0,2 MPa) bis 5 bar (0,5 MPa)
  • Verweilzeit: groß
  • Einsatzprodukte: Vakuumrückstand, schwere Rückstände z.B. des Visbreakers

Anschauliches: Vergleich Petrolkoks mit anderen Brennstoffen

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