• Nem Talált Eredményt

A termikus folyamatokon alapuló technológiák

In document Petrolkémiai Technológiák (Pldal 59-63)

4. Fejezet: A kıolaj-származékokból elıállított szerves anyagok technológiája

4.1. A termikus folyamatokon alapuló technológiák

Ebbe a csoportba három technológiát tudunk egyértelmően besorolni; ezek a viszkozitás-törés, a kokszolás és a termikus krakkolás. Ebbıl az elsı kettı finomítói technológia, a pirolízis pedig finomítón kívüli. A termikus krakkolást, vagy pirolízist szokták etiléngyártási technológiaként is emlegetni, utalva ezzel a technológia létrehozásának eredeti céljára.

Ebben az alfejezetben csak a viszkozitás-törést fogjuk részletesebben ismertetni, mivel a kokszolásról már volt szó – a termikus krakkolásról is, de ezt a technológiát a késıbbiekben részletesen is ismertetjük.

1. A viszkozitás-törés technológiája

A viszkozitás-törés tulajdonképpen a termikus krakkolás egy enyhébb formája, amikor a nehezebb kıolaj-maradékokat krakkoljuk a viszkozitásuk csökkentése érdekében – anélkül, hogy a forráspont-tartományukat érdemben befolyásolnánk. A viszkozitás csökkenésével együtt csökken az elegy dermedéspontja is.

A folyamat célja lehet a desztillációs maradék viszkozitásának csökkentése azért, hogy keverni lehessen azokat a könnyebb főtıolajokkal. Lehet cél az is, hogy un. közép-desztillátumokat állítsunk elı kenıanyagokhoz történı bekeveréshez. Ez mindig az adott finomító profiljától függ.

Például az atmoszférikus desztilláció maradékát 425-510°C-ra felmelegítjük egy kemencében, majd az anyagot egy újabb desztilláló oszlopba vezetjük. Közben – a kemencébıl történı kilépésnél – hideg gázzal kvencseljük (hőtjük), hogy a túlkrakkolódást, vagyis a

kokszképzıdést elkerüljük. A szétválasztó oszlop fenekén összegyőlt maradékot is többféleképpen lehet felhasználni: vagy kokszot gyártanak belıle, vagy hozzákeverik a katalitikus krakkolás alapanyagához (ez utóbbi a ritkább).

Kivételes esetekben a vákuum-desztillációs maradékot is felhasználják a viszkozitás-törés alapanyagaként. Ilyenkor a folyamatban hosszabb reakcióidıt alkalmaznak (1-8 perc). Az alapanyag hányadában < 10% benzin és könnyebb frakció nyerhetı ki. Természetesen itt is a piaci viszonyok döntik el, hogy érdemes-e ilyen arányért a vákuum-maradékot így feldolgozni – alternatíva a kokszolás (itt is keletkezik könnyő termék!) lehet, esetleg a bekeverés valamilyen főtıolajba.

Kinetikai szempontból a viszkozitás-törés elsırendő kémiai reakciónak tekinthetı, mivel nem fordulnak elı nagymértékben olyan szekunder reakciók, mint a polimerizáció, vagy a kondenzáció.

Ennél fogva a reakciósebességi állandó az alábbi egyszerő képlettel felírható:

K = 1/t * ln 100/x1

ahol: K a reakciósebességi állandó (1/s)

t a tartózkodási idı (s) az alapanyag folyadékfázisú térfogatáramához viszonyítva x1 a 484°C feletti forráspontú termékek hozamának aránya (térf. %)

Ezek alapján a reakciósebességi állandó hıfokfüggése lineáris.

A technológia legfontosabb berendezése a kemence. Ennek a megtervezése elsısorban az alapanyag függvényében, ill. annak ismeretében történik. Mivel a hosszabb szénhidrogén-molekulák bomlása 425°C körül kezdıdik, a csıkígyó hosszát úgy kell megtervezni, hogy az alapanyag hıfoka ne legyen magasabb 510°C-nál a kilépéskor.

2. A kokszolási eljárás

Errıl a technológiáról az 1.1.2. fejezetben (13. oldaltól) részletesebben is olvashatnak. A folyamat leírásán és fontosabb paraméterein túlmenıen az alábbi technológiai szempontok érdemelnek kiemelt figyelmet a kokszolásnál:

- a leggyakrabban felhasznált alapanyagok: az atmoszférikus desztilláció maradéka (a pakura), a vákuum-desztilláció maradéka (az aszfalt), a termikus krakkolás (pirolízis) maradéka (a pirolízis nehézkátrány), valamint a katalitikus krakkolásnál dekantált nehézolaj;

ebbıl is látható, hogy az alapanyag kiválasztása milyen rugalmasan igazítható a finomító felépítéséhez

- az alapanyag összetétele és alábbi tulajdonságai jelentısen befolyásolja a képzıdı koksz tulajdonságait is: a sőrőség, a Conradson-szám (ami a kokszképzıdési hajlamra utal), a desztillációs görbe kezdeti- és végforrpontja, valamint az alapanyag kén- és fémtartalma (a

nyersolaj gyakorlatilag minden szennyezı anyaga a vákuum-desztilláció maradékában koncentrálódik; itt győlik össze az összes nikkel- és vanádium-tartalom, az aszfaltének és a hamu, a kénvegyületek fele és a nitrogén-vegyületek 80-90%-a – ezek nagy része természetesen a képzıdött kokszban lesz

- az aszfaltének tartalmát a n-pentánban vagy n-hexánban való oldhatóság alapján lehet meghatározni – ezek ugyanis nem oldódnak bennük, hanem kolloid szuszpenziót képeznek;

nem gyártható belılük jó minıségő koksz, mivel sok oxigén-, nitrogén- és kén-vegyületet, valamint fémeket tartalmaznak

- az aromásokból viszont kiváló minıségő, könnyen grafitizálható koksz állítható elı

- az üzemi paraméterek jelentısen befolyásolhatják a koksz hozamát a gyártásnál: a nyomás és a hımérséklet növelése egyaránt a kokszképzıdés növekedésének irányába hat; ugyanezt okozza a recirkulációs arány növelése is – mindhárom változó értékének emelése javítja a koksz minıségét is. Azonban, sem a hımérsékletet, sem a nyomást nem lehet korlátlanul növelni, mert olyan kemény koksz képzıdhet, amit nem lehet majd kiszedni a kamrából.

3. A termikus krakkolás (pirolízis) technológiája

Ezt az eljárást az 1.2.1. fejezetben (16. oldaltól) fı vonalaiban már ismertettük. A TVK Olefin 1 üzem technológiájának részletes ismertetésére a késıbbiekben kerül majd sor. Ebben a fejezetben a többi termikus eljáráshoz való összehasonlítás érdekében említjük meg.

Míg a viszkozitás-törésnél a könnyebb párlatok (elsısorban motorhajtó anyagokhoz adagolható) elıállítása volt a cél, addig a kokszolásnál a petrolkoksz elıállítása.

Természetesen itt is keletkeztek könnyebb frakciók, amiket akár üzemanyagokhoz adagolva is fel lehetett használni.

Ha hasonlítani akarnánk a termikus krakkolást akár egyikhez, akár a másikhoz, elmondhatjuk, hogy tulajdonképpen mindkettınek rokona. Valamivel közelebb áll ugyan a viszkozitás-töréshez, mert ott is cél a kokszképzıdés csökkentése és a paraméterek is közelebb állnak egymáshoz. Annak ellenére, hogy a viszkozitás-törés kb. 500°C-os hımérsékletével szemben a termikus krakkolás folyamatát 800-870°C között szabályozzák. Ennek a folyamatnak a célja ugyanis a kis szénatom-számú telítetlen szénhidrogének (olefinek) elıállítása a célja. Ezek ugyanis a mőanyaggyártás legfıbb alapanyagai.

Az, hogy milyen mennyiségő etilént és propilént (ezek a legfontosabb monomerek) tudunk elıállítani, az nemcsak az üzemi paraméterektıl, hanem az alapanyag minıségétıl, összetételétıl is függ. A legtöbb etilén etán alapanyagból állítható elı, de jelentıs mennyiség nyerhetı a vegyipari benzin (naphtha) termikus krakkolásával is. A 21. ábra a különbözı alapanyagokból nyerhetı termékszerkezetet mutatja.

21. ábra: A különbözı pirolízis-alapanyagokból nyerhetı termék-szerkezetek

Látható, hogy akár a gázolaj bontásával is jelentıs mennyiségő monomer (etilén, propilén, butadién, butének) nyerhetı.

A folyamatban az alapanyagok összetételét és a paramétereket körültekintıen össze kell hangolni, hogy el tudjuk érni a maximális monomer-hozamot. Az utóbbi évek tendenciái szerint azonban már nemcsak a monomerek tekinthetık értékes termékeknek, hanem a BTX (benzol+toluol+xilol) és a kvencsolaj (pirolízis kátrány) is. Ezért a folyamatot ma már nem is a termékhozamokra, hanem a maximálisan elérhetı profitra optimalizálják. Ehhez figyelembe kell venni nemcsak a termékek, hanem az alapanyagok árait is, valamint a felhasznált energia költségét. A keletkezı metán-frakciót főtıgázként használják fel a kemencékben való tüzeléshez, vagyis az alapanyag kívánt hıfokra történı felhevítéséhez. Vagyis a folyamat tulajdonképpen megtermeli a saját maga számára szükséges főtıanyagot (csak kis mennyiségő földgáz-importra lehet szükség). A forró füstgázok által szállított hıt pedig elsısorban gıztermelésre használják – ezt a gızt pedig elsısorban a bontott gázok szétválasztásához szükséges kompressziónál használják fel a kompresszorok turbináinak meghajtásához. Az egész hıbontási folyamat hatásfoka nagyon jónak mondható, hiszen a bevitt energia mindössze 7%-a vész el – a többi valamilyen formában hasznosul. Ezért mondják, hogy a pirolízis az ipar legjobban megtervezett, de egyben legbonyolultabb technológiája. A további részletekrıl a 7. fejezetben olvashatnak.

In document Petrolkémiai Technológiák (Pldal 59-63)