• Nem Talált Eredményt

A termikus krakkolás (pirolízis)

In document Petrolkémiai Technológiák (Pldal 22-27)

1. Fejezet: A petrolkémiai technológia tárgya, a petrolkémiai eljárások csoportosítása

1.2. A petrolkémiai komplexumokban mőködı technológiák

1.2.1. A termikus krakkolás (pirolízis)

A szénhidrogének termikus krakkolása (pirolízise) a petrolkémiai technológiák egyik alap-folyamatának számít. Ezzel állítjuk elı ugyanis a mőanyaggyártáshoz szükséges alapanyagok – más néven monomerek – döntı részét. A világon ma már több száz ilyen létesítmény van, etiléntermelı-kapacitásuk meghaladja az évi 25 millió tonnát. Az Európai Unióban 57 ilyen gyár van, ebbıl Magyarországon kettı – mindkettı Tiszaújvárosban, a TVK (MOL Csoport) területén.

Bár a kıolaj desztillációja több mint 250 éves múltra tekint vissza, a szénhidrogének hıbontásával alig 80 éve kezdtek el foglalkozni a kutatók. Ma már elmondhatjuk, hogy a pirolízis folyamatát igen nagy részletességgel ismerjük – tudnunk kell azonban azt is, hogy ez a folyamat, a kémia és a matematika nyelvére lefordítva, az ismert legbonyolultabb kinetikai-matematikai rendszerek egyike. A pirolizáló reaktorokban (kemencékben) 50-3000 reakció játszódik le egymást követıen és/vagy párhuzamosan, az alapanyag típusától függıen. Az alapanyagok széles skálája az etántól a gázolajig terjed, de ma már épülnek üzemek földgáz (metán) és nehéz frakciók feldolgozására is. Az alapanyagokhoz hasonlóan a termikus krakkolás során nyert termékek skálája is igen széles: a két fıtermék, az etilén és propilén mellett a hidrogéntıl a nehéz kátrányokig sokfajta termék keletkezik. A nulla maradék elve alapján minden terméket hasznosítanak valamilyen úton-módon. Egyetlen kivétel a reaktor csöveinek falára rakódott koksz, amit csak leégetéssel lehet eltávolítani, vagyis a levegıbe kerülı füstgáz lesz belıle.

Sajnos nemcsak a folyamat elmélete nagyon összetett és bonyolult, hanem az alkalmazott ipari technológia is. Egy olefingyártó létesítmény több száz gépbıl és berendezésbıl, több ezer km csıvezetékbıl áll; az alkalmazott hımérsékletek a -150°C-tól a +1200°C-ig terjednek. Az ilyen gyárak csak a legszigorúbb biztonsági és környezetvédelmi elıírások betartása mellett üzemeltethetık: az itt elıforduló anyagok többsége ugyanis tőz- és robbanás-veszélyes szénhidrogén. Kiemelten fontos tehát az ott dolgozók, valamint a környezetben élık biztonságának, egészségének megóvása – az üzemeltetési és biztonsági elıírásokat minden körülmények között be kell tartani. Az ilyen munkahelyen – és ez a petrolkémia egész területére érvényes – csak munkájuk iránt teljes felelısséggel viselkedı embereknek szabad

dolgozniuk, akiknek folyamatos képzésben, ismeretbıvítésben kell részesülniük; állandó egészségügyi felügyelet mellett. A következı képen (10. ábra) két, egymás melletti pirolízis kemence látható – kívülrıl nézve „békésnek” tőnek; semmi nem utal arra, hogy a tőzterükben 1200 °C-os hımérséklet teszi próbára az acélcsövek és a tőzálló falazat ellenálló képességét.

10. ábra: Olefingyári pirolízis kemencék látképe

Az olefingyártás technológiája azon alapul, hogy a nagyobb szénatom-számú telített szénhidrogének magas hımérsékleten kisebb molekulákra hasadnak szét, miközben dehidrogénezıdés és egyéb bonyolult reakciók játszódnak le. A hıbontás (pirolízis) során jelentıs mennyiségő telítetlen szénhidrogén keletkezik.

A vegyipari benzin és atmoszférikus gázolaj (AGO) alapanyagokon kívül pirolizálásra kerül a technológiai folyamat során keletkezett etán és propán, valamint a C4-C5 frakció is. Emellett természetesen más vásárolt alapanyagokat (propán, PB, LPG, butánok, pentánok, stb.) is lehet és szoktak is bontani. Az alapanyagok fajtái a világon régiónként változnak attól függıen, hogy mi áll rendelkezésre. Ahol finomítók mőködnek, ott biztosan áll rendelkezésre vegyipari benzin és gázolaj is, de gáznemő alapanyagokkal is lehet számolni. Vannak olyan helyek, ahol nagy mennyiségő etán áll rendelkezésre (Észak-Amerika, Közel-Kelet, Kína) csak ki kell termelni a földbıl.

A 11. ábrán a világ különbözı részein feldolgozott pirolízis-alapanyagok szerkezete látható.

Az ábra szerint Európa, Japán és Kelet-Ázsia nagyrészt a finomítókból kapott benzin és

gázolaj bontására kényszerül, mert nincsenek etán-mezıi – ellentétben Amerikával és a Közel-Kelettel.

11. ábra: A pirolízis-alapanyagok megoszlása régiók szerint

A hıbontás a pirolízis kemencékben megy végbe, amelyekbıl a reakcióelegy – az alapanyagtól függıen – 820-870°C-on lép ki. A gázolajat alacsonyabb, a gázokat magasabb hımérsékleten kell bontani. Az alapanyaghoz technológiai gızt, vagy más néven „hígítógızt”

adagolnak a kokszképzıdés mértékének csökkentésére. Ezen a hıfokon ugyanis már lejátszódik a szénhidrogének teljes dehidrogénezıdése is és a képzıdı koksz lerakódik a kemence csöveinek belsı falára. Ez pedig jelentısen lerontja a hıátadást a kemencében.

A kemencék rendkívül bonyolult szerkezető berendezések, de az alábbi fı részek pontosan elkülöníthetık:

- konvekciós zóna (itt keveredik az alapanyag a gızzel és a forró füstgázok melegítik fel az elegyet a pirolízis kezdetének hımérsékletéig)

- radiációs zóna (itt játszódnak le a hıbontási és más reakciók és keletkeznek a céltermékek és az ikertermékek is)

- gázhőtés-gızfejlesztés (a forró bontott gázokat itt hőtik le és a hıjükkel gızt fejlesztenek a turbó-kompresszorok meghajtásához)

- tüzelı berendezések (ezek a kemence falába és padozatába elhelyezett gázégık, amik a radiációs zónában felfőtik a reakció-elegyet)

Természetesen a kemencének vannak más fontos részei is, mint pl. a szabályzó- és biztonsági-berendezések, de ezek összehangoltan, a kemence minden részének mőködését felügyelik.

Nem hiányoznak a korszerő folyamatirányító számítógépek sem, amelyek a folyamatos felügyelet mellett biztosítják a berendezések optimális, a lehetı leggazdaságosabb üzemét.

A pirogázt a nemkívánatos további reakciók (másodlagos reakciók) befagyasztása céljából gyorsan le kell hőteni, amit elsı lépésben a gázhőtı-gızfejlesztı részhez tartozó kvencshőtık (kvencskazánok) végeznek el, miközben nagynyomású telített gız termelıdik. Ezek a hőtık csıköteges hıcserélık, amelyekben a gázok a csövekben áramlik, a gız pedig a köpenytérben fejlıdik nagynyomású, ionmentes kazántápvízbıl. A pirogáz hıfoka a kvencshőtık tisztaságától függıen 350-600 oC-ra áll be, majd a hımérsékletet a kemencénkénti direkt kvencsolaj (a bontás során képzıdı, aromásokat tartalmazó kátrányszerő olaj) befecskendezéssel ~180 oC-ra kell beállítani. Ezután egy győjtıvezetéken (ahol az összes kemence bontott gázai összegyőlnek) keresztül a pirogáz az olajos mosókolonnába kerül. Itt a gázt a kaszkád tányéros részen az oldalrefluxként - szőrés és hőtés után - feladott kvencsolajjal, majd a buboréksapkás tányérokkal ellátott felsı részen pirobenzinnel (ugyancsak a bontás során keletkezı benzin-frakció) 100 oC-ra hőtik vissza. A kolonna (mosóoszlop) fenékhımérséklete ~165 oC. A hőtések során keletkezı, a fenéken összegyőlı olajfelesleg egy részét a hıértékesítı kazánban eltüzelik, másik részét pedig alapanyagként a koromgyárba adják át (a kvencsolaj kiváló koromgyártási alapanyag), esetleg tárolják.

A pirogáz további hőtés céljából a vizes mosóoszlopba kerül. Az oszlop közepén kaszkád tányéros, felül töltetes kivitelő, ahol a hőtést az oldal-és fejrefluxként feladott hőtött cirkuláltatott mosóvíz biztosítja. A kolonna fejhımérséklete ~30 oC, fenékhımérséklete ~80

oC. A pirogáz visszahőtésével együtt az oszlopban lekondenzálódik a gázban lévı benzinkomponensek egy része, és a technológiai gız túlnyomó része. Az oszlop alján összegyőlt benzin-víz keveréket egy háromlépcsıs elválasztás során különítik el. A benzin egy része képezi az olajos mosóoszlop fejrefluxát, a felesleg további feldolgozásra a pirobenzin feldolgozó egységbe kerül. A víz egy része a cirkuláltatott mosóvíz, a feleslegbıl sztrippelés és hıcserék után ismét technológiai gızt állítanak elı, melyet a hıhasznosító kazánban történı túlhevítés után a kemencékhez vezetnek. A kolonna fején távozó pirogáz a Gázszétválasztó Üzembe kerül.

A gyár technológiájából adódóan jelentıs mennyiségő gáz és folyékony halmazállapotú főtıanyag, telített gız, magas hımérséklető füstgáz keletkezik, melyek lehetıvé teszik egy kettıshuzamú, membránfalas, gıztúlhevítésre alkalmas hıhasznosító kazán üzemeltetését. Ebbıl adódóan a nagyteljesítményő forgógépek meghajtása gızturbinával történik, ezért a gyár villamos energia igénye viszonylag alacsony és nagyobb az üzembiztonság. A gıztermeléshez szükséges ionmentes kazántápvizet a tápvízelıkészítı

rendszeren (vízlágyító) állítják elı. Az üzem feladata még a technológiai folyamat különbözı pontjain felmerülı hőtési igényeknek a recirkulációs hőtıvízrendszer üzemeltetésével történı kielégítése.

Természetes dolog az, hogy az ilyen bonyolult technológiák a világon mőködı sok gyárban nem teljesen egyformák. Öt olyan un. világcég van, akik saját szabadalmuk alapján forgalmazzák a termikus krakkolási eljárásokat. Közöttük a német LINDE neve bizonyára mindenkinek ismerıs. A TVK-nál mőködı két olefingyárnak is ık a licencadói.

Az eljárások különbözhetnek a kemencék felépítésében is, de leginkább a szétválasztó rendszerek felépítésében vannak különbségek. Pl. ahol nehezebb alapanyagot dolgoznak fel (gázolajat), ott a keletkezı termékeknél is nagyobb lesz a nehezebb frakciók (kátrány, pirobenzin) aránya. A könnyebb alapanyagok (gázok: etán, propán) feldolgozása esetén pedig a könnyebb termékek (metán, etilén) aránya lesz magasabb.

Az olefingyárakat eleinte kifejezetten az etilén elıállítására tervezték és építették fel; a többi keletkezı anyagot (propilén, C4-frakció, pirobenzin, kátrány) melléktermékeknek tekintették.

Nem sokkal késıbb, a polipropilén-elıállítási technológiák kifejlesztésével a propilén neve

„ikertermék” lett, de a többi neve maradt melléktermék. Ma már minden terméket hasznosítanak: a pirobenzinbıl oktánszám-javító komponenseket vonnak ki, a C4-frakcióbó a mőkaucsuk elıállításához szükséges butadiént, a kátrányt pedig ipari korom gyártására használják. A mai osztályozás szerint tehát az etilén és a propilén a fıtermékek, a többiek neve pedig: ikertermékek. Nem lényegtelen az sem, hogy ma a butadién ára magasabb a világpiacon, mint a fıtermék etiléné! Fontos tehát mindig szem elıtt tartanunk a világpiac igényeinek változásait: az üzemelı olefingyárak mőködését mindig ezekhez az igényekhez igazodva kell alakítani. A 12. ábrán a TVK Olefin 2 üzemének sematikus alapanyag- és termék-szerkezete látható, a legfontosabb energiafajtákkal egyetemben.

12. ábra: A TVK Olefin 2 üzemének sematikus felépítése

In document Petrolkémiai Technológiák (Pldal 22-27)