【Chemie-News – Alkylierung】Neueste Entwicklungen in der Alkylierungstechnologie in den letzten Jahren

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von Arbeiter 1985 am 08.06.2016 um 08:01 bearbeitet. Laut einem Bericht der Zeitschrift „Chemical Engineering“ aus dem Mai 2016 ist die Alkylierung eine immer wichtiger werdende Technologie in der Raffinerieindustrie. Dabei werden kohlenstoffarme Olefine mit Isobutan reagiert, wodurch Isomere des Trimethylpentans entstehen – also sogenanntes Alkylierungstreibstoff. Dieser kann als Bestandteil zur Herstellung von sauberem Benzin verwendet werden. Alkyliertes Öl ist ein hochwertiger Bestandteil für Benzin – es hat einen hohen Oktanwert, einen niedrigen Dampfdruck, enthält wenig Schwefel und keine Aromaten. Die Nachfrage nach alkylierten Ölen nimmt zu – hauptsächlich aufgrund des Wirtschaftswachstums, das mehr Benzin erfordert, der verpflichtenden Einführung strengerer Benzinstandards, der Anforderungen, den Anteil an hochoktanigen Bestandteilen wie Aromaten und Olefinen im Benzin zu verringern, sowie des Bedarfs an Hochleistungsmotoren. Eine strenge Beschränkung des Schwefelgehalts im Benzin erfordert ein strengeres Hydrogenergieverfahren, was zu einem Rückgang des Oktanzahls des Benzins führt. Alkyliertes Öl ist ein Zusatzstoff mit hohem Oktanzahlwert und niedrigem Schwefelgehalt, der den Oktanzahlwert des endgültigen Benzins erhöhen kann. Ein weiterer Faktor ist, dass in den Schiefervorkommen der USA billiger Butan zur Verfügung steht, was eine große Menge an günstigem Rohstoff für die Alkylierung bietet. In den letzten Monaten wurden Fortschritte in der Technologie der Alkylierung mit festen Säurekatalysatoren verzeichnet. Die über Jahre hinweg entwickelten festen Säurekatalysatoren können nun die schädlichen und korrosiven flüssigen Säurekatalysatoren (Flusssäure und Schwefelsäure) ersetzen. Auf der diesjährigen AFPM-Konferenz präsentierte das Unternehmen CB&I die Fortschritte bei der Entwicklung des weltweit ersten industriell genutzten Katalysators auf Basis fester Säuren für Prozesse der Alkylierung. Dieser Katalysator wird in der Tochtergesellschaft Zibo Haiyi Fine Chemicals der Shandong Huifeng Petrochemical Company in China hergestellt. Die Anlage ging im August 2015 in Betrieb. Das Gerät nutzt die von CB&I, Yabao und dem finnischen Unternehmen Neste gemeinsam entwickelte AlkyClean-Technologie. Die Produktionskapazität für alkylierte Öle beträgt 2700 Fässer pro Tag – das entspricht 100.000 Tonnen pro Jahr. CB&I gibt an, dass die Anlage in Shandong bislang alle erwarteten Leistungsmerkmale erfüllt hat. Seit der Inbetriebnahme hat sich gezeigt, dass die Qualität der alkylierten Öle sehr gut ist. Der gemessene Oktanzahlwert liegt zwischen 96 und 98 – das ist deutlich höher als der Oktanzahlwert herkömmlicher alkylierter Öle. Die Untersuchung des Oktanzahls ist ein wichtiger Indikator für den Wert von Alkylierölen als Zusatzstoffe in Benzin. Die AlkyClean-Technologie verwendet den von Avon entwickelten AlkyStar-Katalysator, einen robusten und langlebigen Zeolithkatalysator für Festbettanwendungen. In Kombination mit dem innovativen Reaktorverfahren von CB&I ermöglicht dieser Katalysator es, mit dem AlkyClean-Verfahren hochwertige Alkylieröle ohne den Einsatz von flüssigen Säurekatalysatoren herzustellen – wodurch das Verfahren sicherer und zuverlässiger wird. Da kein Nachbearbeitungsschritt erforderlich ist und es keine säurelöslichen Ölabfälle gibt, handelt es sich um eine sehr effektive Technologie zur Herstellung von alkylierten Ölen. Im Februar dieses Jahres gab das Unternehmen KBR bekannt, dass der erste Vertrag zur Übertragung der K-SAAT-Technologie für die Alkylierung mit festen Säuren unterzeichnet wurde. Der Vertrag mit der Firma KBR wurde von der Dongying Haikelerin Chemical Company abgeschlossen, die in der Stadt Dongying Produktionsanlagen errichtet. Das Unternehmen KBR stellt patentierte Technologien, grundlegende Prozessentwürfe sowie wichtige Geräte und Katalysatoren bereit. Es wird erwartet, dass dieses System im ersten Quartal 2017 in Betrieb genommen wird. Ein Merkmal des K-SAAT-Verfahrens ist die Verwendung eines festen Säurekatalysators namens ExSact. Es handelt sich um einen verbesserten Zeolithkatalysator, der heute kommerziell erhältlich ist. Im Vergleich zu katalytischen Lösungssäuren verursacht er deutlich weniger Schäden für den Menschen und die Umwelt. Dieser Vorteil sowie die geringen Investitionskosten in den Bau sind die Hauptfaktoren, die dazu beitragen, dass die Firma Haike sich für das K-SAAT-Verfahren statt für die herkömmliche Alkylsulfatierungstechnologie entscheidet. Gautham Krishnaiah, Leiter für Katalyse- und Alkylierungstechnologien bei KBR, sagte, dass die Betriebskosten der Anlagen zur Alkylierung mit festen Säurekatalysatoren geringer seien. Der Wartungsaufwand für diese Anlagen sei niedriger, außerdem sei keine Kühlung für die Anlagen zur Alkylierung mit Schwefelsäure erforderlich. Außerdem sind weder die Regeneration von Flüssigsäuren noch die Behandlung von festen Abfällen (Säure-Basen-Neutralisierung) notwendig. KBR hat diese grüne Chemietechnologie in Zusammenarbeit mit Exelus entwickelt. Heute ist KBR der einzige Lizenzgeber für die ExSact-Katalysatoren von Exelus. Der K-SAAT-Prozess verwendet zwei Reaktoren: Einer dient für die Alkylierung, der andere für die Regeneration oder als Reserve. Mithilfe von Wasserstoff wird der Katalysator vollständig regeneriert. Im Regenerierungsprozess werden weicher Kokskohle (verschiedene stark ungesättigte Kohlenwasserstoffe) sowie Schadstoffe, die an dem Katalysator haften, entfernt und abgeblasen. Der erfolgreich entwickelte ExSact-Katalysator ist in vielerlei Hinsicht den flüssigen Säurekatalysatoren sowie anderen festen Säurekatalysatoren überlegen. Um die Selektivität des Produkts zu verbessern, wurden sowohl die Säurezentren als auch die Porenstruktur des Katalysators optimiert. Im Vergleich zu anderen festen Säurekatalysatoren sind die Betriebszyklen bei der Alkylierung mit dem ExSact-Katalysator länger ； Die Flexibilität hinsichtlich der Quellen der Rohstoffe sowie der Bestandteile (Ethylen, Propylen, Butylen und Pentylen können alle als Olefine verwendet werden) ist sehr groß. Im Gegensatz dazu kann bei dem Verfahren der Alkylierung flüssiger Säuren kein Ethylen verwendet werden, da dadurch stabile Ester entstehen. Außerdem verfügt das Festsaureverfahren von KBR über eine ausgezeichnete Fähigkeit, Schadstoffe in den Rohstoffen – wie Feuchtigkeit, Schwefel, Diene, Oxide und Nitrile – zu bekämpfen. Fortschritte in der Alkylierungstechnik mit Schwefelsäurekatalysatoren: Das Auftreten von Prozessen zur Alkylierung bei industrieller Skala unter Verwendung fester Säuren kann die innovativen Anwendungen von Alkylierungsanlagen mit flüssigen Säurekatalysatoren nicht mehr aufhalten. Die DuPont Company setzt ihre Alkylierungstechnologie mit Schwefelsäure bei einigen einzigartigen Rohstoffen ein. Im März dieses Jahres gab DuPont bekannt, dass es einen Vertrag mit einem chinesischen Raffineriebetrieb abgeschlossen hat, um eine Alkylierungsanlage zu liefern, die 100 % Buten als Rohstoff verwendet. Jeannie Branzaru, globale Verkaufsleiterin für Reinigungstechnologien bei DuPont, sagte, dass die chemischen Grundlagen für DuPonts neue Alkylierungstechnologien bereits seit langer Zeit vorhanden sind. Die aktuellen wirtschaftlichen Bedingungen sind günstig für die Herstellung von Alkylierungstreibstoffen aus Butan – also für die sogenannte „spezielle Alkylierungstechnologie“. Dieser einzigartige Verarbeitungsprozess war früher wirtschaftlich nicht sinnvoll. Laut Branzaru können viele Unternehmen auf dem offenen Markt billigen, minderwertigen Butan erwerben, diesen anschließend in Dehydrogenationsanlagen in Isobuten umwandeln und das Isobuten dann in Alkylierungsanlagen verwenden, um wertvolle Alkylierungsfette herzustellen. Doch Dupons Technologie beschränkt sich nicht auf Butan – sie kann auch Propylen in hohen Konzentrationen sowie 100-prozentiges Penten verarbeiten. Das chinesische Unternehmen Dalian Hengli Petrochemical hat mit dem Unternehmen DuPont einen Vertrag über die Bereitstellung von Alkylierungs- sowie Technologien zur Wiederverwertung von Abfallssäuren (SAR) abgeschlossen, um Produktionsanlagen in dem neu zu errichtenden Raffineriekomplex im Industriegebiet des Hafens von Changxing Island zu installieren. Derzeit plant Hengli Petrochemical den Bau im Jahr 2018, wobei eine Inbetriebnahme im Jahr 2019 erwartet wird. Die DuPont Company wird ihre eigenen Stratco-Alkylierungstechnologie sowie die MECS-Technologie zur Wiederverwertung von Abfallssäuren einsetzen. Die Anwendung der Technologie von DuPont in integrierten Raffinerie- und Verarbeitungsanlagen ermöglicht es der Hengli Group, hochwertige Alkylieröle aus 100 % Isobuten als Rohstoff herzustellen. Kevin Bockwinkel, Globaler Geschäftsführer für Stratco-Technologie bei DuPont, sagte: „Die Anlagen von Hengli verfügen über ein einzigartiges Rohmaterial, was den Beginn einer neuen Ära für Alkylieröl auf dem Benzinmarkt darstellt – schließlich nehmen weltweit die Anlagen zur Herstellung von Alkylieröl aus Butan zu.“ Die Alkylierungsanlagen von Hengli werden im Stratco-Kontaktreaktor die patentierte XP2-Technologie von DuPont einsetzen. Laut Bockwinkel sorgt die Konstruktion der XP2-Technologie dafür, dass die Wärmeübertragungsflächen der Rohrreihen sehr effektiv genutzt werden können. Dadurch entstehen erhebliche Vorteile in der Herstellung, was wiederum zur Verbesserung der Qualität des Alkylierölprodukts führt.