Wissensreihe über verzögerte Pyrolyse – lohnt sich zum Speichern!

Thread Content

Verzögerte Kokung – ein Verfahren der thermischen Zersetzung. Sein Hauptzweck ist es, Öle mit hohem Kohlenstoffgehalt in leichte Öle umzuwandeln. Die verwendete Anlage kann im Zyklenbetrieb arbeiten, d.h. die schwereren Fraktionen des Koksdestillats aus dem Schweröl werden als Zyklenöl verwendet und verweilen dabei längere Zeit in der Anlage. I. Technische Einleitung: Die verzögerte Kokung ist eine Technik zur Sekundärverarbeitung von Erdöl. Dabei werden schwerere Öle mit geringem Wasserstoffgehalt als Rohstoffe verwendet. Unter hohen Temperaturen (ca. 500 °C) finden tiefgreifende thermische Zersetzungs- und Kondensationsreaktionen statt, wodurch reich an Gasen bestehende Produkte sowie Rohbenzin, Diesel, Wachsöle und Kohle entstehen. Es ist eine der wichtigsten Methoden zur tiefen Verarbeitung von Raffinerieölresten weltweit; seine Verarbeitungskapazität macht ein Drittel der Gesamtkapazität für die Verarbeitung von Raffinerieölresten aus. Unter Verzögerung versteht man die Methode, bei der das Koksöl (Rohöl und zyklisches Öl) in einem Heizofen schnell auf die Temperatur für die Koksbildung erhitzt wird. Dadurch entsteht im Reaktorrohr kein Koks. Das Öl gelangt anschließend in den Koksbehälter, wo die Koksbildung weiterhin stattfindet. Dadurch entsteht eine Verzögerung – daher wird diese Technik als verzögerte Koksbildung bezeichnet. In der Regel handelt es sich um einen Heizofen zusammen mit zwei Koksöfen – oder um zwei Heizöfen und vier Koksöfen. Der Heizofen erhält kontinuierlich Materialzufuhr, während die Koksöfen abwechselnd in Betrieb sind. Es handelt sich dabei um einen halbkontinuierlichen Prozess. Das Rohöl (Entlastungsrauchöl oder andere schwere Öle wie entöltes Teeröl, geklärtes Öl oder sogar Schmutzöl) wird auf 495–505 °C erhitzt und in den Koksofen geleitet. Im Koksofen findet eine Koksbildungsreaktion statt. Die entstehenden leichten Produkte strömen von oben aus dem Ofen in den Destillationskolben, wo Gas, Rohbenzin, Diesel sowie schwere Destillate gewonnen werden. Schweres Destillat kann zur weiteren Verarbeitung verwendet werden – beispielsweise als Rohstoff für die katalytische Zersetzung oder Hydrokracking – oder es kann ganz oder teilweise in das Rohölsystem zurückgeführt werden. Nachdem der Koks nach und nach gefüllt wurde (mit etwas Platz gelassen), wird die Rohstoffe in einen anderen Koksbehälter umgeleitet. Der im Koksbehälter verbleibende Koks wird anschließend mittels hydraulischer Methoden entfernt. Nachdem der Kohlekolben wieder leer ist, wird das heiße Rohmaterial zugeführt. Die Ausbeute an Koks in diesem Prozess variiert in der Regel mit dem Wert des Conradson-Cokes-Restgehalts (CCR) des Rohöls. Die Menge an Reingas beträgt in der Regel etwa 10 % (in Bezug auf die Masse); die Gasausbeute liegt bei % = 7,8 + 0,144 × CCR. Der Rest hängt von dem Zirkulationsverhältnis ab – doch das Verhältnis von Diesel zu Benzin liegt über 1. Als Rohstoff für die verzögerte Katalyse kann Schweröl, Schlammöl oder sogar Teer verwendet werden. Die Produkte der verzögerten Kokserei werden in Gas, Benzin, Diesel, Wachsöl und Kokskohle unterteilt. Für inländisch hergestellten Schweröl beträgt die Gasausbeute 7,0–10 %, die Ausbeute an Rohbenzin 8,2–16,0 %, die Ausbeute an Diesel 22,0–28,66 %, die Ausbeute an Wachsöl 23,0–33,0 %, die Ausbeute an Koks 15,0–24,6 % und der Anteil des übrigen Öls liegt bei 1–3,0 %. Koksgasoline und Koksdiesel sind die Hauptprodukte der verzögerten Koksung, doch ihre Qualität ist schlecht. Der Oktanzahlwert von Katalysatorbenzin ist sehr niedrig, in der Regel zwischen 51 und 64 (MON). Der Oktanzahlwert von Diesel hingegen ist höher, in der Regel zwischen 50 und 58. Doch beide Ölsorten weisen einen hohen Gehalt an Olefinen auf, außerdem enthalten sie viele Verunreinigungen wie Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff. Ihre Stabilität ist schlecht, weshalb sie nur als Halbfertigprodukte oder Zwischenprodukte verwendet werden können. Erst nach einer Aufbereitung können sie als Zusatzstoffe für Benzin und Diesel dienen. Kokswachsöl gilt aufgrund seines hohen Gehalts an Schwefel- und Stickstoffverbindungen, Gummistoffen sowie Rückständen als minderwertiges Wachsöl für die Sekundärverarbeitung. Bis zum Jahr 2014 wurde es in der Regel als Rohstoff in katalytischer oder hydrotaktischer Verarbeitung verwendet. Ölkohle ist eines der wichtigsten Produkte des Prozesses der verzögerten Katalytischen Krackung. Je nach Qualität kann sie als Elektrode, in der Metallverarbeitung oder als Brennstoff verwendet werden. Koksgase können nach Entschwefelung als Rohstoff für die Wasserstofferzeugung oder als Brennstoff in den Brennstoffnetzen verwendet werden. II. Vorteile und Nachteile: Die verzögerte Kokung ermöglicht die Verarbeitung von minderwertigen Rohstoffen mit hohem Anteil an Kohlenstoff und Metallen. Dadurch wird die Ertragsrate an Leichtölen sowie die Effizienz der Dekarbonisierung verbessert. Zudem weist diese Methode die Vorteile einer kontinuierlichen Betriebsweise, einer hohen Verarbeitungskapazität, großer Flexibilität, hoher Dekarbonisierungsleistung sowie niedriger Investitions- und Betriebskosten auf. Der Nachteil ist die hohe Ertragsrate bei Produkten mit niedrigem Wert sowie die schlechten Eigenschaften der flüssigen Produkte. Drei, Prozess der verzögerten Koksgewinnung: Die verzögerte Koksgewinnung ähnelt der thermischen Krackung – mit dem Unterschied, dass die Rohstoffe in kurzer Zeit auf die für die Koksgewinnungsreaktion erforderliche Temperatur erhitzt werden. Dabei wird verhindert, dass in den Rohrleitungen Krackungsreaktionen stattfinden. Die Krackungsreaktionen finden stattdessen in speziell dafür vorgesehenen Kokstürmen statt. Deshalb wird dieser Prozess auch als „verzögerte Koksgewinnung“ bezeichnet. Die Anlage zur verzögerten Koksgewinnung besteht hauptsächlich aus 8 Komponenten: 1. Die Koksgewinnungsanlage – die wichtigsten Geräte sind hier die Heizöfen sowie die Kokstürme. Es gibt Varianten mit einem Ofen und zwei Türmen, mit zwei Öfen und vier Türmen – außerdem gibt es solche, die direkt mit anderen Anlagen verbunden sind. 2. Destillationsteil: Die Hauptausrüstung ist der Destillationskolben. Bei der verzögerten Koksgewinnung müssen in der Regel Chemikalien wie Schäumungshemmer, Kokshemmstoffe oder Zusätze zur Erhöhung des Flüssigkeitsausbeutungs hinzugefügt werden. 3. Rückgewinnung von Koksgasen und Entswefelung – Die wichtigsten Anlagen sind Absorptionsbehälter, Desorptionsbehälter, Stabilisierungsbehälter sowie Wiederabsorptionsbehälter. 4. Der Bereich zur hydraulischen Kokenzersetzung: Angesichts des hohen Kohlenwasserstoffverhältnisses des schweren Restöls, wodurch eine Kokenzusammensetzung besonders leicht auftritt, wird das Rohöl schnell auf eine hohe Temperatur (480–500 °C) erhitzt. Dadurch kommt es im Rohrheizofen nicht mehr zu Reaktionen – das Öl wird stattdessen in einen hohlen Behälter (sogenannten Kokerturm) geleitet. Dort findet eine Zersetzungs- und Kondensationsreaktion des erhitzten Öls statt. Da Erwärmung und Kokenzusammensetzung nicht gleichzeitig stattfinden, wird dieser Prozess als verzögerte Kokenzersetzung bezeichnet. Das bei der Zersetzung im Kohlebunker entstehende Öl- und Gasgemisch mit einer Temperatur von 415 °C entweicht aus der Oberseite des Kohlebunkers und gelangt in den Eingabebereich des Hauptdestillationsbunkers. Nachdem die darin enthaltenen Kohlepartikel durch Waschplatten gereinigt wurden, steigt das Gemisch in den Verdampfungsbereich auf, wo es weiter destilliert wird. Dabei werden reich an Gasen, Benzin, Diesel sowie leichtem und schwerem Wachsöl bestehende Fraktionen abgetrennt. Die durch die Kondensationsreaktionen im Kohlebunker entstandene Kohle bleibt hingegen im Kohlebunker zurück. Wenn sich im Kohlebunker eine bestimmte Menge an Kohle angesammelt hat, wechselt man zu einem anderen Kohlebunker, um dort weiterhin Kohle herzustellen. Der ursprüngliche Kohlebunker wird anschließend zur Reinigung der angesammelten Kohle genutzt. In der Regel werden in einer Koksereianlage 2 bis 4 Koksöfen verwendet. Die Entfernung des Kokses erfolgt mithilfe der hydraulischen Methode: Zunächst wird in der Mitte der Koksschicht mit einem Bohrgerät ein Loch gebohrt – von oben bis unten. Anschließend wird unter hohem Druck, bei 12–30 MPa, Wasser in dieses Loch geleitet. Durch die Schlagkraft des Wassers wird der Koks heruntergedrückt und am Boden abgeleitet. Das unter hohem Druck von der Hochdruckwasserpumpe gepumpte Wasser gelangt über die Zuleitungsrohre, Schlauchleitungen sowie Bohrrohre zum Düsen des hydraulischen Kokszerschers. Das aus den Düsen des Kokszerschers strömende Hochdruckwasser bildet einen Hochdruckstrahl. Durch die starke Schlagkraft dieses Hochdruckstrahls wird der Ölkokz zerschnitten. Der Bohrstab wird ständig nach oben und unten bewegt sowie gedreht, bis die Verunreinigungen vollständig beseitigt sind. 5. Hauptausrüstung zur hydraulischen Entkohlung: Hochdruckwasserpumpe, Steuerventile zur Entkohlung, Schmiersystem, pneumatische Ventile, Winde sowie Seilzüge, neue Entkohlungsschläuche, Wasserturbinen-Reduzierer, automatischer Wechsler für Bohr- und Entkohlungsvorgänge, automatische Lade-/Entladevorrichtungen für die Ober- und Unterseite des Turms, Aufzüge, Bohrrohrkomponenten sowie Kräne mit Greifarmen. 6. Entwässerung und Lagerung/Transport von Kohlekoks. Entwässerung sowie Lagerung und Transport von Kohlekoks. 7. Blasen-Entlüftungssystem. Blasen-Entlüftungssystem. 8. Dampferzeugungsbereich: Als Wärmequelle zur Erzeugung von Dampf werden in der Regel Diesel aus den Seitenströmen des Destillations Towers, schwere Wachsöle sowie Öl aus dem Kreislauf am Boden des Towers verwendet. 9. Bereich der Kohlenkohlebrennung: Der Bereich zur Brennung von Kohlenkohle. Die für den Inlandsmarkt festgelegte Ausgangstemperatur des Ofens beträgt 495–500 °C, während der Druck an der Spitze des Kokerturms bei 0,15–0,2 MPa liegt. IV. Schnelle Entwicklung: Gerade aufgrund der oben genannten Vorteile der verzögerten Katalyse entstand in China eine schnelle Entwicklung dieser Technologie. Der Hauptgrund dafür ist folgender: (1) Die verzögerte Katalyse ist ein wirksames Mittel, um das Ungleichgewicht zwischen dem Bedarf an Brennstoff und dem Angebot daran zu lösen. Dies liegt daran, dass chinesisches Rohöl im Allgemeinen schwerer ist und einen hohen Wachsgehalt aufweist, wodurch die Ausbeute an Diesel gering ist. Die Ausbeute an Diesel aus inländischem Rohöl liegt im Durchschnitt 5–7 Prozentpunkte unter der von Rohöl aus dem Ausland. Daher importiert China bis heute, im Jahr 2014, jährlich etwa 80×10 t Diesel. Gleichzeitig muss das Land 30×10 t Benzin exportieren, um ein Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage im Inland zu gewährleisten. Zweitens liegt es daran, dass chinesische Raffinerien bei der Weiterverarbeitung hauptsächlich auf katalytische Kracking-Verfahren zurückgreifen. Dadurch ist das Verhältnis von Diesel zu Benzin gering (1,94 bei verzögerter Pyrolyse, 0,56 bei katalytischem Kracking). Daher ist die Entwicklung der verzögerten Pyrolyse eine wirksame Methode, um das Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage an Diesel zu lösen und die Dieselproduktion zu steigern. ⑵Im Vergleich zur Hydrokracking-Technologie verfügt die Verzögerter Katalytische Zersetzung über einen gewissen Wettbewerbsvorteil: Obwohl die Stabilität der leichtflüssigen Ölprodukte schlechter ist, sind die Betriebskosten geringer – sie liegen etwa bei der Hälfte bis einem Drittel der Kosten für die Hydrokracking-Verarbeitung. Aufgrund der Vorteile wie geringe Investitionskosten, niedrige Betriebskosten sowie eine hohe Umwandlungsrate hat die verzögerte Katalyse zu einer der wichtigsten Verarbeitungsmethoden zur Aufbereitung von Schweröl geworden. Daher litt China bis 2014 unter Kapitalmangel, und angesichts des ausgeprägten Angebots- und Nachfragedefizits bei Leichtölen – insbesondere Diesel und Kerosin – war die verzögerte Koksgewinnung eine der geeignetsten Methoden, dieses Problem zu lösen. Die Materialien dieses Artikels stammen aus dem Internet. Bei Ungenauigkeiten bitten wir um Korrektur (Herausgegeben von Shihua Yuan; bei Weiterveröffentlichung bitte Quelle angeben)