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Laut dem amerikanischen Magazin „Hydrocarbon Processing“ ist die Hydrokracking-Technologie das wichtigste katalytische Umwandlungsverfahren in Raffinerien. Sie bietet sowohl Flexibilität bei der Verarbeitung von Rohölen als auch bei der Gestaltung der Produktzusammensetzung. In den letzten Jahren haben mehrere Systeme diese Flexibilität auf ein sehr hohes Niveau gebracht. Einige Raffinerien nutzen Hydrokrakkungsanlagen, um schwer verarbeitbare Rohöle zu behandeln, während andere ihre Verfahren in den Hydrokrakkungsanlagen anpassen, um Chancen auf dem Markt für Grundöle für Schmierstoffe sowie in der Petrochemiebranche zu finden. Diese Raffinerien haben eine differenzierte Betriebsweise der Hydrokrakieranlagen umgesetzt, was zu einer Steigerung der Wirtschaftlichkeit führte. Raffinerien sind weiterhin mit einer instabilen Gewinnlage und einer ungewissen Zukunft konfrontiert. Obwohl der Ölpreis derzeit niedrig ist und die Raffinerien damit einen angemessenen Gewinn erzielen können, ist der Wettbewerb auf dem Markt für Rohöle sehr intensiv. Es wird erwartet, dass die Nachfrage nach traditionellen Ölprodukten wie Benzin, Kerosin und Diesel weiter zurückgehen wird. Zudem haben einige neu errichtete, effiziente Raffinerien in Asien und im Nahen Osten den Wettbewerb auf dem Markt noch verschärft. Einige Raffinerien haben bereits den Weg gewählt, ihre Wettbewerbsfähigkeit zu steigern. Derzeit nutzen einige Raffinerien die Flexibilität der Hydrokrakieranlagen, um ihre Wettbewerbsfähigkeit zu steigern. Dazu gehören folgende Methoden: Erstens verarbeiten die Raffinerien billiges, schweres und von schlechter Qualität seinendes Rohöl. Raffinerien, die saures Rohöl verarbeiten, sind mit Risiken bezüglich der Zuverlässigkeit des Betriebs der Anlagen sowie unplanmäßiger Stillstände konfrontiert – insbesondere bei den Destillationsanlagen unter Normal- und Unterdruck. Diese Probleme wurden inzwischen gelöst. Für Raffinerien, die minderwertiges, schweres Rohöl verarbeiten, stellen große Mengen an Aromaten eine erhebliche Belastung für die Qualität der hergestellten Öle dar. Dadurch wird es schwierig, hochwertige Grundöle für Schmierstoffe herzustellen. Die Kombination von Hydrokracking und der Hydrogenisierung von Destillatölen hat zur Entstehung fortschrittlicher Prozessabläufe geführt. Speziell entwickelte Katalysatoren können dazu verwendet werden, die Dichte von Diesel sowie den Anteil an Aromaten zu verringern. Dadurch ändern sich die Siedepunkte erheblich, und die Eigenschaften beim Kaltfließen verbessern sich. Dadurch ist es kein Problem mehr, Rohöle mit hohem Aromatenanteil zu verarbeiten. In Raffinerien, die minderwertiges, schweres Rohöl mit hohem Metallgehalt verarbeiten, können große Mengen an Metallen wie Eisen, Nickel, Vanadium, Magnesium, Natrium und Kalzium zu zahlreichen Problemen führen – beispielsweise zu starkem Koksgebildung. Doch in letzter Zeit haben sich bei den Entmetallisierungstechniken wichtige Fortschritte ergeben. Durch die Auswahl eines geeigneten Katalysators sowie den Einsatz eines Schutzbettkatalysators kann sichergestellt werden, dass der hochaktive Katalysator ordnungsgemäß funktioniert. Für Raffinerien, die minderwertiges, schweres Rohöl mit hohem Stickstoffgehalt verarbeiten, stellt der hohe Stickstoffgehalt einen erheblichen Belastungsfaktor für die Vorbehandlungs-Katalysatoren in den Hydrokrakkungsanlagen dar und beeinträchtigt außerdem die Verarbeitungskapazität dieser Anlagen. Allerdings wurden bereits Katalysatoren für die Hydrogenierung mit besserer Aktivität sowie Katalysatoren für die Hydrocracking-Verarbeitung mit besserer Aktivität und Selektivität entwickelt. Diese beiden Katalysatoren in Kombination ermöglichen es, schwer verarbeitbare Rohöle mit dem Vorbehandlungskatalysator zu behandeln, wodurch sichergestellt wird, dass es keine nennenswerten Einbußen bei der Produktausbeute und der Betriebsdauer der Anlage gibt. Zweitens: Die Hydrokrackanlagen zur Verarbeitung von nicht-standardmäßigen Rohölen. Dabei werden in das traditionelle Hydrokrack-Rohöl aus reduziertem Gasöl einige Krackkomponenten hinzugefügt – beispielsweise Gasöle, die durch Verzögerter Koksgewinnung, Lösungsmittelbasierte Destillation oder Hydrokracking in Schwingbettverfahren gewonnen werden – sowie (in naher Zukunft) auch Gasöle, die durch Hydrokracking in Schwebbettverfahren hergestellt werden. Diese Rohstoffe (einschließlich katalytisch gewonnenen Schwergasöls und Deasphaltingöls) sind sehr schwer zu verarbeiten, da ihr Stickstoff-, Casimir-Kohlenstoff- sowie Metallgehalt sehr hoch ist. Einige Rohöle weisen aufgrund der bereits durchgeführten Krackung eine „hemmende“ Wirkung auf, wodurch sie schwieriger zu verarbeiten sind. Das Erscheinen neuer Generationen von Katalysatoren sowie ihre Leistungsfähigkeit sind entscheidend, um diese Rohstoffe wirtschaftlich und effizient zu verarbeiten – sowohl bei neu errichteten Hydrokrakkungsanlagen als auch bei der Umwandlung bereits vorhandener Hydrokrakkungsanlagen. Drittens: Die Hydrokracking-Technologie wird zur Herstellung von Grundölen für Schmierstoffe oder als Rohstoffe für die Pyrolyse (zur Herstellung von Ethylen) eingesetzt. Obwohl Mitteldestillate in der Regel wertvollere Produkte sind, sind in einigen Regionen Grundöle für Schmierstoffe oder Pyrolyserohstoffe wirtschaftlich vorteilhafter. Deshalb nutzen einige Raffinerien diese Marktchancen. Im Markt für Basenöle für Schmierstoffe liegt ein Teil des Grundes darin, dass die mit der Lösungsmittelreinigungstechnologie hergestellten Basenöle der Klasse I zunehmend durch Basenöle der Klassen II/III ersetzt werden, die mithilfe der Isomerentwachsend-/Hydrierungsreinigungstechnologie hergestellt werden. Es wird erwartet, dass die Nachfrage nach Basisölen der Klasse I stark zurückgehen wird – insbesondere in Europa und Nordamerika. Einige Anlagen zur Herstellung von Basisölen der Klasse I wurden bereits stillgelegt. Alle neuen Anlagen dienen der Herstellung von Basisölen der Klassen II/III. Wichtig ist, dass Basisöle der Klassen II/III in der Regel aus den Abfallprodukten von Hydrokrakkungsanlagen hergestellt werden. Natürlich müssen die Basisöle der Klasse III mit Rückständen aus der Hydrokrakung bei hoher Umsetzungsrate hergestellt werden, denn nur so ist es möglich, Basisöle mit einem hohen Viskositätsindex von 120–130 zu erhalten. Es wird erwartet, dass in Zukunft alle Grundöle für Schmierstoffe aus Hydrokrakkungsanlagen bezogen werden. Um die Rohstoffe für die Herstellung von Basisölen für Schmierstoffe zu verstehen, ist es notwendig, die Eigenschaften des unverarbeiteten Öls am Boden der Destillationskolonne in den Hydrokrackungsanlagen gründlich zu kennen – insbesondere den Viskositätsindex sowie den Gehalt an Aromaten, Schwefel und Stickstoff. Der Prozessablauf der Hydrotrocknungsanlage sowie die richtige Auswahl des Katalysatorsystems sind entscheidend, um die höchsten Erträge sowie Produkte von bester Qualität zu erzielen. Bei der Herstellung von Cracking-Rohstoffen ist Ethan seit langem der beste Rohstoff für die Ethylenproduktion durch Cracking. Obwohl es weiterhin die beste Rohstoffbasis für die Ethylenherstellung darstellt, müssen aufgrund von Engpässen bei der Beschaffung die Quellen für diesen Rohstoff erweitert werden. Dabei werden Flüssiggas, Naphtha sowie hydriertes Rückstandsgas verwendet. In jüngerer Zeit wird auch unverarbeitetes Rückstandsgas aus der Hydrotrocknungsprozess verwendet. Wenn das Rohmaterial schwerer ist, sinkt die Ausbeute an Ethylen, und andere unerwünschte Produkte nehmen zu. Aber die Preise für die Rohstoffe sind bereits gesunken. Wie in der Raffineriebranche hat auch die Petrochemiebranche ihre eigenen Konjunkturzyklen. In integrierten Raffinerie-/Petrochemieunternehmen ist die Flexibilität bei den Rohölen der Schlüssel für langfristigen Erfolg. Die Hydrotrocknung hat hier wichtige Vorteile. Da Wasserstoff selektiv zum unverarbeiteten Produkt hinzugefügt wird, kann dies ebenfalls zu einem Verlust an Ausbeute führen. Doch je höher der Wasserstoffgehalt ist, desto höher ist auch die Ausbeute an Ethylen durch die Spaltung – das ist der Wert dieser Rohstoffe. Viele moderne Zerkleinerungsanlagen sind so konzipiert, dass sie verschiedene Rohstoffe verarbeiten können – von Ethan über Naphtha bis hin zu Abfällen aus der Hydrokracking-Verarbeitung. Die Integration der Hydrocrackanlage der Shell-Raffinerie Pernis mit der Crackanlage des nahegelegenen Petrochemiewerks Moerdijk veranschaulicht dieses Prinzip. Gegen Ende des Betriebszyklus der Hydrokrakieranlage im Jahr 2013 kamen die technischen Experten zu dem Schluss, dass der Austausch gegen neue Katalysatoren zur Verbesserung des Ertrags an wertvollen Mittelölen beitragen würde. Jedoch hat jede solche Veränderung negative Auswirkungen auf die Shell-Raffinerie in der Nähe, in Moerdijk – schließlich verwendet auch diese Raffinerie das aus der Hydrokracking-Verarbeitung gewonnene Öl als Rohstoff für ihre Verarbeitungsanlagen. Falls der neue Katalysator dazu führt, dass der Wasserstoffgehalt des Ausgangsstoffs der Hydrokrackung sinkt, werden sowohl die Ethylenausbeute in der Krackanlage als auch die Betriebszyklen der Kracköfen erheblich beeinträchtigt. Die Techniker hoffen, dass der neue Katalysator es ermöglicht, die Qualität des Ausgangsstoffs der Hydrokrackung beizubehalten und gleichzeitig die Ausbeute an Mitteldestillaten zu erhöhen. Diese integrierten Unternehmen **vergrößern die Komplexität beim Wechsel des Katalysators. Die letztendlich gewählte Lösung besteht darin, den Wert der Unternehmensintegration zu steigern, damit sowohl Raffinerien als auch Petrochemiebetriebe mehr Gewinn erzielen können.** Das Ergebnis der Bewertung durch das Projektteam nach dem Austausch des Katalysators war, dass der Gesamtgewinn des Unternehmens jährlich um 5 Millionen US-Dollar stieg. IV. Kombinierte Ansätze zur Herstellung von Pyrolyserohstoffen oder Basisölen für Schmierstoffe durch Hydrocracking. Derzeit gibt es vier Techniken, mit denen man unter Nutzung der Flexibilität der Hydrocracking-Anlagen Pyrolyserohstoffe oder Basisöle für Schmierstoffe herstellen kann, um so den Gewinn des gesamten Unternehmens zu steigern: Erstens ist da die Kombination aus Hochvakuumdestillation und Hydrocracking. Durch Destillation unter Vakuum wird die Ausbeute an Vakuumgasöl maximiert, was sowohl mehr Rohöl für die Hydrokracking-Prozesse liefert als auch die Größe der Anlagen zur Verarbeitung von Schweröl verringert und somit die Investitionskosten senkt. Die Praxis hat gezeigt, dass die neueste Generation der Entdruckdestillationstechnologie – die Hochvakuum-Entdruckdestillation – es ermöglicht, große Mengen an Entdruckgasöl zu erzeugen. Gleichzeitig bleiben die Gehalte an Schwermetallen (Nickel und Vanadium), Kohlenstoffresten sowie C7-Asthenen (die wichtigsten Stoffe) im akzeptablen Bereich für Hydrokrakkungsanlagen. Die Daten zeigen, dass durch die Modernisierung die Ausbeute an Vakuumdestillatöl um etwa 2 Prozent steigt. Zudem hilft dies dabei, den Betriebszyklus der Anlage von 3 auf 4 Jahre zu verlängern. Die Investitionen für die Modernisierung sind gering, die Amortisationszeit beträgt weniger als 1 Jahr. Außerdem umfasst die Umgestaltung nicht viele Arbeiten – hauptsächlich geht es um die Installation neuer Sprühverteiler, neuer Füllmaterialien für die Öbrennschicht sowie neuer Trägerplatten in der Destillationsanlage. Die Umgestaltung dauert nicht lange und kann während der regulären Wartungsarbeiten in der Raffinerie durchgeführt werden. Zweitens ist es die Kombination aus Verzögerter Koksgewinnung und Hydrokracking. Im Allgemeinen gilt die Verzögerungskokung als effektivste Technologie zur Verarbeitung von Rückstandsöl. Allerdings kann die Kokung von schwerem Gasöl die Weiterverarbeitung in nachgeschalteten Anlagen beeinträchtigen. Es wird angenommen, dass die Verarbeitung von katalytisch geröstetem Schwergasöl zusammen mit Entlastungsgasöl in Hydrokrakkungsanlagen die Rohstoffe für die Herstellung von Schmierölbasisölen beeinträchtigt. Tatsächlich kann die neueste Hydrocrackierungstechnologie Koksöl sowie Vakuumöl gemeinsam verarbeiten, um hochwertige, saubere Kraftstoffe oder Rohstoffe für Schmieröle herzustellen. Die Kombination aus Verzögerter Katalyse und Hydrocracking ist eine sehr effektive Methode – sie ermöglicht es, ohne die Herstellung von Kraftstofföl auszukommen, und bietet den Raffinerien zugleich Flexibilität bei der Verarbeitung von Rohöl. Da Hydrokrakkungsanlagen Rohstoffe mit hohem Stickstoff- und Aromatgehalt verarbeiten können, die bei der Umstellung der Raffinerien entstehen, können Verzögerungskokereianlagen besonders schwierig zu verarbeitende Schweröle verarbeiten. Drittens ist die Kombination aus Lösungsmitteldestillation und Hydrokracking. Die Kombination aus Lösungsmittel-Entasphaltierung und Hydrocracken des Entasphaltungsöls ist das kostengünstigste Verfahren zur Umwandlung von Rückstandsöl – insbesondere im Vergleich zum direkten Hydrocracken von Rückstandsöl. Aufgrund des hohen Gehalts an Metallen und Rückständen wird traditionell das Deasphaltingöl katalytisch zerkleinert. Entlastetes Gasöl enthält etwa 1–2 ppm Metalle sowie etwa 0,5–1,0 Gewichtsprozent Asche, während deasphaltiertes Öl in der Regel 15–30 ppm Metalle sowie etwa 6–10 Gewichtsprozent Asche enthält. Mit einem gut konzipierten Katalysatorsystem sowie Präparations- und Krackkatalysatoren lässt sich mit diesen Verunreinigungen leichter umgehen. Entasphaltiertes Öl ist ein relativ „reines“ Rohmaterial für die Hydrokracking-Verarbeitung; im Vergleich zu reduziertem Gasöl weist es einen äußerst niedrigen Gehalt an C7-Asthenen auf. Industrielle Daten zeigen, dass der Asphaltengehalt im Deasphaltierungsöl C7 nur 10 ppm beträgt, während er im Entlastungsgasöl C7 bis zu 700 ppm liegt. Es ist entscheidend, ein gutes Verständnis für die Katalysatoren zu haben, die zur Destillation von Asphaltoberflächenölen verwendet werden. Im Vergleich zur Demetallisierung von Schweröl bei Normaldruck ist die Demetallisierung von Asphaltschweröl schneller und einfacher. Die entworfenen Reaktionsbedingungen müssen ein langsames Demetallisieren bewirken und dafür sorgen, dass möglichst viel Metall auf dem Katalysator abgelagert wird. Auch die Auswahl des Katalysators ist sehr wichtig – sowohl für den Vorbehandlungs-Katalysator als auch für den Krackungskatalysator. Es muss ein Gleichgewicht zwischen Selektivität und Aktivität erreicht werden, das den Eigenschaften des Deasphaltieröls entspricht – einschließlich der großen Kohlenwasserstoffmoleküle, die im Deasphaltieröl enthalten sind. Mit fortschrittlichen Destillationsanlagen zur Asphaltsentfernung kann ein Asphalts entsteht, bei dem die Erträge hoch sind und nur geringe Mengen an Verunreinigungen in den weiteren Verarbeitungsschritten anfallen. Der Einfluss von Verunreinigungen auf den Betrieb von Hydrokrackungsanlagen unterscheidet sich erheblich. Am stärksten wirkt sich das C7-Astharin aus; danach folgen Metalle, Rückstande sowie Stickstoff. Am schwächsten ist der Einfluss von Schwefel. Viertens: Die Kombination aus Hydrokracking und Isomerisierender Entwachsung. Die Herstellungsverfahren für Basenöle für Schmierstoffe wechseln schnell von der Lösungsmittelreinigung zur Isomerentwachung. Die Verbesserung der Qualität von Grundölen hängt nicht von der Verwendung bestimmter Rohöle ab. Die Ausbeute an Grundölen steigt, und es wird einfacher, hochwertige Grundöle der Klasse III herzustellen, die der Markt verlangt. Die Kombination aus Hydrocracking und isomerer Dewaxung steht im Einklang mit der Strategie der Raffinerien, schwer verarbeitbare Rohöle zu verarbeiten; das Hydrocracking ist eine entscheidende und machbare Anlage. Typischerweise wird Rohöl bei Normaldruck in eine Anlage zur Vakuumdestillation eingespeist, wobei durch tiefes Flashen die maximale Menge an Hydrotrennungs-Rohstoffen in Form von Vakuumgasöl gewonnen wird. Die Umsetzungsrate der Hydrocrackung kann präzise reguliert werden, um Produktqualität und Ausbeute in Einklang zu bringen. Die Anlage zur Isomerisierung/Entparaffinierung sowie Nachbehandlung mit Wasserstoff kann die gewünschten Basisöle der Klasse II oder III herstellen. Wenn ein ausreichender Bedarf an dem schwereren Basisöl mit 500 N besteht, kann Deasphaltieröl hinzugefügt werden (so verfährt auch die koreanische Firma Hyundai Oil). Auch über den Verarbeitungsweg mit Entasphaltieröl kann Leichtöle der Klasse II hergestellt werden. Derzeit gibt es dieses Produkt noch nicht auf dem Markt. Doch da immer mehr Anlagen zur Herstellung von Basisölen der Klasse I stillgelegt werden und es keine traditionellen Leichtöle mehr gibt, wird nach diesem Produkt gefragt sein.