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Rohölgewinnungs- und Vakuumdestillationsanlage: Technische Details und Wettbewerbsvorteile Die atmosphärische und Vakuumdestillationsanlage (AVDU) ist der grundlegende erste Schritt bei der Raffination von Rohöl. Häufig als das „Herz der Raffinerie“ bezeichnet,...
Rohöl-Atmosphären- und Vakuumdestillationsanlage: Technische Details und Wettbewerbsvorteile
Die Atmosphären- und Vakuumdestillationsanlage (AVDU) ist der grundlegende erste Schritt bei der Raffination von Rohöl. Häufig als „Herz der Raffinerie“ bezeichnet, besteht ihre Hauptfunktion darin, das komplexe Gemisch aus Kohlenwasserstoffen im Rohöl in verschiedene Fraktionen oder „Schnitte“ aufzutrennen, basierend auf deren Siedepunkten. Diese erste Trennung liefert die wesentlichen Grundbausteine für alle nachgeschalteten Verarbeitungseinheiten.
Dieser Artikel geht auf die technischen Feinheiten sowie die bedeutenden Vorteile dieser entscheidenden Raffinerieinfrastruktur ein.
Der Prozess lässt sich logisch in zwei Stufen unterteilen: Atmosphärendestillation und Vakuumdestillation.
Bevor das Rohöl die Destillationskolonnen erreicht, muss es entsalzt werden. Rohöl enthält typischerweise Wasser, anorganische Salze (hauptsächlich Chloride wie Natrium-, Calcium- und Magnesiumverbindungen) sowie Sedimente.
Prozess: Das Rohöl wird erhitzt und mit frischem Wasser vermischt, um die Salze aufzulösen. Die Mischung wird anschließend in einen Entsalzungstank geleitet, in dem ein Hochspannungsfeld angewendet wird. Dieses Feld fördert das Zusammenlaufen kleiner Wassertröpfchen zu größeren, die sich am Boden absetzen und abgeleitet werden.
Zweck: Das Entfernen von Salzen ist entscheidend, um Ablagerungen, Korrosion und Katalysatorvergiftung in nachgeschalteten Anlagenteilen zu verhindern. Salze können beim Erwärmen Salzsäure (HCl) bilden, was zu schwerwiegenden Korrosionsschäden in den Überkopfsystemen der Destillationskolonnen führt.
Das entsalzte Rohöl wird in einer Reihe von Wärmetauschern (Vorwärmstrecke) und einem Direktheizofen (auch Pipestill-Heizer oder Ofen genannt) weiter auf etwa 350 °C bis 380 °C erhitzt.
Das heiße, teilweise verdampfte Rohöl wird anschließend in die atmosphärische Destillationskolonne eingespeist. Dies ist ein großes, zylindrisches Behältnis, das unter einem leicht überatmosphärischen Druck arbeitet, um das Eindringen von Luft zu verhindern.
Innere Struktur: Die Kolonne ist mit mehreren horizontalen Böden oder Füllkörpern ausgestattet, um den Stoff- und Wärmeaustausch zwischen dem aufsteigenden Dampf und der absteigenden Flüssigkeit zu fördern.
Fraktionierung: Während der Dampf aufsteigt, kühlt er ab. Bestandteile mit höheren Siedepunkten kondensieren auf unteren Böden, während leichtere Bestandteile weiter nach oben steigen. Seitenströme werden in verschiedenen Höhen abgezogen, um spezifische Fraktionen zu sammeln:
Leichte Bestandteile: Gase (C1-C4) und leichte Nafta verlassen die Spitze der Kolonne.
Schwere Nafta: Wird nahe der Spitze abgezogen und dient als Vorstufe für Benzin.
Kerosin / Flugzeugtreibstoff: Wird tiefer abgezogen, eine Fraktion mit mittlerem Siedepunkt.
Diesel / Gasöl: Wird noch tiefer abgezogen.
Reflux: Ein Teil der kondensierten Kopffraktion wird als Rücklauf in die oberste Stufe der Kolonne gepumpt. Dies ist entscheidend für die Temperaturregelung der Kolonne und verbessert die Trenneffizienz der Produkte an der Kolonnenspitze.
Sumpfprodukt: Der Rückstand am Boden der atmosphärischen Kolonne, atmosphärisches Rückstandsöl oder „langer Rückstand“ genannt, ist zu schwer, um bei atmosphärischem Druck ohne Zersetzung (thermische Zersetzung) verdampft zu werden. Dieser Rückstand wird der Vakuumdestillationsanlage zugeführt.
Um schwerere Moleküle aus dem atmosphärischen Rückstand ohne Zersetzung verdampfen zu können, wird der Druck stark reduziert.
Prozess: Der atmosphärische Rückstand wird in einem Vakuumofen auf etwa 380 °C bis 420 °C erhitzt und in die Vakuumdestillationskolonne eingespeist. Diese Kolonne arbeitet unter einem hohen Vakuum (absoluter Druck von 10 bis 40 mmHg), wodurch die Siedepunkte der Kohlenwasserstoffe erheblich gesenkt werden.
Erzeugung des Vakuums: Das Vakuum wird hauptsächlich durch eine Reihe von Dampfstrahlpumpen aufrechterhalten (häufig gefolgt von Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen). Dampfstrahlpumpen nutzen den Venturi-Effekt, um Gase (Luft und leichte Kohlenwasserstoffe) vom Kolonnenkopf abzusaugen.
Innere Struktur: Um den Druckverlust über die Kolonne zu minimieren, werden strukturierte Füllkörper mit geringem Druckverlust statt Boden verwendet. Der Kolonnendurchmesser ist ebenfalls größer als der der atmosphärischen Kolonne.
Fraktionierung: Die Kolonne trennt den Rückstand in:
Vakuumgasöle (VGO): Werden als Seitenströme abgezogen; diese sind wichtige Einsatzstoffe für Fluid Catalytic Cracking (FCC)-Anlagen und Hydrocracker.
Vakuumrückstand / "Kurzer Rückstand": Das Bodenprodukt, welches häufig zur Bitumenherstellung, zur Treibstofföl-Blends oder als Einsatzstoff für eine Coker-Anlage verwendet wird.
Das Design und der Betrieb einer modernen AVDU bieten mehrere entscheidende Vorteile:
Moderne AVDUs sind Meisterwerke der Wärmeintegration. Ein umfangreiches Netzwerk aus Wärmetauschern (die „Vorwärmstrecke“) nutzt die heißen Produktströme, um das einströmende kalte Rohöl vorzuwärmen. Dadurch wird der Brennstoffverbrauch der Öfen erheblich reduziert, was die Betriebskosten senkt und den CO₂-Fußabdruck der Raffinerie verringert. Der Einsatz von Transferlinien-Wärmetauschern (TLEs) direkt nach dem Ofen ermöglicht zudem die Rückgewinnung von Hochtemperaturwärme.
Eine gut konzipierte AVDU kann eine breite Palette von Rohölsorten (von leichtem, süßem bis hin zu schwerem, saurem Rohöl) verarbeiten. Die Betreiber können wichtige Parameter anpassen – Ofenausgangstemperaturen, Rücklaufverhältnisse und Abzugsraten – um die Ausbeute der wertvollsten Produkte zu optimieren (z. B. die Dieselproduktion gegenüber Heizöl maximieren), abhängig von der Marktnachfrage und dem Rohstoffzulauf.
Die AVDU liefert gereinigte und unterschiedliche Ausgangsstoffe für spezialisierte nachgeschaltete Anlagen:
Naphtha für katalytische Reformieranlagen zur Herstellung von Hochoktan-Benzin.
Gasöl zu Hydrotreatern zur Entschwefelung.
VGO zu FCC- oder Hydrocrackern, um schwere Moleküle in Benzin und Diesel aufzuspalten.
Diese erste Reinigung und Trennung ist entscheidend für die Effizienz und Lebensdauer dieser komplexen sekundären Anlagen.
Moderne Anlagen sind mit leistungsfähigen verteilten Steuerungssystemen (DCS) und fortschrittlichen Advanced Process Control-Algorithmen ausgestattet. APC ermöglicht:
Präzisere Qualitätskontrolle: Konstante Einhaltung der Produktspezifikationen (z. B. Flammpunkt, Siedebereich).
Maximierte Durchsatzkapazität: Sicherer Betrieb an den hydraulischen Grenzen der Kolonnen, um die Rohölverarbeitungsrate zu maximieren.
Optimierter Energieverbrauch: Dynamische Anpassung der Anlagen für die geringsten Energiekosten.
Die Vakuumeinheit trägt insbesondere einen erheblichen Mehrwert bei. Indem eine Raffinerie die Vakuumdestillation anstelle der reinen atmosphärischen Destillation nutzt, kann sie niedrigwertiges Rückstandsheizöl in hochwertiges VGO umwandeln, das anschließend zu Verkehrskraftstoffen (Benzin, Diesel, Kerosin) weiterveredelt wird. Dies erhöht die Gesamtausbeute an wertvollen Produkten pro Barrel Rohöl erheblich.
Obwohl Korrosion und Verschmutzung unterliegend, ist die AVDU eine robuste und bewährte Technologie. Mit geeigneten Materialien (z. B. korrosionsbeständigen Überzugböden), effektiver chemischer Behandlung (z. B. Antifoulants, Korrosionsinhibitoren) und sorgfältiger Wartung können diese Einheiten zwischen den großen Abschaltungen (Turnarounds) kontinuierlich 3 bis 5 Jahre lang laufen und somit eine hohe Verfügbarkeit der Raffinerie sicherstellen.
Die atmosphärische und Vakuumdestillationsanlage ist ein Meisterwerk des chemischen Ingenieurwesens, das grundlegende physikalische Prinzipien mit hochentwickelter Technologie verbindet. Ihre technischen Vorteile – von unvergleichlicher Energieeffizienz und Betriebsflexibilität bis hin zur Bereitstellung der wesentlichen Grundlage für die gesamte moderne Raffinerietechnik – unterstreichen ihre unverzichtbare Rolle bei der Umwandlung von Rohöl in die lebenswichtigen Produkte, die die globale Wirtschaft antreiben. Ständige Verbesserungen bei Materialien, Prozesssteuerung und Wärmeintegration stellen sicher, dass sie weiterhin Maßstab für Effizienz und Zuverlässigkeit bleibt.
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