Naphtha/Kondensat-Aromatisierung zur Herstellung von Benzin mit hoher Oktanzahl

Beschreibung

Kurzbeschreibung: Herstellung von Hochoktangasolin aus Naphtha/Kondensat

Zielsetzung: Die Veredelung von Niedrigoktan-Naphtha oder Kondensat als Ausgangsprodukte zu Hochoktan-Gasoline-Blending-Komponenten, hauptsächlich durch katalytische Reformierung.

Wichtige Kennzeichen der Einsatzstoffe:

Naphtha: Ein leichtes Destillat aus der Rohöldestillation (Atmosphärische Destillationsanlage - ADU) oder anderen Anlagen, üblicherweise mit einem Siedebereich von ca. 30°C bis 200°C. Niedriges Oktanzahl (RON 40-70).

Kondensat: Sehr leichtes flüssiges Kohlenwasserstoffgemisch, das aus der Erdgasproduktion abgetrennt wird. Ähnlicher Siedebereich wie Naphtha, jedoch häufig leichter, magerer (weniger schwere Bestandteile) und kann mehr Paraffine/Naphthene enthalten. Ebenfalls niedriges Oktanzahl.

Kernprozess: Katalytische Reformierung

Das Herzstück der Produktion von Hochoktan-Benzin aus diesen Einsatzstoffen ist die katalytische Reformieranlage (CRU). Dieser Prozess wandelt niedrigoktane Kohlenwasserstoffe chemisch in hochoktane Bestandteile um.

Typischer Prozessablauf

1. Einsatzstoffvorbehandlung (unverzichtbar):

Zweck: Entfernung von Verunreinigungen (Schwefel, Stickstoff, Wasser, Metalle), die den teuren platinbasierten Reformierungskatalysator dauerhaft vergiften können.

Prozess: Hydrobehandlung (Hydrodesulfurierung – HDS).

Schritte:

Der Einsatzstoff wird mit wasserstoffreichem Gas (Recyclegas) vermischt.

Er wird über einen Katalysator (z. B. CoMo/Al₂O₃) bei hoher Temperatur (300–400 °C) und Druck (20–50 bar) geleitet.

Schwefelverbindungen (z. B. Mercaptane) werden zu H₂S umgewandelt.

Stickstoffverbindungen werden zu NH₃ umgewandelt.

Olefine sind gesättigt.

Metalle sind eingefangen.

Ausgangsprodukt: Behandeltes Naphtha/Kondensat mit sehr geringem Schwefelgehalt (<0,5 ppm, oft <0,1 ppm) und Stickstoffgehalt.

2. Katalytische Reformierung:

Zweck: Umwandlung von Paraffinen und Naphthenen mit niedriger Oktanzahl in Aromaten und verzweigte Paraffine (Isoparaffine) mit hoher Oktanzahl.

Hauptreaktionen:

Dehydrierung: Naphthene -> Aromaten + Wasserstoff (Hauptquelle für hohe Oktanzahl)

Isomerisierung: Unverzweigte Paraffine (n-Paraffine) -> Verzweigte Paraffine (i-Paraffine)

Dehydrierzyklisierung: Paraffine -> Naphthene -> Aromaten

Hydrocracken: (Unerwünscht, verbraucht Zulauf) Große Moleküle -> Kleinere Moleküle + Gas (C1-C4)

Prozesstypen:

Semi-regenerative Reformierung (SRR): Feste Katalysatorbetten. Die Anlage wird periodisch (alle 6–24 Monate) zur Regeneration des Katalysators abgeschaltet. Wird unter höherem Druck (15–30 bar) betrieben.

Reformierung mit kontinuierlicher Katalysatorregeneration (CCR): Der Katalysator zirkuliert kontinuierlich zwischen Reaktoren und einem separaten Regenerator. Wird bei niedrigerem Druck (3–10 bar) betrieben, was eine höhere Schweregradsteigerung ermöglicht (höheres Oktanzahl, höhere Aromatenausbeute, mehr Wasserstoff). Häufigster moderner Anlagentyp.

Bedingungen:

Temperatur: 480–530 °C

Druck: 3–30 bar (je nach Typ)

Katalysator: Platin (Pt) auf Aluminiumoxid (Al₂O₃) getragen, oft mit Promotoren wie Rhenium (Re), Zinn (Sn) oder Chlor (Cl) (bi- oder multimetallisch).

Ausgang:

Reformate: Hochoktaniges flüssiges Produkt (RON 95–106). Reich an Aromaten (Benzol, Toluol, Xylol – BTX) und verzweigten Paraffinen.

Wasserstoffreicher Gasstrom: Ein wertvolles Nebenprodukt (wird in Hydrierreaktoren, Hydrocrackern verwendet).

Flüssiggas (LPG): Leichte Gase (C1–C4) aus dem Hydrocracking-Prozess.

3. Produkttrennung:

Zweck: Trennung des Reformats vom Leichtgas und Wasserstoff.

Verfahren:

Stabilisator/Debutanisator: Entfernt Leichtbestandteile (C4 und leichtere Gase - Flüssiggas) aus der flüssigen Reformatfraktion.

Gasanreicherungsanlage: Trennt wasserstoffreiches Gas von den leichten Kohlenwasserstoffgasen (C1-C4). Der Wasserstoff wird gereinigt und zu den Reformierreaktoren und Hydrierreaktoren zurückgeführt.

4. Fraktionierung (optional, aber üblich):

Zweck: Aufteilung des stabilisierten Reformats in Siedebereichsfraktionen.

Verfahren:

Eine Fraktionieranlage trennt:

Leichtreformat: Niedrig siedende, hochoktanige Bestandteile (oft reich an Benzol/Toluol). Kann vor dem Mischen mit Ottokraftstoff eine Benzolreduktion erfordern, um Umweltvorschriften zu entsprechen.

Schwerreformat: Hoch siedende Bestandteile (reich an Xylolen und schwereren Aromaten).

Kernprodukt:

Reformat: Die primäre hochoktanige Komponente für die Ottokraftstoffmischung (Oktanzahl 95-106). Es erhöht die Oktanzahl des Endprodukts Ottokraftstoff erheblich.

Wichtige Aspekte:

Qualität der Zufuhr: Die Vorbehandlung ist entscheidend, um den empfindlichen Reformierungskatalysator zu schützen.

Prozessintensität: Höhere Intensität (Temperatur, niedrigerer Druck) erhöht die Oktanzahl und die Ausbeute an Aromaten, beschleunigt jedoch auch die Katalysatordeaktivierung und die Gasproduktion (LPG) (geringere Flüssigausbeute).

Katalysator: Platinbasierte Katalysatoren sind für die komplexen Reaktionen unverzichtbar; eine kontinuierliche Regeneration (CCR) ermöglicht optimale Leistung.

Wasserstoff: Ein wertvolles Nebenprodukt, das für andere Hydroprozessieranlagen der Raffinerie von großer Bedeutung ist.

Benzol-Management: Reformate enthalten Benzol. Oft schreiben Vorschriften vor, dass die Benzolkonzentration im Endbenzin minimiert werden muss, was gelegentlich eine Nachbehandlung des Reformers (z. B. Benzolsättigung, Extraktion) oder eine sorgfältige Mischung erfordert.

Zusammenfassung: Die Herstellung von hochoktanigem Benzin aus Naphtha/Kondensat hängt von einer gründlichen Vorbehandlung des Einsatzmaterials (Hydrotreating) ab, gefolgt von der katalytischen Reformierung, bei welcher Platin-Katalysatoren unter Hitze und Druck die Moleküle in hochoktanige Aromaten und verzweigte Paraffine umwandeln. Trennung und Fraktionierung liefern Reformingbenzin, den wesentlichen hochoktanigen Blends, sowie wertvolles Wasserstoffgas.

Produktverteilung (spezifische Anforderungen müssen gemäß Probe getestet werden)

Produktnatur

Hochoktaniges Benzin

Hinweis: Benzolgehalt von hochoktanigem Benzin & gt;1% (Schätzung)

Typische Eigenschaften von Flüssiggas

Katalysatoreigenschaft

Haupteigenschaften des Katalysators

FAQ

1. Frage: Was sind Naphtha und Kondensat, und warum werden sie für Benzin verwendet?

Antwort: Naphtha ist ein leichtes Destillat-Fraktion aus der Rohölraffination (typischerweise C5-C12-Kohlenwasserstoffe). Kondensat ist ein sehr leichtes flüssiges Kohlenwasserstoffgemisch (C5-C10+), das aus der Erdgasförderung gewonnen wird. Beides sind hervorragende Ausgangsmaterialien für die Benzinproduktion, da sie die richtigen Kohlenwasserstoffe mit passender Molekülmasse enthalten, die sich in hochwertige Benzinbestandteile umwandeln lassen.

2. F: Warum sind Naphtha und Kondensat besonders geeignet für die Herstellung von Hochoktan-Benzin?

A: Sie enthalten erhebliche Mengen an Paraffinen (n-Paraffine & Isoparaffine), Naphthenen und Aromaten. Durch katalytische Prozesse wie Reformierung können Naphthene und Paraffine in hochoktane Aromaten (wie Benzol, Toluol, Xylol – BTX) und verzweigte Isoparaffine umgewandelt werden, wodurch die Oktanzahl erheblich gesteigert wird.

3. F: Welches ist das Hauptverfahren zur Umwandlung von Naphtha/Kondensat in Hochoktan-Benzin?

A: Die katalytische Reformierung ist das entscheidende Verfahren. Dabei wird unter Verwendung eines Katalysators (meist platinbasiert) bei hoher Temperatur und mäßigem Druck die Molekülstruktur umgeordnet. Wichtige Reaktionen sind die Dehydrierung von Naphthenen zu Aromaten, die Isomerisierung von Paraffinen zu Isoparaffinen und die Dehydrierungszyklisierung von Paraffinen zu Aromaten – alle diese Prozesse erhöhen die Oktanzahl erheblich (RON > 90).

4. F: Wird das gesamte Naphtha/Kondensat direkt in den Reformierreaktor geleitet?

A: Normalerweise nicht. Rohstoffe werden zunächst einer Hydrotreatment unterzogen, um Verunreinigungen wie Schwefel und Stickstoff zu entfernen, die den teuren Reformierungskatalysator vergiften. Für die Reformierung werden oft spezifische Naftaschnitte (z. B. Schweres Nafta, Siedebereich ~90–200 °C) bevorzugt, da diese aufgrund ihres höheren Naphthengehalts mehr Aromaten liefern. Leichtere Kondensatschnitte werden stattdessen häufig einer Isomerisierung zugeführt.

5. F: Welche anderen Prozesse könnten neben der Reformierung beteiligt sein?

A: Isomerisierung: Wandelt niedrigoktanige geradkettige Paraffine (n-Pentan, n-Hexan) in leichten Nafta-/Kondensatfraktionen in hochoktanige verzweigte Isomere um.

Alkylierung: Verbindet leichte Olefine (aus FCC-Anlagen, Cokern) mit Isobutan, um sehr hochoktane (RON 90–98) verzweigte Paraffine (Alkylat) zu erzeugen, die häufig in den Ottelpool eingemischt werden.

Mischen: Reformingbenzin (hohe Oktanzahl, hohe Aromatenkonzentration) wird mit Isomerat (mittlere Oktanzahl, niedrige Aromatenkonzentration), Alkylat (sehr hohe Oktanzahl), Sauerstoffverbindungen (z. B. Ethanol) und gegebenenfalls aufbereiteter FCC-Benzinfraktion vermischt, um die geforderten Oktanwerte (RON/MON) und Spezifikationen zu erreichen.

6. F: Wie genau erhöht das Reforming die Oktanzahl?

A: Das Reforming wandelt niedrigoktanige Bestandteile um:

Naphthenen (z. B. Cyclohexan): Umwandlung in hochoktanige Aromaten (Benzol – RON ~99).

Paraffine: Umwandlung in hochoktanige Isoparaffine durch Isomerisierung oder direkt in Aromaten durch Dehydrierung/Zyklisierung (z. B. n-Heptan RON 0 -> Toluol RON ~120).

Zudem entsteht wertvolles Wasserstoffgas als Nebenprodukt.

7. F: Welche sind die wesentlichen Vorteile bei der Verwendung von Naphtha/Kondensat für hochoktanigen Benzinzusatz?

A: Reichlich verfügbares Ausgangsmaterial: Wichtiger Bestandteil von Rohöl und Erdgasproduktion.

Hohe Ausbeute und Qualität: Das Reforming erzeugt effizient Reformingbenzin mit hoher Oktanzahl, das als Hauptbestandteil für hochoktanige Benzinzusatzstoffe dient.

Flexibilität: Verschiedene Fraktionen können zu optimalen Prozessen geleitet werden (Reforming, Isomerisierung).

Wertvolles Nebenprodukt: Beim Reforming entsteht Wasserstoff, der für Entschwefelungsanlagen (Hydrierreaktoren, Hydrocracker) unverzichtbar ist.

8. F: Welche sind die wichtigsten Herausforderungen bei der Herstellung von Hochoktan-Benzin aus diesen Einsatzstoffen?

A: Qualität der Einsatzstoffe: Schwankungen in der Zusammensetzung (Naphthen/Paraffin-Verhältnis, Verunreinigungen) erfordern sorgfältige Auswahl und Vorbehandlung (Hydrierung).

Katalysator-Empfindlichkeit: Reformierkatalysatoren sind teuer und äußerst empfindlich gegenüber Giftstoffen (S, N, Metalle, Wasser).

Aromaten/Benzol-Grenzwerte: Reformate enthalten hohe Mengen an Aromaten und Benzol, weshalb strenge Umweltvorschriften gelten (Benzol-Sättigung oder -Extraktion erforderlich).

Prozessintensität: Hochintensives Reforming erhöht das Oktanzahl, beschleunigt jedoch die Katalysatordeaktivierung (Koksbildung) und verringert die Flüssigausbeute.

Investitions- und Betriebskosten: Reforming und zugehörige Anlagen (Hydrierreaktoren) bedeuten erhebliche Investitions- und Betriebskosten.