EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Raffinerie – Fraktionieren – Destillation KM-5: Substanz und Energie 81 81 Abb. 081–3: Aufarbeitung des Rückstandes aus der Primärdestillation Verarbeitung des Rohöls in der Raffinerie Rohöl besteht aus tausenden verschiedenen Verbindungen, hauptsächlich Koh- lenwasserstoffen, also Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff wech- selnder Zusammensetzung. Weiters enthält es einige wenige Prozent Schwefel- haltige Kohlenwasserstoffe (Gesamtschwefelgehalt ca. 1 – 6 %). Die Raffinerie hat die Aufgabe, daraus wichtige Produkte wie Treibstoffe, Schmierstoffe, Bitu- men und Chemierohstoffe herzustellen. Die Raffinerie Schwechat der OMV zB hat eine jährliche Verarbeitungskapazität von über 10 Millionen Tonnen Rohöl. Sie deckt damit ca. 50 % des österreichi- schen Bedarfes an Mineralölprodukten. Die Verarbeitung des Röhöls lässt sich in vier prinzipielle Schritte einteilen: 1. Fraktionieren – also Zerlegen in Komponenten mit ähnlichem Siedebereich (Fraktionen) und damit ähnlichen Eigenschaften 2. Cracken – anpassen der Röhölzusammensetzung an den Bedarf. Meist sind zu viele schwer verdampfbare (längerkettige) Komponenten enthalten, benötigt werden aber leicht verdampfbare kürzerkettige Kohlenwasserstoffe 3. Entschwefeln – Umweltschutzmaßnahme 4. Mischen des Produkts und Verbesserung der Produktqualität Fraktionieren Atmosphärische Destillation (Primärdestillation ) Der erste Fraktionierungsschritt erfolgt bei der atmosphärischen Destillation (Abb. 81-1). Kohlenwasserstoffe haben bei gleicher Kohlenstoffanzahl im Mole- kül ähnliche Siedepunkte. Daher enthalten die Fraktionen Kohlenwasserstoffe ähnlicher Kohlenstoffzahl. Das Rohöl wird in einem Röhrenofen auf etwa 350 °C erhitzt, wobei ein Teil des Öls verdampft. Dieses Gemisch aus Dampf und Flüssigkeit wird in den Frak- tionierturm (auch Fraktionierkolonne genannt) geleitet. Die flüssigen Anteile sammeln sich am „Boden“ unterhalb des Einlaufes (auch Sumpf genannt) und werden zur weiteren Verarbeitung abgezogen. Der Dampf steigt in der Kolonne auf. Jeder Boden der Kolonne ist mit glocken- förmigen Aufsätzen versehen, die den Dampf zwingen, durch die Flüssigkeit zu strömen. Dampf und Flüssigkeit gleichen dabei ihre Temperatur aneinander an, aus dem Dampf kondensieren die für die Bodentemperatur passenden Kompo- nenten (Kondensationsschritt). Die Temperatur nimmt Richtung Kolonnenkopf ab. Daher finden sich auf den Böden der Kolonne Richtung Kopf Fraktionen mit fallendem Siedepunkt. Um die Trennschärfe zu verbessern, ist jeder Boden mit einem Überlauf ausgestattet. Über diesen fließt ständig Flüssigkeit in den darunterliegenden Boden. Dort ist die Temperatur höher, die Flüssigkeit siedet und verdampft neuerlich (Destilla- tionsschritt). Eine Fraktionierkolonne hat 30 bis 40 Zwischenböden. An einigen werden die Produkte entnommen, andere wieder dienen nur zur Verbesserung der Trenn- leistung. Vakuumdestillation (Sekundärdestillation) Da die Kohlenwasserstoffe sich bei Temperaturen über ca. 360 °C zu zersetzen beginnen, kann der Rückstand der Primärdestillation nur unter Vakuum aufge- trennt werden, da die Siedepunkte der Komponenten sonst zu hoch wären. Bei der Vakuumdestillation erzeugt man heute nur zwei Produkte, ein Kopf- und ein Sumpfprodukt. Die früher in der Vakuumdestillation gewonnenen Schmier- öle werden heute künstlich (vollsynthetisch) erzeugt. Das niedriger siedende Kopfprodukt heißt Vakuum-Gasöl . Es ist das Ausgangs- produkt für die Weiterverarbeitung in der Crackanlage. Das Sumpfprodukt der Vakuumdestillation dient zur Herstellung von Bitumen für die Asphaltherstellung (Straßenbau) und zur Herstellung von schwerem Heizöl für Kraftwerke und als Treibstoff für große Schiffe. Abb. 081–1: Atmosphärische Destillation (Primärdestillation) des Rohöls Rückstand Rohöl Gas Primärbenzin Petroleum Gasöl Spindelöl Ofen Destillations- kolonne Wärmetauscher Vakuum- rückstand Rückstand der Primärdestillation Vakuumpumpe Bitumen Crackanlage Ofen Vakuum- Gasöl Visbreaker Abb. 081–2: Siedetemperaturen verschiedener Rohölprodukte C 1 bis C 4 C 5 bis C 8 C 9 bis C 15 C 16 bis C 20 C 21 bis fest flüssig flüssig flüssig gasförmig Benzin Petroleum Kerosin Spindelöl Gasöl Siedetemperatur 0 °C 100 °C 200 °C 300 °C 400 °C Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv