EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Entschwefelung – Cracken 82 82 Entschwefelung Die Entschwefelung erfolgt auf katalytischem Weg durch Reaktion mit Was- serstoff. Dabei wird gasförmiger Schwefelwasserstoff gebildet, der sich durch Destillation (bei flüssigen Produkten) oder durch Lösungsmittel (bei Gasen) ab- trennen lässt (Reaktionen Abb. 82–1). Der Schwefelwasserstoff wird nach dem Claus-Verfahren in elementaren Schwefel umgesetzt und dient als Rohstoff für die chemische Industrie (Schwefelsäureherstellung, Vulkanisation von Kaut- schuk in der Gummiindustrie). Heute werden alle Raffinerieprodukte bis auf Bitumen aus Umweltschutzgrün- den entschwefelt. Bei Bitumen ist eine Entschwefelung nicht möglich, da der Katalysator unwirksam wird. Der Schwefel aus Raffinerien deckt heute praktisch den gesamten Schwefelbedarf auf der Welt. Entschwefelung ist den Raffinerien gesetzlich vorgeschrieben. Wirtschaftlich ist sie nicht rentabel, da der Schwefel- preis unter dem von Rohöl liegt. Cracken Die Menschheit benötigt aus dem Erdöl vor allem die Produkte der Primärdes- tillation zur Treibstoffherstellung. Natürliches Erdöl besteht aber aus über 50 % schwer verdampfbaren Produkten. Um die Zusammensetzung des Rohöls dem Bedarf anzupassen, wurden die Crackanlagen entwickelt. Cracken (engl.: crack = zerbrechen) bedeutet ein Zerbrechen der langen Kohlenwasserstoff-Molekül- ketten zu kürzeren. Dadurch wird aus dem überschüssigen Schwerprodukt vor allem das viel zu wenig vorhandene Benzin erzeugt. In der OMV-Raffinerie Schwechat wird vor allem das „ Fluid-Catalytic-Cracking “- Verfahren ( FCC ) angewandt (Abb. 82–3). Bei sehr hoher Temperatur würden sich die Kohlenwasserstoffe zu einem großen Teil unter Wasserstoffabspaltung zer- setzen. Der übrigbleibende Kohlenstoffanteil wird Ölkoks genannt. Der Kataly- sator verringert die Ölkoksbildung stark und fördert die Bildung kurzkettiger Kohlenwasserstoffe. Ganz lässt sich die Ölkoksbildung aber nicht verhindern. Daher überzieht sich der Katalysator (ein feiner Silikatstaub der sich wie eine Flüssigkeit pumpen lässt) mit Ölkoks und wird unwirksam. Er kann aus dem Crackreaktor abgezogen werden. Im Regenerator wird er mit Luft verbrannt, wobei nur der Ölkoks abbrennt. Der so regenerierte Katalysator wird erneut ein- gesetzt. (Abb. 82–3) Beim Cracken entstehen aus dem Vakuum-Gasöl Crackgase, die als Ausgangs- stoff zur Kunststoffherstellung dienen, Crackbenzin, welches die Hauptkompo- nente des Benzins zum Autofahren ist, Kerosin und eine Komponente für Diesel- kraftstoff. Die Crackanlage liefert also den Großteil unserer Treibstoffe. Da nach dem Zerbrechen einer Kohlenwasserstoffkette zu wenig Wasserstoff vorhanden ist, entstehen beim Cracken Kohlenwasserstoffe mit Doppelbin- dungen (ungesättigte Kohlenwasserstoffe). Crackprodukte sind also immer un- gesättigt. Dies lässt sich nachweisen, indem man den Kohlenwasserstoff mit Bromwasser (braune wässrige Lösung von elementarem Brom) schüttelt. Brom- wasser wird entfärbt, da Brom sich an die Doppelbindung bindet. Neben katalytischen Crackverfahren werden auch thermische Crackverfahren eingesetzt. Der Visbreaker ist eine Anlage, in der der zähe Vakuumrückstand auf ca. 450 – 490 °C erhitzt wird. Dabei entstehen neben kleineren Mengen von Leichtprodukten vor allem eine Fraktion, die für die Verwendung als schweres Heizöl geeignet ist. Eine Variante des thermischen Crackens ist das Steamcracken . Als Einsatzpro- dukt dient hier das Topbenzin, das Benzin aus der Primärdestillation. Es wird unter Zusatz von Wasserdampf schnell auf 850 °C erhitzt und danach rasch abgekühlt. Unter diesen Bedingungen entstehen vor allem gasförmige Kohlen- wasserstoffe mit einer oder zwei Doppelbindungen als Syntheserohstoffe für die chemische Industrie. Daraus erzeugt man Kunststoffe und Kunstkautschuk, aber auch Mischkomponenten für die Herstellung von Superbenzin. Daneben entsteht eine kleinere Menge sehr hochoctaniges (siehe Abb. 83–1) Benzin so- genanntes Pyrolysebenzin. HS–C 10 H 21 + H 2 → H 2 S + C 10 H 22 H 3 C–S–C 10 H 21 + 2 H 2 → H 2 S + CH 4 + C 10 H 22 Katalytische Entschwefelung mit Was- serstoff 2 H 2 S + 3 O 2 → 2 SO 2 + 2 H 2 O 4 H 2 S + 2 SO 2 → 6 S + 4 H 2 O Reaktionen im Claus Verfahren zur Ge- winnung von Schwefel aus dem Schwe- felwasserstoff der katalytischen Ent- schwefelung Abb. 082–2: Reaktionen bei der Entschwefelung Abb. 082–3: Katalytisches Cracken Heißluft Vakuumdestillat entschwefelt Crack-Gas 13% Crack-Benzin 50% Crack-Gasöl 22% Sumpföl 10% Rauchgas Koks 5% Reaktor Abscheider Regenerator Fraktionier- kolonne Katalysator regeneriert Katalysator verbraucht Abb. 082–1: Katalytische Entschwefelung Entschwefelte Destillate Schwefel Schwefelhältige Produkte Clausanlage H 2 S Gasöl Kerosin Primärbenzin Wasserstoff Reaktor Stripperkolonne Exkurs Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv