Aardolie raffinage en industrie • spm1520 • • • • • • •
wat is ‘energie’; vormen van energie; wet van behoud van energie; energiebalans; Zumdahl, hfst. 6 energie-eenheden bronnen en voorraden gebruik van energie energie-conversiesystemen;
spm1530 • Aardolieraffinage • (Grootschalige Proces Industrie)
• Stof:
• Collegemateriaal & Raffinageweb – via blackboard • Zumdahl hfst. 22
Energiegebruik in Nederland •
Proces-industrie (Chemical Process Industry - CPI) = grootste eindgebruiker (NL); +/- 37% •
•
37% of total; = 3200 [PJ] * .37 = 1184 [PJ] = 1184 [PJ] / 42 [GJ/ton] = 28 Miljoen TOE;
Energierekening:
1000 [kg/TOE] 28 * 1.000.000 [TOE] ---------------------------- * 90 [$/vat] 0.85 [kg/l] *159 [l/vat] = 0.2 Miljard [vat] * 90 [$/vat] = 18 Miljard [$] * 0.75 [€/$] = +/- 13.5 miljard Euro
•
Elke $/vat prijsstijging kost de Nederlandse procesindustrie zo’n 150 Miljoen Euro.
•
Dat is een probleem • als dit niet kan worden doorberekend in de afzetprijzen • er concurrenten zijn die geen last hebben van dit soort prijsstijgingen • (prijzen van 60 [$/vat] gehaald, scheelt dus 3 miljard euro!)
•
Grootschalige procesindustrie = • raffinage • petrochemie • kunstmest • basismetaal • bulk-plastics
Waarom energie-conversie? •
Waarvoor gebruiken we “energie” • “warme voeten” • “verplaatsen van A naar B” • “verlichting; electrische tandenborstel ...comfort” • “industriële produktie” • “schoonmaken”
•
In welke vorm is “energie” beschikbaar • aardolie, aardgas, steenkool, uranium, zonlicht...
•
….. Ergo: transformatie nodig!
Import Import
Import Import
Food Food Textile Textile Winning Winning
Cokes factories factories Cokes
Paper Paper Fertilizer Fertilizer
Refineries Refineries
Oth. chemical chemical Oth. Power Power plants plants
Building material material Building Basic metal metal Basic Oth. metal metal Oth. Oth. industry industry Oth.
The Dutch Industrial Economy
Transport Transport Homes Homes
The The Netherlands Netherlands
Winningsbedrijven
Energie-bedrijven Export Export
Eindgebruikers Export Export
aardolieprodukten
aardolie
1
2
warmte Thoog
kracht
5
voortstuwing
electriciteit
6
steenkool
aandrijving
aardgas
verlichting
Conventioneel Energiesysteem
aandrijving
7 voortstuwing
8
3
4 Energiebronnen of voorraden
warmte Tmidden
warmte Tlaag
Energie-vormen of energie-dragers
proceswarmte
9 ruimteverwarming
10 Energie -gebruiks functies
Conventioneel energiesysteem • Technisch processen of sub-systemen 1) conversie/scheiding, olieraffinaderij 2) verbranding, E-centrale 3) verbranding, Industrieel fornuis 4) verbranding, CV-ketel vuurhaard 5) omzetting warmte naar kracht 6) kracht naar elektrische stroom, generator 7) kracht naar aandrijving, machines 8) kracht naar voortstuwing, schip, auto, vliegtuig 9) warmteoverdracht, industrieel warmtenet 10) warmteoverdracht, CV-installatie
Aardolie - het Systeem
Olieveld
Olieveld
Olieveld
Winning
Winning
Winning
Bewerking
Bewerking
Bewerking 'Associated Gas'
zie voor uitgebreide beschrijving Raffinageweb - spm1530!
Transport & Handel Raffinage
Raffinage
Raffinage
Transport Raffinage
Aardolieprodukten Binnenlandse Gebruikers
•
Export
Systeem: Winning, Transport, Raffinage, Distributie, Vervoer
Aardgas-Infra
Aardolie
Aardolie – een fossiele grondstof • Elk aardolie ‘veld’ cq. bron levert een unieke kwaliteit aardolie • Afhankelijk van condities ter plaatse en leeftijd sterk variërende fysische en chemische materiaaleigenschappen • van vloeibaar tot zeer visceus, bijna vast • van alkaanrijk (parrafinic) tot aromaatrijk (naftenic) • van zwavelarm tot zwavelrijk • Komt o.m. tot uitdrukking in de kookpuntscurve • American Petroleum Index (API) • Zwaardere crudes hebben een lagere API
Waarom aardolie-raffinage? • Primaire doel: • Ruwe-olie scheiden in kookpuntsfrakties (‘cuts’) • Kookpuntscurve: • massa fractie gedestilleerd • tegen de kooktemperatuur
Aardolie Raffinage • • •
Capaciteit (Wereld): 3600 [MTA] Benuttingsgraad: +/- 85 % Energie Efficiency: 85-95 % (Nederland, 1993: 93.1 %)
www.portofrotterdam.com
www.shell.com
Ruwe Olie - Europa
Bron: Meijknecht et. al. 2012
Aardolieraffinage: hoe?
Systeemdiagram • • • • •
scheiding conversie reiniging + conversie (milieu) eindconversie (kwaliteit) menging (producten)
Aardolieraffinage - Scheiding: d.m.v. destillatie Distiller Light Gases
Naphtha
Kerosene
Crude
Gasoil
Heavy Gasoil
Residue
Scheiding in “Crude Distiller”? • Voeding: ruwe olie • Verhitten: voeding in industrieel fornuis • Internals: “schotels” met gaatjes • Condensatie: condensors per produkt • Druk: atmosferisch • In feit is de crude distiller een stapeling van meerder destillatiekolommen.
Conversie
Distiller
• Reactor voor conversie (omzettting) • Gevolgd door scheiding in kookpuntsfracties
Light Gases
CC-Naphtha
CC-Kerosene
CC-Product CC-Gasoil
Short Residue
CatCracker
CC-Heavy Gasoil
CC-Residue
Conversie – drie hoofdtypen • Thermische omzettting • Aanleggen van hoge T, energietoevoer • Thermische kraker, visbreaker, FlexiCoker • Katalytische omzetting • CatCracker • Idem, in aanwezigheid van waterstof (H2) • Hydrocracker • Hycon
Thermische conversie processen • “Severity” = intensiteit reactiecondities • druk, temperatuur • “Heaviness feedstock” = zwaarte van de voeding • gemiddeld molgewicht componenten • kookpuntsfractie (zwaarder hogere kookpunten)
Conversie Processen die gebruikmaken van waterstof - H2 • “Severity” = intensiteit reactiecondities • druk, temperatuur • “Heaviness feedstock” = zwaarte van de voeding • gemiddeld molgewicht componenten • kookpuntsfractie (zwaarder hogere kookpunten)
Conversie + reiniging
• •
Katalytische processen Toevoer van waterstof
•
Ontsluiten van m.n. zwavel (S) en conversie tot H2S
• •
Hydrotreating (HDT) Hydrodesulphurisation (HDS)
•
De H2S wordt in het zgn. Claus proces omgezet tot vast Zwavel (S)
Eindconversie
•
Conversie om de producten de gewenste kwaliteit te geven – bijv. Benzine: RON (Research Octane Number)
•
Reforming (Platformer) • In aanwezigheid van Pt katalysator aromatiseren, onder produktie van waterstof (H2) Alkylering • Kleine alkanen verbinden met grotere alkanen • Bijv. H3C-CH2-CH2-CH3 + CH3-CH=CH2 3-methyl-hexaan Isomerisatie • Lineaire alkanen omzetten in vertakte
•
•
Menging
• •
“Blending Letterlijk: mengen van tussenprodukten uit de raffinaderij tot af te leveren eindprodukten
•
Belanrijkste blenders • Benzine • Diesel
•
Doel: behalen van de kwaliteitsspecificatie met optimale mix van tussenprodukten uit de raffinaderij
Aardolieraffinage: hoe?
Systeemdiagram • • • • •
scheiding conversie reiniging + conversie (milieu) eindconversie (kwaliteit) menging (producten)
• Zeer veel configuraties mogelijk!!
Hydroskimming refinery
• •
Eenvoudige raffinaderij Meestal wel een eenvoudig thermische kraker
Integrated refinery to (semi-) complex refinery •
Integrated: • + Vacuum distillatie • + Katalytische kraker • + Isomerisatie/alkylatie
•
Semi-Complex • + Hydrocracker Complex • + Long Residue Catcracker • + Hycon or Flexicoker
•
Olieraffinage in Europa
Bron: Meijknecht et. al. 2012
Olieraffinage in Europa
Bron: Meijknecht et. al. 2012
Olieraffinage Ontwikkeling
Bron: Meijknecht et. al. 2012
Olie - waardeketen
Bron: Meijknecht et. al. 2012
