2014.04.28.
• • • • •
Szénelőfordulások Szenek tulajdonságai Szénbányászat Szénelőkészítés Szénfeldolgozás – széncseppfolyósítás – kokszolás
Dr. Pátzay György
1
Dr. Pátzay György
2
Különböző szenesedésű szenek analitikai adatai
Szenesedési sor: atomarányok H/C vs. O/C Analitikai adat Nedvesség t%
Tőzeg
Lágy lignit
Lignit
Barna szén
Fekete szén
Antracit
>75
56,7
38,7
31,2
3,7
1,0
C
58,2
70,3
71,4
73,4
82,6
92,2
H
5,63
4,85
4,79
4,86
4,97
3,30
N
1,94
0,74
1,34
1,16
1,55
0,15
S
0,21
0,27
0,60
0,31
1,50
0,98
O mint különbség
34,02
23,84
21,87
20,27
9,38
3,37
H/C
1,15
0,82
0,80
0,79
0,72
0,43
O/C
0,44
0,25
0,23
0,21
0,09
0,03
23500
27500
28500
29400
30600
35700
Elemi összetétel szárazanyagra t%
Elemarány
Fűtőérték száraz, hamumentes kJ/kg
Dr. Pátzay György
3
Dr. Pátzay György
4
1
2014.04.28.
Szénrétegek hozzáférhetősége
Felszíni szénbánya
Földalatti szénbányászat
Rajnavidéki lignit bánya rekultivációja Dr. Pátzay György
5 Dr. Pátzay György
Szénelgázosítás
Szénhasznosítási és feldolgozási eljárások
szén/kőolajkoksz
villamos e.& gőz
viaszok FT diesel
FT benzin
ecetsav
műszén
7
városi gáz
FischerTropsch folyadék
benzin
Dr. Pátzay György
6
VAM
ketén
PVA
diketén & vegyületek
elgázosítás szintézis gáz metanol
metil acetát
H2
ammónia &karbamid dimetil éter
etilén& propilén
acetát észterek oxo-vegyületek ecetsav anhidrid
poliolefinek
VAM-vinil-acetát-monomer
2
2014.04.28.
Wiser modellje a szén szerkezetéről
Primér és szekunder reakciók a szén pirolízise közben
Dr. Pátzay György
Szénhamu komponensei
Az illékony anyag tartalom, lágyuláspont és bomlási pontok a szénre
9
Dr. Pátzay György
10
SZÉNCSEPPFOLYÓSÍTÁSI ELJÁRÁSOK
Hamutartalom
Fajtái: pirolízis
közvetett és közvetlen cseppfolyósítás
A pirolízis során a szenet 400oC feletti hőmérsékleten átalakítják nemoxidáló atmoszférában gázokká, folyadékká és koksszá. Főtermék a koksz, a folyadék kihozatalt növelni lehet hidrogénnel és azzal, hogy az elpárologtatható komponenseket gyorsan meghígítják a szekunder reakciók elkerülésére. A közvetett cseppfolyósítás során a szenet oxigénnel és gőzzel reagáltatják nagy hőmérsékleten, így CO és H2 keletkezik (szintézis gáz), ez katalitikusan folyadéktermékké alakítható. A legismertebb folyamat a FischerFischer-Tropsch szintézis, szintézis amelyben gáz, folyadék és szilárd termékek keletkeznek. További folyamatok a metanol szintézis és a dimetiléter előállítás. (Ni metán, Co, Fe etán, propán …) Német o. Dél-Afrika
Szénhamu összetétel változásai
A direkt cseppfolyósítás a szenet nagy hőmérsékleten és nyomáson hidrogénnel vagy hidrogéndonor oldószerrel reagáltatjuk. Ez a folyamat katalizálható. A termékek lehetnek üzemanyagok, tüzelőolajok, benzin vagy vegyipari alapanyagok. (Varga J. hidrokrakk eljárás szulfid katalizátor) Dr. Pátzay György
11
Dr. Pátzay György
12
3
2014.04.28.
Az elgázosítás kémiája
Szén
Oxigén
Gőz Primer szén pirolízis
Elgázosítás oxigénnel CO C + 1/2 O2 1000 0C fölött Égetés oxigénnel C + O2 CO2
Gázösszetétel (Vol %) H2 CO CO2 H2O CH4
Generátorgáz reakció C + CO2 2CO 1000 0C fölött Vízgáz reakció C + H2O CO + H2 1000 0C fölött Elgázosítás hidrogénnel C + 2H2 CH4
25 - 30 30 - 60 5 - 15 2 - 30 0-5
H2S 0.2 - 1 COS 0 - 0.1 N2 0.5 - 4 Ar 0.2 - 1 NH3 + HCN 0 -0.3
Szénmonoxid konverzió CO + H2O H2 + CO2
Hamu/Salak/Por
Metanizálás (Fischer-Tropsch) CH4 + H2O CO + 3H2 Dr. Pátzay György
13
14
Dr. Pátzay György
Az elgázosítás reakciói
Az elgázosítási folyamat Betáp
ELGÁZOSÍTÁS
Alternatívák: • Aszfalt • Szénl • Nehézolaj Oxigén • Petróleum koksz • Orimulsion* • Földgáz • Hulladékok • Tiszta üzemanyagok
GÁZ TISZTÍTÁS
VÉGTERMÉKEK
Kombinált Ciklusú Erőmű
Gáz & Gőz Turbinák Kén eltávolítás
Electomosság Gőz
Elgázosító Szingáz Értékesíthető melléktermékek: Melléktermékek:
Alternatívák: • Hidrogén • Ammónia • Vegyszerek • Metanol
KÉN
szilárd (hamu) Source: ChevronTexaco
* orimulsion-bitumen-víz emulzió Dr. Pátzay György
16
4
2014.04.28.
Elgázosító konfigurációk Kihordásos áramlású
Mozgó ágyas
Fluidizált ágyas
Cirkulációs
Dr. Pátzay György
17
Fluidágyas elgázosító reaktorok
Rögzített-ágyas elgázosító reaktorok Alsó kiömlésű
felső kiömlésű
középső kiömlésű elgázosítók
HTW Gasifier
KRW gasifier
IDGCC gasifier
KBR gasifier
U-gas Gasifier
Kihordásos elgázosítók Texaco
Cocnoco-Philips
Siemens
Lurgi CFB gasifier
Dr. Pátzay György
19
Dr. Pátzay György
20
5
2014.04.28.
Lurgi – Ruhrgas eljárás
Elgázosító reaktorok jellemzői
a) Szállító reaktor és emelő b) Szénelőkészítés c) Tároló d) Ciklon e) Hőhasznosító f) Mixer –szenesítő g) Surrantó h) Ciklon i) Kondenzátor
Dr. Pátzay György
21
Kigázosítás(150 1200 0C,14-24 óra)
Dr. Pátzay György
22
Kokszgyártás
Szén-koksz átalakítás levegő kizárásával: •<200°C nedvesség eltávolítása •200-375°C CH4, kevés CO, CO2 távozás, •375-475°C a falaknál lágyulás, •475-600°C kátrány és aromás vegyületek kiválása, és újra szilárdulás, félkoksz •600-1100°C zsugorodás, szilárdság növekedése és H2 fejlődés, koksz szerkezet kialakulása
1 tonna szénből
kokszoló
70% szilárd kohókoksz: 600 - 700 kg kokszpor:
50 - 100 kg
30% gáz + folyadék
kamragáz 300 - 360 m3
Dr. Pátzay György
23
kátrány 35 - 50 L Ammónium-szulfát 10 - 15 kg Ammónia oldat 60 - 145 L könnyűolaj 10 - 15 L Dr. Pátzay György
24
6
2014.04.28.
Kokszoló
Kokszgyártás lépései
a) Tároló bunker b) Dúsító c) Őrlő d) Töltő bunker e) Töltő kocsi f) Kokszoló kemence g) Kitoló szerkezet h) Hűtőtorony i) Hűtőlejtő j) rakodó
Dr. Pátzay György
25
Dr. Pátzay György
26
Kőolaj és földgáz keletkezése és előfordulása • •
• • • • • • • •
A kőolaj és a földgáz kitermelése, feldolgozása és hasznosítása tartozik ide. Manapság az egyik legfontosabb alapágazat. A készletek véges volta súlyos problémákat vet fel. A világ második legfontosabb iparága. Világszinten 4,2 Mrd t/év kőolajat termelnek ki. Magyarország benzin fogyasztása 2 Mrd liter évente. Magyarország gázolaj fogyasztása 3 Mrd liter évente. A Dunai finomító másodpercenként megtölt egy Audi A6-ot benzinnel.
• • • • • •
Tengerben élt egysejtűek elhalása nyomán keletkezett iszap (szapropél) anaerob(légmentes) bomlása révén. A kőolaj és a földgáz gyakran együtt fordulnak elő. Tengeri eredetű üledékes kőzetekben találhatók, parthoz közeli tengerek alatt. Jellegzetes telepek: gázenergiával és vízenergiával. Európa: Északi Tenger (UK, Norv.) Románia Amerika: Texas, Alaszka, Mexico, Venezuela Ázsia: Oroszország, Kaukázus, Aral tó, Kína, Vietnam, Irak, Irán, Szaud-Arábia, Arab Emirátusok, Kuvait Afrika: Nigéria, Líbia, Algéria Ausztrália, Indonézia
Kőolaj világtermelés 3*109 tonna/év (1 Barrel= 159 liter) Dr. Pátzay György
27
Dr. Pátzay György
28
7
2014.04.28.
Kőolaj és földgáz készletek
Kőolaj • Nyersolajnak nevezzük azokat a szerves anyagokat, amelyek folyékony halmazállapotúak az őket tartalmazó réteg körülményei között. • A kőolaj összetétele
• Kőolajok csoportosítása
- szénhidrogének - S, O, N, P vegyületek - fém vegyületek (V, Ni, Cu, Co, Mo, Pb, Cr, As) - H2S és víz Elemi összetétel: C 79,5-88,5%, H 10-15,5% •
• Kéntartalom szerinti osztályozás: édes, savanyú • Technikai szempontú frakciók: benzin, petróleum, kerozin, gázolaj (fehérárúk) Kenőolajok Paraffin Aszfalt, bitumen
Nyersolajok osztályozása - Paraffin alapúak –mélyebb rétegekben találhatóak - Naftén vagy aszfalt bázisúak –felsőbb rétegekben vannak - Kevert bázisúak –közbenső zónákban vannak
Összetétel a világ összes kőolaját tekintve: ~30% paraffinok, 40% naftének, 25% aromások Dr. Pátzay György
Dr. Pátzay György
29
30
Logisztika
A kőolaj összetevői
4. Értékesítés
• Alkánok 2. Szállítás 1. Kitermelés szárazon és vízen
• Naftének
3. Feldolgozás, finomítás 5. Felhasználás
• Aromások Dr. Pátzay György
31
Dr. Pátzay György
32
8
2014.04.28.
Kőolaj logisztikája
A mélyfúrás története
• Kutatás: geológiai, fúrás • Feltárás: fúrás (rotary, turbinás) • Termelés: elsődleges (saját nyomás hozza felszínre) másodlagos (visszasajtolt gáz vagy víz hozza fel) • Előkészítés: víz és gáz elválasztás • Tárolás: fix vagy úszó fedelű tartályokban kisebb, föld alatti tartályok (benzin kutaknál) • Szállítás: csővezetéken, tartályhajókon, vasúti tartálykocsikban, tankautókon
Dr. Pátzay György
33
A mélyfúrás technológiája
Dr. Pátzay György
34
A legfontosabb tengeri olajbányászati technológiák
Rotari fúrás Furó szerszám: fogas görgőt Fúró iszap: - tixotrop folyadék, adalékokat tartalmaz, mint a bentonit, cellulóz, emulgeátorok, inhibítorok - sűrűsége 1.1 és 1.4 g/cm3 között van Vízszintes fúrás aktív irányítással. Dr. Pátzay György
35
Dr. Pátzay György
36
9
2014.04.28.
Földgáz logisztikája
Földgáz -
- CH4, N2, E, PB, H2S, CO2, H2O, He - Metános, széndioxidos, nedves gázok
• Lelőhelyek szerint
• Kutatás: geológiai, fúrás
• Összetétel szerint
• Földgáz összetétele
sovány földgáz (kevés P-B és gazolin) dús földgáz (sok P-B és gazolin) szénsavas földgáz (sok CO2) nitrogénes földgáz (sok N2)
• Éghetőség alapján - éghető gázok (inert tartalom 60 % alatt) - inert gázok
- önálló lelőhely - kísérő gáz, kőolajhoz kötődik
• Feltárás: fúrás (rotary, turbinás) • Termelés: elsődleges (saját nyomás hozza felszínre) • Előkészítés: víz és magasabb forrpontú komponensek elválasztása • Tárolás: föld alatti, kimerült gázmezőkbe visszasajtolva • Szállítás: csővezetéken, tartályhajókon mélyhűtéssel
• Folyadéktartalom szerint nedves gáz száraz gáz
Dr. Pátzay György
37
PB gáz
Dr. Pátzay György
38
Földgázfeldolgozás
A PB gázt mesterségesen állítják elő nyersolaj lepárlásával, vagy a földgázból leválasztva. • • • • • • • •
Nyomás alaV folyékony halmazállapotú → tárolás Színtelen, szagtalan, átlátszó, nem mérgező gáz. Szagosítják, mert robbanásveszélyes. Sűrűsége nagyobb a levegőnél, így talajszintnél mélyebben lévő helyiségeknél tilos használni. Ha=109 MJ/m3 Relatív sűrűség: ρ=1,8-2,2 kg/m3 Gyulladási hőmérséklet: 550°C A ill. B minőség a kéntartalom szerint.
Dr. Pátzay György
39
Dr. Pátzay György
40
10
2014.04.28.
Földgáz kezelése Földgáz kezelése Kéneltávolítás Higany eltávolítás Víztelenítés Szénhidrogének kivonása Széndioxid és kénvegyületek eltávolítása
Dr. Pátzay György
41
Dr. Pátzay György
42
A modern kőolajfeldolgozás tipikus folyamatábrája
A kőolajfeldolgozás és finomítás lépései
PB gáz (4-5 %)
Gázkezelés
VEGYIPARI ALAPANYAG
Vegyipari benzin (8-15%) Benzin reformálás
KŐOLAJ
Benzin (30-40%)
Desztilláció Kénmentesítés
Petróleum/Kerozin (5-8%) ÜZEMANYAG
Gázolaj
pakura Tüzelőolaj Vákuum desztilláció
H2
Krakkolás
(30-40%)
Maradék Feldolgozás
Fűtőolaj (0-20%)
gudron
EGYÉB (*)
Koksz & Bitumen (5-15%)
Dr. Pátzay György
43
Dr. Pátzay György
44
11
2014.04.28.
A kőolaj fizikai és kémiai kezelései Fizikai Desztilláció Szolvens extrakció Propános aszfaltmentesítés Oldószeres paraffin mentesítés
Desztilláció - fizikai kőolajfeldolgozás
Kémiai Termikus Viszkozitás törés Késleltetett kokszolás Flexicoking
• 2 féle: atmoszférikus, vákuum • Forrpont szerinti elválasztás:
Katalitikus Hidrogénezés
» » » »
Katalitikus reformálás Katalitikus krakkolás Hidrokrakkolás Katalitikus paraffinmentesítés
Blendelés (keverés)
benzin 50-200oC petróleum 150-250oC gázolaj 200-360oC fűtő és kenőolajok, szilárd termékek, paraffin, bitumen
Hajtóanyagok felhasználása: Otto motor - benzin (oktánszám, aromás tartalom, illékonyság) Gázturbina - kerozin (kéntartalom) Diesel motor - gázolaj (cetánszám, kéntartalom, dermedéspont)
Alkilálás Polimerizálás Izomerizálás Dr. Pátzay György
45
Finomítói folyamatok: desztilláció
46
Dr. Pátzay György
Desztillált kőolajfrakciók továbbfeldolgozása
Feladat: elválasztás
• • • • • •
a) Sótalanító b) Hevítő c) Fő rektifikáló oszlop d) Kondenzátor e) Kerozin kigőzölő f ) Könnyű gázolaj kigőzölő g) Nehéz gázolaj kigőzölő
Kénmentesítés Krakkolás Hidrokrakkolás Reformálás Maradékfeldolgozás Keverő komponens gyártás
katalitikus! katalitikus! katalitikus! katalitikus! termikus katalitikus!
h) Vákuum hevítő i) Vákuum desztilláló
Dr. Pátzay György
47
Dr. Pátzay György
48
12
2014.04.28.
Kőolaj feldolgozó technológiák
Desztillált kőolajfrakciók továbbfeldolgozása T (0C)
p (bar)
450-600
20-40
Amorf alumínium-szilikátok, zeolitok
450-500
1-3
Gázolaj+hidrogén átalakítása paraffinokká
Al2O3/SiO2+Ni,W,Mo; zeolitok+Pd, Ni
320-420
100-200
Reformálás
Benzinek átalakítása aromásokká
Pt/Al2O3, Pt/Re/Al2O3
450-500
20-50
Hidrogénezés
S H2S; olefinek átalakítása Co/Mo, Ni, Pd paraffinokká
300-500
10-150
Izomerizálás
n-paraffinok átalakítása iparaffinokká
AlCl3/Al2O3, Pt/zeolit
25-500
10-30
Alkilezés
i-bután+olefinek átalakítása i-paraffinokká
H2SO4, HF
(-10)-50
1-15
Polimerizáció
Olefinek átalakítása olefin dimerekké
H3PO4, Ni/AlR3
200-240
20-60
FOLYAMAT
REAKCIÓ
Termikus krakkolás
Gázolaj átalakítása parafinokká és olefinekké
KATALIZÁTOR
Katalitikus krakkolás
Gázolaj átalakítása izoparafinokká és olefinekké
Hidrokrakkolás
Krakkolás Dehidrogénezés (reformálás)
Dehidro-ciklizálás Izomerizálás (alkánok és alkil-aromások)
49
Dr. Pátzay György
Dr. Pátzay György
50
Hidrogénezés
Hidrokrakkolás
Izomerizálás Kondenzáció-kokszképződés Dr. Pátzay György
51
Dr. Pátzay György
52
13
2014.04.28.
Kénmentesítés
Kénmentesítés - gázolaj hidrodeszulfurizálás
Claus eljárás: egy termikus és két katalitikus folyamat, mindegyik exoterm.
Feladat: kéntartalom csökkentése 1
Katalizátor: Mo, Co, Ni szulfid
Termikus. A H2S mintegy harmada alakul így át.
2,3
Két katalitikus reakció, alacsonyabb hőmérsékleten. A maradék 1-2% H2S gázt és a kenet SO2-vé oxidálják. H2S < 5 ppm.
a) folyamat kemence b) reaktor c) nagy nyomású szeparátor d) kis nyomású szeparátor e) gázolaj sztrippelő f) gázolaj szárító g) sztrippelő fej tartály
Dr. Pátzay György
53
54 Dr. Pátzay György
•Termikus krakkolás Kezdetben 800 °C, 700 kPa nehézolajok hőbontása, túl sok koksz keletkezett.
Katalitikus krakkolás Feladat: molekulatömeg és forrpont csökkentés Katalizátor: savas zeolit
•Termikus krakkolás gőz jelenlétében Etán, bután, benzin krakkolása 810-870 °C-on. Tipikus termék: etilén. •Viszkozitás törés A termikus krakkolás enyhe formája 420-510 °C-on, a nyersolaj maradék viszkozitását csökkenti, míg a forrpont nem változik. A keletkezett gőzöket hideg gázolajjal kvencselik (gyorsan lehűtik) a krakkolódás leállítására, majd desztillációval szeparálják. A termék gáz, gazolin, gázolaj és maradék.
a) b) c) d) e)
Reaktor sztrippelő Regenerátor Rizer 1) regenerátor vezetéke 2) sztripper vezetéke f) Ciklon g) Légfúvó h) füstgáz turbina i) Kazán j) Frakcionáló k) Abszorber l) Debutanizáló m) depropanizáló
•Kokszolás Destruktív termikus krakkoló eljárás, mely során a nehéz maradványokból könnyebb termékek, desztillátumok és petrokoksz keletkezik. Késleltetett kokszolás és folyamatos (fluid) kokszolási technológia ismert. Előbbi szakaszos, utóbbi folyamatos (mozgóágyas) technológia Dr. Pátzay György
55
Dr. Pátzay György
56
14
2014.04.28.
Fluid katalitikus krakkolás - FCC
Hidrokrakkolás •
•
• •
Széles körben használják a kőolaj nagymolekulasúlyú frakcióinak feldolgozására; értékesebb, könnyű termékek előállítására. Dr. Pátzay György
57
Célja a nehezebb párlatok és az aszfaltmentesített olajok átalakítása kerozinná és gázolajjá. Két lépésben végzik: - az első lépésben csökkentik a kiindulási anyagok nitrogén-, kén- és oxigéntartalmú vegyületeinek mennyiségét a második lépés katalizátorának védelmére. - a második lépésben végzik a krakkolást, hidrogénezést és izomerizációt. Az összes lépés exoterm és az izomerizáció kivételével hidrogént fogyaszt. A képződött hőfelesleget hideg kvencselő hidrogéngázzal vezetik el a katalizátorágyról.
Nitrogén mentesítés
Kén mentesítés
Oxigén mentesítés
Dr. Pátzay György
58
Katalitikus reformálás (platforming) Feladat: oktán szám növelés, aromás termelés Katalizátor: Pt alumíniumoxidon (ónnal ötvözve) (endoterm, 500 °C, 25 atm)
a) hőcserélő b) kemence
• Az endoterm reakciók miatt több kemencét kapcsolnak sorba
c), d), e) reformáló reaktorok f) katalizátor regeneráló
• A magas hőmérséklet kedvez az aromás képződésnek és a gyors reakciónak, de elősegíti a krakkolódást és a kokszképződést is. • A krakkolódás miatt a katalizátor felületén koksz képződik, ezt nagy nyomású hidrogéngáz bevezetésével és recirkulációjával csökkentik. A hidrogén bevezetése kismértékben csökkenti az aromások képződését.
g) szeparátor h) stabilizáló oszlop i) gáz recirkuláltató kompresszor
• A katalizátor felületéről a kokszot időnként levegő és nitrogén gázok elegyével leégetik.
j) termék hűtő.
• Tipikus nyersanyag 65% paraffinokat, 20% nafténokat és 15% aromásokat tartalmaz ~50-es oktánszámmal. A reformálás után az összetétel: 45% paraffinok, 0% naftének és 55% aromások 100-as oktánszámmal.
59
Dr. Pátzay György
60
Dr. Pátzay György
15
2014.04.28.
Maradékfeldolgozó eljárások Feladat: a „fehérárúk” arányának növelése
Benzin keverőkomponens gyártás
„H-be” és „C-ki”
MTBE (metil-tercier-butil-eter): oktánszám javító és égésfokozó; magas metanol es olefinek reakciójával előállított oktánszámú oxigenát típusú benzin komponens.
„H-in” és „C-out” folyamatok
Alkilát benzin jó oktánszámú műbenzin finomítói C4 frakcióból Mindkét eljárásban savas katalízis!
Polimerbenzin (oligomer) előállítása Kis szénatomszámú szénhidrogéneket (propilén, butének) di- és trimerizálják, szilárd hordozóra vitt foszforsav (Ipatjev katalizátor) jelenlétében 150-200 0C-on, 35-70 bar nyomáson.
Dr. Pátzay György
61
Dr. Pátzay György
62
KŐOLAJFINOMÍTÓK
Alkilezés (alkilátbenzin) Cél: 7-9 szénatomszámú izoparaffinok előállítása. Izobutánt olfinekkel (propilén, butén, pentén) alkilezik erősen savas katalizátor (HF, cc. H2SO4) jelenlétében. Az eljárás végterméke magas oktánszámú es kis szenzibilitású motorbenzin-komponens.
A HF katalizált alkilezés egyszerűsített folyamatábrája Dr. Pátzay György
63
Dr. Pátzay György
64
16
2014.04.28.
KŐOLAJFINOMÍTÓK A kőolajfinomítók kiépítettsége, a kapcsolódási sémák milyensége erősen eltérő. Létezik azonban egy jelzőszám, nevezetesen a Nelson Komplexitási Index, (NKI) amellyel az egyes finomítók kiépítettségét jellemezni szokták. Természetesen ez a számszerűsítés némileg önkényes alapokon nyugszik, de az egyes finomítók összehasonlítására alkalmas és általánosan használatos. Integrált finomítói struktúrák: 1. Hidrogénező- lefölöző (hidroskimming) finomító 2. Katalitikus krakkoló és viszkozitástörő finomító 3. Hidrokrakkoló-katalitikus krakkoló finomító
1. Hidrogénező-lefölöző (Hydroskimming) Atmoszférikus desztilláció Kéntelenítő (Claus üzem) Reformáló
4. Hidrokrakkoló-kokszoló finomító
Dr. Pátzay György
65
Dr. Pátzay György
66
3. Hidrokrakk—katalitikus krakk Atmoszférikus és vákuumdesztilláció Viszkozitástörő Katkrakk (FCC) Kéntelenítő Reformáló Hidrogénező Hidrokrakk Alkilező
2. Katalitikus krakk és viszkozitástörés Atmoszférikus és vákuumdesztilláció Viszkozitástörő Katkrakk (FCC) Kéntelenítő Reformáló Hidrogénező
Mindegyikből jön ki fűtőolaj!!! Dr. Pátzay György
67
Dr. Pátzay György
68
17
2014.04.28.
Integrált finomítói struktúrák 2. Katkrakk és viszkozitástörés
1. Hydroskimming Atmoszférikus desztilláció
Atmoszférikus és vákuumdesztilláció
Kéntelenítő (Claus üzem)
Viszkozitástörő
Katkrakk (FCC)
Reformáló
Kéntelenítő
Reformáló
Hidrogénező 3. Hidrokrakk—katkrakk Atmoszférikus és vákuumdesztilláció Viszkozitástörő
Katkrakk (FCC)
Kéntelenítő
Reformáló
Hidrogénező Alkilező
Hidrokrakk 4. Hidrokrakk—késleltetett kokszolás
Mindegyikből jön ki fűtőolaj!!!
Nincs fűtőolaj, csak petrokoksz!
Dr. Pátzay György
69
Dr. Pátzay György
70
Dr. Pátzay György
71
Dr. Pátzay György
72
18
2014.04.28.
Európai finomítók komplexitása és HDS képessége MOL Finomítók
SCHWECHAT Capacity: 9.8 mtpa NCI: 6.2
Duna Kapacitás: 8.1 Mt/é NCI: 10.6 Mantova - IES Kapacitás: 2.6 Mt/é NCI: 8.4 Sisak Kapacitás: 2.2 Mt/é NCI: 6.1 Rijeka Kapacitás: 4.5 Mt/é NCI: 5.8 Bratislava Kapacitás: 6.1 Mt/é NCI: 11.5
Dr. Pátzay György
73
Európai finomítók anyagfelhasználása és kibocsátásai
Dr. Pátzay György
Dr. Pátzay György
74
MOTORHAJTÓANYAG OK
75
Dr. Pátzay György
76
19
2014.04.28.
Modern üzemanyagok: benzin
•Motorbenzin: − optimális illékonyság a karburáláshoz, − ne legyen korrózióagresszív, − ne képződjön gyanta, − jó kompressziótűrés.
• Otto motorhoz • Négyütemű • Beszívja az üzemanyag-levegő keveréket • Komprimálja és adott időben gyújt • Égés és kiterjedés (munkavégző ütem) • Kipufogás
•Gázolaj: − megfelelő viszkozitás (szivattyúzás), alacsony dermedéspont, − ne legyen hajlamos a kokszképződésre, − jó legyen a gyulladási hajlama. •Kerozin: − a nagy magasságra jellemző hidegben is folyékony maradjon, − nyomokban se tartalmazzon vizet, ami megfagyhat, − magas hőmérsékleten ne oxidálódjon, − ne legyen hajlamos a kokszképződésre (fúvóka eltömődés).
Oktánszám mérése: A mérendő benzint izooktánból (izooktán-C8H18) és nheptánból (C7H16) komponált keverékkel hasonlítják össze. A mérendő benzinnel kompressziótűrés szempontjából azonos tulajdonságokkal rendelkező keverék térfogatszázalékban megadott izooktán tartalmát nevezzük a benzin oktánszámának. Tehát például a 95-ös benzin kompresszió-tűrése azonos a 95 V/V% i-oktánt és 5 V/V% n-heptánt tartalmazó keverékével.
Szigorú termékszabványok, egyezményes mérőszámok, s újabban számos környezetvédelmi követelmény. Dr. Pátzay György
77
Otto motor működése
a) gyulladás nélkül b) normál égés c) kopogó égés d) felső holtpont
Dr. Pátzay György
78
Benzin minősége
Üzemanyag: benzin
- oktánszám: kompressziótűrés jellemzője - sűrűség Az első ütem: a szívás A második ütem: a sűrítés A harmadik ütem: terjeszkedés (expanzió) A negyedik ütem: a kipufogás
- illékonyság - kezdő és végforrpont - aromástartalom - kéntartalom Keverőkomponensek: Straight-run benzin, bután, pirolízis benzin, krakk benzin, kokszoló benzin, reformátum, izomerizátum, alkilát benzin, polimer benzin, MTBE (metil terc-butil éter)
http://library.thinkquest.org/C006011/english/sites/ottomotor.php3?v=2 Dr. Pátzay György
79
Dr. Pátzay György
80
20
2014.04.28.
Benzin komponensek • • • • • • •
Straight-run benzin Krakkbenzin: termikus és katalitikus Reformátum Izomerizátum Alkilátbenzin Polimer benzin Oxigenátok (MTBE, ETBE)
RON: kísérleti oktánszám MON: motor oktánszám Dr. Pátzay György
81
Dr. Pátzay György
82
Modern üzemanyagok: gázolaj • • •
•
•
Dr. Pátzay György
83
Diesel motor Az üzemanyag-levegő keverék heterogén, a gyújtás termikus Az üzemanyagot a felhevült levegőbe fecskendezi be a kompressziós ütem végén, ahol magától begyullad. A gázolaj cetánszáma megegyezik annak a cetán-alfa-metil naftalin elegynek a cetán tartalmával térfogat %-ban, melynek gyulladási hajlama megegyezik a vizsgált gázolajéval. Kívánatos érték: 50-60 A cetánszámot az oktánszámhoz hasonlóan szabványosított motor vizsgálati módszerrel állapítják meg. A vizsgálandó gázolajat összehasonlítják a n-cetán és alfa-metil naftalin keverékkel. A cetán C16H34 jó gyulladási hajlamát 100-nak veszik, míg a rossz gyulladási hajlamú alfa-metil naftalinét 0-nak. Dr. Pátzay György
a) b) c) d) e) f) g)
zajos égés normál égés égés nélkül késleltetett gyulladás1 késleltetett gyulladás2 felső holtpont, injektálási periódus 84
21
2014.04.28.
Diesel motor működése Üzemanyag: gázolaj
http://www.k-wz.de/uebersicht.html http://library.thinkquest.org/C006011/english/sites/diesel.php3?v=2 Dr. Pátzay György
85
Dr. Pátzay György
86
87
Dr. Pátzay György
88
Diesel üzemanyag komponensek • Straight-run középfrakció, közepes mennyiségű aromás, kevés olefin, sok paraffin • Termikus és katkrakk gázolaj, hidrogénezés után kevés aromás és olefin, sok paraffin • Krakk gázolaj, sok aromás • Hidrokrakk gázolaj, kevés aromás és olefin, sok paraffin • Szintetikus gázolaj: SMDS (Shell Middle Distillate Synthesis), FischerTropsch, • csak paraffin • Kerozin, paraffinban gazdag
Dr. Pátzay György
22
2014.04.28.
K A
Rakéta: magával viszi az éghető és az égést tápláló anyagot is!
T A L I Turbójet
Z Á T O R O
Üzemanyag: kerozin Dr. Pátzay György
89
K
90 Dr. Pátzay György
Kenőolajokok előállítása
Kenőanyagok Feladata: súrlódási ellenállás csökkentése, tömítés, súrlódási hő elvezetése, védelem a kémiai behatásokkal szemben. • Motorolajok (<0,5%-a az üzemanyagnak) • Előállítás: intermedierbázisú kőolajból, vákuumdesztillációval, majd finomítással. • Fontos jellemző a viszkozitás és a viszkozitási index. • Adalékok: javítják az olaj tulajdonságait (kenőképesség, szennyezésfelvétel, stabilitás), viszkozitási index növelő, dermedéspont csökkentő, inhibítorok, detergensek. • Szintetikus kenőanyagok: különleges tulajdonságúak, könnyebben lebomlanak a környezetben. • Hűtő-kenő folyadékok, fémmegmunkáláshoz.
Dr. Pátzay György
91
Régebben paraffinmentes nafténbázisú kőolajból állították elő, jelenleg főleg intermedier típusú kőolajok vákuumdesztillációs termékeiből. A kenőolajblokk technológiái: • Propános bitumenmentesítés • Oldószeres finomítás • Oldószeres paraffinmentesítés • Utófinomítás • Keverés, adalékolás A gudron bitumenmentesítését propános extrakcióval végzik. A paraffinok jól oldódnak a propánban. A paraffinos olajpárlatokat oldószeres finomításnak vetik alá. Nafténes, aromás komponensek kioldása fenollal vagy furfurollal. A finomított olajok hosszú szénláncú paraffinjai mellől az olajokat keton-aromás oldószer eleggyel hűtéssel oldják ki, amikor a paraffinok kiválnak. Az utófinomítás során hidrogénezéssel katalitikusan (Co/Mo) hidrogénezik (kettős kötések), majd keveréssel állítják elő a kenőolajat. Dr. Pátzay György
92
23
2014.04.28.
Dr. Pátzay György
93
Dr. Pátzay György
94
Hidrosztatikus kenés folyadéktöréssel
Kenőanyag szerkezetek, amelyek érzékenyek a nyírófeszültséggel szemben
Dr. Pátzay György
95
Dr. Pátzay György
96
24
2014.04.28.
Viszkozitási index ábrázolása
VI – a viszkozitási index U - a vizsgált olajminta kinematikai viszkozitása 40 °C–on (mm²/s) L - annak az alapolajnak a viszkozitása 40 °C–on (mm²/s), amelynek viszkozitási indexe 0, és viszkozitása 100 °C–on megegyezik a vizsgált olajminta viszkozitásával H - annak az alapolajnak a viszkozitása 40 °C–on (mm²/s), amelynek viszkozitási indexe 100, és viszkozitása 100 °C–on megegyezik a vizsgált olajminta viszkozitásával. D=L-H
Viszkozitás: - más elnevezéssel a belső súrlódás - egy gáz vagy folyadék belső ellenállásának mértéke a csúsztatófeszültség gel szemben - a folyadék folyással szembeni ellenállása, ami a hőmérséklet függvényében változik
A viszkozitási index az olaj viszkozitásának változására utal, a hőmérséklet változásának függvényében. Minél magasabb az index, annál stabilabb az olaj viszkozitása, azaz annál kevésbé befolyásolja a hőmérséklet változása. Azt az olajat tekintjük értékesebbnek, melynek kevésbé változik a viszkozitása a hőmérséklet-változás hatására. Ha a viszkozitás kétszeres logaritmusát (tehát a viszkozitás logaritmusának a logaritmusát) ábrázoljuk az abszolút hőmérséklet logaritmusának a függvényében, közelítően egyenest kapunk. Ebből adódóan két hőmérsékleten mért viszkozitás meghatározásával más hőmérsékletekre is tudunk interpolálni ill. extrapolálni, ha a kérdéses hőmérséklet abba a tartományba esik, ahol még fennáll a linearitás. A relatív minősítésre a viszkozitási index (VI). A relatív minősítés lényege, hogy az olaj viszkozitás-hőmérsékleti viselkedését két, önkényesen kiválasztott alapolaj sorozat viselkedéséhez hasonlítjuk. Dr. Pátzay György
97
Dr. Pátzay György
98
A fokot (viszkozitási index) az üzemeltetés színhelyéül szolgáló ország éghajlati zónájának megfelelően kell kiválasztani. A viszkozitási index és a hőmérséklet összefüggését az alábbi ábra mutatja.
Dr. Pátzay György
99
25
