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Raffination von Erdöl

Reinigung und Destillation (Normaldruck & Vakuum) in Fraktionen mit definiertem Siedebereich.

Produkte: Ottokraftstoff, Dieselkraftstoff, Heizöl, Kerosin;

Chem. Industrie: Flüssiggas, Naphtha/Rohbenzin, Mitteldestillat (mittlerer Siedebereich 140 – 370 °C)

 1856 erste Raffinerie in Polen (einfache Destillation)

Ausbeute: unterschiedlich je nach Edukt; 3% Flüssiggas, 9% Naphtha, 24% Benzin, 4% Kerosin, 21% Diesel & leichtes Heizöl, 11% schweres Heizöl, 3,5% Bitumen & usw., 1,5% Schmierstoffe

Eigenverbrauch der Raffinerie 5 – 10%

Komplexität einer Raffinerie wird als Nelson-Index angegeben -> Messzahl für Wertschöpfung & Investitionskosten

  • In D: 6 bis 11 (Raffinerie Emsland 14), daher 6 bis 11 fache Komplexität einer einfachen Rohöldestillation

Verarbeitung

 Abtrennen von Sedimenten, Salz & Wasser vor Ort -> Schiff/Pipeline zur Raffinerie

Primärverarbeitung (Rohöl)

Vorwärmen (ca. 400°C) -> atmosphärische Rektifikation -> leichte Bestandteile oben „Kopf“, schwere unten „Sumpf“

Vakuumdestillation des des Rückstands in weiterer Kolonne

Konversionsverfahren und Blending

Abscheiden von Schwefel & Stickstoff

Verbesserung der Zwischenprodukte

Hydrotreating

Vermischen der zu entschwefelnden Komponenten mit Wasserstoff bei ca. 350°C

  • Katalysator setzt Schwefel in H2S um
  • Stickstoff in NH3

Schwefel ist Katalysatorengift und würde beim Verbrennen von unbehandelten Endprodukten umweltschädliches SO2 erzeugen, daher muss es abgeschieden werden vor der Weiterverarbeitung. Große Mengen an Schwefel fallen an.

Katalytisches Reforming

Ziel: Isomerisierung (Erhöhung der Oktanzahl des Naphthas) & Erzeugung aromatischer Kohlenwasserstoffe

Oktanzahl: Zündungswilligkeit / Klopffestigkeit, höhere Oktanzahl ist teurer

Aromatische Kohlenwasserstoffe -> cyclische Kohlenwasserstoffe -> energetisch günstiger als nicht aromatische -> chemisch stabiler

 

Typische Reaktionen: Ringschluss, Dehydrierung, Isomerisierung (unveränderte Summenformel, aber anderes Molekül)

Isomerisierung

Ziel: Oktanzahlverbesserung & Veränderung des Substitutionsmusters an Aromaten

Cracker: thermisches, katalytisches und Hydrocracking

  • Thermisch: Auch verunreinigte Bestanteile können verarbeitet werden
    • Visbreaking: Cracken schwerer Rückstandsöle -> Gasöl
    • Delayed Coking: Petrolkoks herstellung
    • Steamcracking: Naptha, Gasöl, hydrogenierte Vakuumgasöle in Ethen, Propen und Aromate umgewandelt
  • Katalytisch: Saure Silikate, z.B. Seltenerddotiertes Zeolith als Katalysatoren
    • Schwere atmosphärische Gasöle& Vakuumgasöl als Edukte
    • Produkt kurzkettige Olefine (mehr doppelbindungen) & Alkane
    • Wird gerne eingesetzt
  • Hydrocracking: langkettige Alkane + Wasserstoff -> kurzkettige Alkane
    • Vorwiegend Vakuumgasöl als Edukt -> Hydrierung von Schwefel und Stickstoffverbindungen, hohe H2S und NH3 Volumina
  • Claus-Verfahren: Schwefelwasserstoff mit Luftsauerstoff unterstöchiometrisch verbrannt
    • Umwandlung von H2S zu 6S
    • Mehrere katalytische Stufen um (fast) vollständigen Umsatz zu erreichen (99,8%)
    • In Kombination mit Doppelkontaktverfahren (Schwefelsäureherstellung)
    • Alternative: Direkte Schwefelsäure herstellung (WSA Prozess)

Quellen: http://abarrelfull.wikidot.com

https://de.wikipedia.org/wiki/Nelson-Index

https://de.wikipedia.org/wiki/Erd%C3%B6lraffinerie#Siehe_auch

Diesel

Gemisch aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen als Kraftstoff für Dieselmotoren (Marine-Diesel für Schiffsdieselmotoren)

Bestandteile: Kerosin, Mittelfestillatfraktionen bis zu 7% Biodiesel + Additive

Dieselmotor von Rudolf Diesel erfunden und erste Produktion in Ausgburg

  • Selbstzündender Motor, reine Luft wird stark verdichtet und dadurch erhitzt, kurz vor oberen Totpunkt wird Dieselkraftstoff eingespritzt der sich durch die Hitze selbstentzündet.
  • Dieselmotor nach Mau: Langsam, Mittelschnell, Schnellläufer ( bis 300 /min; kleiner 1000/min; größer-gleich 1000/min)
  • Andere Einteilungen: Arbeitsverfahren, Bewegungsablauf, Gemischbildungsverfahren, Zündverfahren, Brennverfahren, Füllungsart, Kühlverfahren, Schnellläufigkeit, Bauform & Anzahl der Zylinder,

Verschiedene Sorten an Diesel verfügbar, Zusätze zur Qualitätsverbesserung

Herstellung in Raffinerie

Heizöl EL und Jet/Kerosin in direkter Konkurrenz zum Diesel -> Zusammensetzung ist daher vom Bedarf abhängig

Hauptbestandteil: Alkane, Cycloalkane, aromatische Kohlenwasserstoffe; 9 bis 22 C-Atome/Molekül; 170-390°C Siedebereich;

Extra leichtes Heizöl könnte als Substitut verwendet werden

Synthetischer Diesel

Kohlenwasserstoff -> Synthesegas -> Fischer-Tropsch-Synthese: Diesel-ähnlicher Kohlenwasserstoff (Cetanzahl 75 – 80, sehr hoch)

Gas-to-Liquid

Potentiell auch möglich mit Synthesegas aus nachhaltigen Quellen

Absatz

D: 2016 zu einem Absatzzuwachs beim Diesel um 3,1 Prozent oder 1,1 Millionen Tonnen auf 37,9 Millionen Tonnen.

Quelle: https://www.mwv.de/wp-content/uploads/2017/09/170918_Mineraloelwirtschaftsverband_Jahresbericht-2017.pdf

Dieselabgase

Kohlenstoffhaltiger Feinstab gilt als gesundheitsschädlich, da meist nicht reiner Kohlenstoff sondern Agglomeration von Rußpartikeln mit anderen gesundheitsschädlichen Stoffen Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe usw.

Common-Rail-Einspritzung moderner Dieselmotoren erzeugen lungengängige Feinstpartikel

Dieselruß, da doppelt so lange Aromate wie beim Benzin -> Benzin verdampft vollständiger als Diesel

Bei Selbstzündungsphase werden die nicht verdampften Aromate in Bestandteile gecrackt -> Ruß

Beim Benzinmotor mehr PAK

Beim Dieselmotor mehr Ruß

Dieselabgas Skandal

Seit spätestens 1999 ist bekannt, dass die Optimierung auf Kraftstoffeinsparung dazu führt, dass mehr NOx emitiert wird.

EU28 + Scheiz & Norwegen 5.000 Tote p.a. durch Faktor 4 bis 7 höhere Stickoxid Emissionen.

Politik: Skurril, dass Umweltschutz & CO2 Reduktion Befürworter für die Reduktion von Nox (höherer Verbrauch & höhere CO2 Emissionen) einstehen

MM: Grenzwerte an NOx Emissionen -> Müssen eingehalten werden, danach Optimierung auf CO2 Reduktion und Treibstoffeinsparung

  • Aushebelung von d Grenzwerte als Wirtschaftsboost
  • Aber Schadet dem Ansehen Deutschlands & der Innovtionsfähigkeit dauerhaft
  • Präzedenzfall dafür sich strategisch nicht an Gesetze zu halten
  • Schaden für die Verbraucher durch Fahrverbote, Wertverlust usw.

Quelle:

K. Siegmann, H.C. Siegmann: Die Entstehung von Kohlenstoffpartikeln bei der Verbrennung organischer Treibstoffe. München, 12. Oktober 1999.

E. Jonson et al.: Impact of excess NOx emissions from diesel cars on air quality, public health and eutrophication in Europe. In: Environmental Research Letters. Band 12, 2017

Was ist genau passiert?

  1. Sept 2015 öffentlich bekanntgemacht: VW hat illegale Abschalteinrichtung in Motorsteuerung verwendet um EPA zu täuschen

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Abgasskandal