Durchführung von Crackversuchen an einer Technikumsanlage im Rahmen der Entwicklung eines FCC-Konzepts mit Aspekten der Nachhaltigkeit
Year: 2013
Type: dissertation
Abstract: Im Rahmen dieser Dissertation wurden verschiedene Möglichkeiten untersucht, um einen nachhaltigen Betrieb des FCC-Prozesses (katalytisches Cracken in der Wirbelschicht, fluid catalytic cracking) in einem Raffinerieumfeld zu ermöglichen. Die untersuchten Methoden lassen sich nach drei verschiedenen Ansätzen einteilen: * einer Optimierung des eingesetzten Katalysators * der Untersuchung von verschiedenen Einsatzstoffen * einer Verbesserung der Produktzusammensetzung Die Eigenschaften des FCC-Katalysators hängen maßgeblich von der kristallographischen Konfiguration der verwendeten Zeolithe ab. Dabei ist der Anteil der Seltenerd- Metalle ein Schlüsselparameter. Da einerseits die Gewinnung (Abbau und Reinigung) sehr problematisch für die daran beteiligten Menschen und Umwelt, und andererseits der weltweite Handel (bedingt durch ein Quasi-Monopol Chinas) stark eingeschränkt ist, wurden zwei Katalysatoren mit einem deutlich reduzierten Anteil (von 1, 6 % auf 0, 1 %) an Seltenerd- Metallen getestet. Der benzinoptimierte Katalysator zeigt ein ähnliches Verhalten wie die Referenz, der gasoptimierte Katalysator hingegen produziert um 3 % mehr Crack-Gas als die Referenz. Ein nachhaltiger Einsatz des FCC-Prozesses beinhaltet auch die Verwendung von Einsatzstoffen nicht-fossilen Ursprungs oder Abfallstoffen. Für diese Arbeit wurde das Verhalten von Biodiesel als Feed für den FCC-Prozess untersucht. Dieser Einsatzstoff besitzt - herstellungsbedingt - einen sehr geringen Gehalt an freien Fettsäuren und Lecithinen (Phosphorverbindungen). Dadurch ist eine optimale Verarbeitbarkeit gegeben. Die ablaufenden Reaktionen am Katalysator ermöglichen darüber hinaus ein Abscheiden des Sauerstoffs im Feed primär als Wasser, wodurch sich keine negativen Folgen für das erhaltene Benzin ergeben. Einen sehr neuartigen Einsatzstoff stellen Kunststoffdepolymerisate dar. Diese sind verölte Polyolefine, FCC-Anlage weiter zu die in der FCC-Anlage weiter zu Olefinen gecrackt werden sollten). Dies ermöglicht einen (nahezu) geschlossenen Kunststoff-Kreislauf. Die Versuche mit den ersten Depolymerisaten waren sehr vielversprechend. So konnte gezeigt werden, dass diese Einsatzstoffe eine ähnliche Crackgas-Zusammensetzung wie Vakuumgasöl (VGO) zeigten. Ein anderer Einsatzstoff, der ebenfalls getestet wurde, war iC5. Es wurde gezeigt, dass dieser sehr leichte Feed in der FCC unter Standardprozessbedingungen (praktisch) nicht crackt. Daraus ergeben sich interessante Möglichkeiten zur Beimischung zu anderen (schwer zu verarbeitenden) Einsätzen, wie etwa Pyrolyseöle, veröltes Lignin oder Rückstände (z. B. Tallpech). Beim FCC-Prozess ist das Crackgas jene Fraktion mit der höchsten Wertschöpfung. Der Grund dafür sind die sehr hohen Anteile an Olefinen, v. a. Propylen und Ethylen (aber auch Butene). Diese Olefine sind ein wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie. Aus ihnen lassen sich - neben Kunststoffen - auch eine Reihe an Grundchemikalien darstellen. Der FCC-Prozess bietet eine sehr gute Möglichkeit, durch Einsatz speziell optimierter Katalysatoren die Ausbeute signifikant zu erhöhen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei Katalysatoren mit hoher Olefin-Selektivität getestet und mit einem Referenzkatalysator (der nicht gasoptimiert ist) verglichen. Hierbei wurden große Unterschiede im erhaltenen Produktspektrum festgestellt (teilweise 3 % zwischen den neuen Katalysatoren und ca. 7, 5 % zur Referenz). Der Einsatz von Bioölen (oder Biodiesel) erlaubt es, Olefine (und deren Folgeprodukte) aus regenerierbaren Rohstoffquellen zu erzeugen. Dadurch bietet sich die Möglichkeit, sog. Biokunststoffe zu erzeugen, die jedoch chemisch ident zu konventionellen Kunststoffen sind (anders als Bio-Plastics auf Stärke- oder Cellulosebasis). Aus diesem Grund wurden die Katalysatoren mit hoher Olefin-Selektivität ebenfalls mit Rapsöl als Einsatzstoff getestet und die Ergebnisse verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass die erhaltenen Tendenzen bei der Produktzusammensetzung gänzlich anders sind als bei Verwendung von VGO. Ein Katalysator produzierte jedoch - unabhängig von der Wahl des Einsatzstoffes - immer signifikant mehr Propylen als die anderen Katalysatoren. Bei der Verwendung von Rapsöl als Feed konnten darüber hinaus keine negativen Auswirkungen auf die getesteten Katalysatoren beobachtet werden.
Source: reposiTUm (TU Wien)
Author: Alexander Weinert
Language: German
Subfield: Inorganic Chemistry
Field: Chemistry
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W3124278229