Konversionsverfahren
Konversionsverfahren dienen der Umwandlung von höhersiedenen Destillaten in kurzkettigere Fraktionen.
Die Produkte der Vakuumdestillation können nicht unmittelbar zu vermarktungsfähigen Produkten verarbeitet werden. Sie müssen zunächst durch Konversion in ihrer Siedelage verändert werden. Hierfür gibt es mehrere Technologien. Welche konkret eingesetzt wird, hängt stark vom Markt ab, den die individuelle Raffinerie zu bedienen hat.
Es gibt Konversionsverfahren die das Vakuum-Gasöl umwandeln und andere, die den Vakuumrückstand konvertieren. Das thermische Cracken des Rückstandes erfolgt entweder im sogenannten Visbreaker oder im Coker. Die Konversion von Vakuum-Gasöl wird in FCC (Fluidized Catalytic Cracking) oder im Hydrocracker durchgeführt.
Visbreaker
Das älteste und einfachste Konversionsverfahren
Das älteste und einfachste Konversionsverfahren ist das thermische Cracken. Hierbei wird der gewünschte Effekt durch kurze Überhitzung der eingesetzten Destillationsrückstände unter Druck erreicht. Hohe Temperaturen bringen die großen Moleküle in so starke Schwingungen, dass ab etwa 360 Grad Celsius die Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen zerbrechen. Dieser Vorgang spielt sich in den Röhren eines Spaltofens ab. Temperaturhöhe – sie liegt bei etwa 500 Grad Celsius – und Verweilzeit im Crackofen werden so gewählt, dass ein möglichst hoher Umwandlungs- oder Crackeffekt erreicht wird, jedoch eine Koksbildung vermieden wird.
Möglichst weitgehendes Cracken erfordert eine lange Verweilzeit, während sich bei kurzer Verweildauer des Einsatzproduktes eine niedrigere Konversionsrate ergibt. Ergebnis des Crackens ist wiederum – wie bei der Rohöldestillation – eine Produktpalette, die von Gasen über Benzin und Mitteldestillat bis zu schwerem Destillationsrückstand reicht. Zur Gruppe der thermischen Crackverfahren gehört das Visbreaking, eine milde Form des thermischen Spaltens. Dabei sind Druck (etwa 15 bar) und Temperatur (etwa 460 Grad Celsius) niedrig genug, damit auch der Rückstand aus der Vakuumdestillation direkt eingesetzt werden kann.
Im Visbreaker werden diese Restprodukte leichtflüssiger. Dieses Verfahren wird somit angewandt, um die Viskosität (Zähflüssigkeit) schwerer Öle zu senken. Man spart damit Mitteldestillate, die den schweren Ölen andernfalls zugemischt werden müssten, um sie leichtflüssiger und damit verkaufsfähig zu machen. Letztlich fallen auch geringere Mengen an Benzinen und Mitteldestillaten an.
Coken
Beim ‚Delayed–Coking’ wird das Einsatzprodukt, der Vakuumrückstand, unter Druck in Öfen geleitet und auf etwa 500 Grad Celsius erhitzt. Beim Austritt setzt die Koksbildung verzögert ein; sie läuft im Wesentlichen erst in einer nachgeschalteten ‚Kammer’ ab. Die durch das Cracken entstandenen Dämpfe werden in einem Fraktionierturm destilliert, während der entstandene Koks (Grünkoks) als Brennstoff direkt verkauft oder bei genügend niedrigem Gehalt an Schwefel einem Kalzinierungsprozess unterzogen wird. Dabei werden bei Temperaturen von etwa 1.200 Grad Celsius die noch vorhandenen Ölbestandteile abgebrannt.
FCC
Der für das katalytisches Cracken ist in der Regel das Vakuum-Gasöl. Spezielle Anpassung der Anlagen macht es auch möglich, eine limitierte Menge an Vakuumrückstand hinzuzugeben, sofern dieser nicht zu viele Schwermetalle enthält. Der Spaltvorgang erfolgt bei etwa 500 Grad Celsius in Gegenwart eines Katalysators.
Beim katalytischen Cracken verwendet man feinkörnige Katalysatoren wie beispielsweise synthetische Aluminiumsilikate. Sie besitzen eine große Oberfläche, um die Reaktion möglichst selektiv und effektiv zu gestalten. Während des Crackvorgangs bilden sich Koksablagerungen auf dem Katalysator. Dies nimmt dem Katalysator seine Aktivitätdurch Blockieren der katalytisch aktiven Zentren in den Katalysatorporen.
Deshalb wird der Koks in einem nachgeschalteten Regenerator abgebrannt, so dass der Katalysator erneut verwendet werden kann. Die beim Abbrennen des Kokses entstehende Wärmeenergie ist der Energielieferant für den Crackprozess. Ergebnis des katalytischen Crackens ist ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen, das vom gasförmigen Methan bis zum Schweröl reicht. Der eigentlichen Crack-Sektion ist daher ein Aufbereitungsteil mit Destillation, Flüssiggasgewinnung, Gasreinigung usw. nachgeschaltet.
Mit Hilfe des katalytischen Crackers wird vorwiegend Benzin gewonnen. Die Oktanzahl der Crackbenzine liegt bei 80 bis 85.
Hydrocracken
Sollen größere Mengenanteile hochsiedender Komponenten in niedrig siedende Fraktionen für Kraftstoffe umgewandelt werden, dann muss gleichzeitig mit dem Cracken auch Wasserstoff (englisch: ‚hydrogen’) an die gebildeten Molekülbruchstücke angelagert werden. Dies erfolgt in Wasserstoffatmosphäre bei hohem Druck (100 bis 200 bar). So kann die Ausbeute an flüssigen Produkten erheblich verbessert werden. Das Hydrocracken ist das dazu entwickelte technisch eleganteste und flexibelste, zugleich aber teuerste Konversionsverfahren.
Das Hydrocracken hat den Vorteil, dass sich je nach Katalysator und Betriebsbedingungen die erwünschte Ausbeute in bestimmte Richtungen steuern lässt. So lässt sich mit dem Hydrocracker der Anteil der Produktion an Dieselkraftstoff erheblich erhöhen.
