Anlagenbau & Betrieb Rückstände nachhaltig aufarbeiten

12.06.2014

Reststoffe und Abfallprodukte aus Raffinerien werden immer wertvoller, je teurer die Rohstoffe werden. Eine Kombination bekannter Verfahren verspricht jetzt eine nachhaltige Lösung der Rückstandsproblematik.

In den rohölverarbeitenden Raffinerien zur Herstellung von Kraftstoff- und Schmierölprodukten rückt die Aufarbeitung der schweren Rückstände immer mehr in den Blickpunkt. In der Vergangenheit wurden die schweren Rückstände oft einfach als MFO (Marine Fuel Oil) verkauft, oder es wurden oft aufwändige Rückstandstechnologien wie das Visbreaking (Thermisches Cracken) oder das Coking zur Herstellung von Koks installiert. Auch diese Technologien produzieren wieder Rückstände, die umweltgerecht entsorgt werden müssen. Diese sind für Raffinerien aber häufig auch die letzte Möglichkeit zur Entsorgung von für die Umwelt teilweise sehr problematischen Stoffen – so etwa kondensierte aromatische Kohlenwasserstoffe und Asphaltene.

Besonders bei schwefelarmen und leicht zu verarbeitenden Rohölen steigen die Preise stetig an, sodass für Raffineriebetreiber gerade die schwereren Rohöle interessanter werden. Sie sind preislich günstiger, erfordern jedoch eine wesentlich tiefere Verarbeitung und produzieren zusätzliche Rückstandsmengen mit höheren Schadstoffbeladungen. Hinzu kommt, dass die Umweltgesetzgebung für die Marinebunkeröle weiter verschärft wird. So ist durch die ECA (Emission Control Areas) vorgesehen, dass für diese Kraftstoffe ab 2015 nur noch 0,1 Prozent Schwefel – anstelle der bisherigen 1,5 Prozent – zulässig sein werden. Dies erfordert weitere Anstrengungen in den Raffinerien, um eine Lösung für die Rückstandsproblematik zu finden.

Bewährte Verfahren neu kombiniert

Sowohl das Verfahren des Solvent Deasphalting (SDA) als auch die Bitumenherstellung sind altbekannte und vielfach angewendete Technologien. Dennoch eröffnet eine Kombination beider Verfahren die Möglichkeit, die Rückstandsproblematik zu lösen. Allein das SDA-Verfahren auf die Herstellung von bitumenfähigen Einsätzen abstimmen zu können, bietet die Chance, die schweren Rückstände der Raffinerie – insbesondere die Vakuumrückstände – komplett in verkaufsfähige Produkte aufzuarbeiten.

Beim Solvent Deasphalting werden schwere Rückstände durch Extraktion mit Hilfe von Lösungsmitteln wie Propan, Butan oder Pentan sowohl bei unter- als auch bei überkritischen Bedingungen in ein DAO (Deasphalted Oil) und einen Pitch (Asphalt) aufgetrennt. In der Kraftstoffraffinerie kann das DAO in einer FCC–Anlage oder einem Hydrocracker zu wertvollen Benzin-, Diesel- und Heizölkomponenten und in der Schmierstoffraffinerie als Bright Stock zur Herstellung von Schmierölen verarbeitet werden. Der bitumenfähige Pitch wird unter Zumischung von aromatischen Ölen in einer Bitumenverarbeitungsanlage durch einen spezifischen Blasprozess (Biturox) zu hochwertigen Bitumenprodukten verarbeitet. Der witterungsbeständige Einschluss der Begleitkomponenten führt zu einer umweltgerechten Lösung des Schadstoffproblems der schweren Rückstände.

Die Anforderungen an die Produkte des Solvent Deasphalting können dabei sehr unterschiedlich sein. Für die Weiterverarbeitung des DAO in verschiedenen Anlagen sind Grenz­werte einzuhalten. Grundsätzlich muss bei der Einhaltung der DAO-Qualitäten für die nachfolgende Anlage vor allem die Bitumenfähigkeit des Pitch abgesichert werden. Um dies einschätzen zu können, müssen vorab wichtige Kriterien wie der Paraffin- und der Asphaltengehalt oder die Viskosität bei 135 °C herangezogen werden. Letztlich entscheiden jedoch konkrete Untersuchungen zum Pitch – etwa die Penetration, der Erweichungspunkt, der Penetrationsindex und die Untersuchungen zur Alterungsbeständigkeit mit den Messungen zu den Massenänderungen, der verbleibenden Penetration und der Änderung des Erweichungspunkts. Zur Herstellung eines qualitativ hochwertigen Bitumens sind als Entscheidungsgrundlage für einer Bitumenanlage immer auch Blasversuche mit dem Pitch erforderlich. Die Optimierung der SDA-Anlage erfolgt so, dass sowohl ein qualitätsgerechtes DAO als auch ein bitumenfähiger Pitch produziert werden kann.

Referenzanlage stützt Versuchsergebnisse

Die EDL verfügt zum Solvent Deasphalting über Versuchsanlagen, um die Qualitätsparameter für die verschiedensten schweren Rückstände zu ermitteln. Dort können für unter- sowie für überkritische Bedingungen Versuche mit verschiedensten Lösungsmitteln und Lösungsmittelgemischen bei unterschiedlichen Temperaturen und Lösungsmittelmengen durchgeführt werden. Dazu stehen Versuchsautoklaven mit 0,5 und 5,0 l bei Drücken von 30 bis 300 bar zur Verfügung. Zur Auswertung wurde eine spezielle Analytik in Form von SARA–Analysen zu den Einsatz- und Endprodukten aufgebaut. In Verbindung mit der Ermittlung aller Prozessparameter und weiterer Analysendaten (Dichten, CCR, Metallgehalte, S- und N-Gehalte etc.) kann eine prozesstechnische Modellierung und damit eine Auslegung der Anlage zum Solvent Deasphalting erfolgen.

Die SARA–Analyse (Saturates, Aromatics, Resins und Asphaltenes) ermöglicht eine optimale Strukturanalyse der Gemische zur theoretischen Berechnung des thermodynamischen Prozesses. Die Daten und Analysen zur Maßstabsübertragung werden gestützt von den Ergebnissen und Erfahrungen einer bei H&R Ölwerke Schindler in Hamburg komplett errichteten Referenzanlage zum Propan Deasphalting (PDA), die ein qualitativ hochwertiges DAO als Bright Stock für die Base-Oil-Produktion liefert.

Zur Untersuchung des Pitch aus der SDA-Anlage verfügt Pörner Wien über einen Versuchsstand nach dem Biturox-Verfahren, an dem die Bitumenblasversuche durchgeführt werden können. In Verbindung mit der spezifischen Analytik können konkrete Aussagen zur Bitumenfähigkeit des Pitch und zu den möglichen Bitumenqualitäten getroffen werden. Die enge Abstimmung und Koordination der Versuche zum SDA- und Biturox-Verfahren ermöglichen den Aufbau einer kompletten Rückstandstechnologie für eine Raffinerie.

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