Wie wird Rohöl separiert: Die wichtigsten Trenntechniken

Einführung in die Rohölseparation

Rohöl, auch "schwarzes Gold" genannt, ist eine brennbare Flüssigkeit, ein komplexes Gemisch aus Kohlenwasserstoffen, das in der Erdkruste vorkommt und aus Ölquellen gewonnen wird, so wie Gold aus einer Goldmine. Es ist die Quelle für eine Vielzahl von wichtigen Produkten des täglichen Lebens wie Benzin, Diesel, Kunststoffe usw. Rohöl in seiner unverarbeiteten Form ist jedoch nur von geringem Nutzen und wird je nach Siedepunkt und Molekulargewicht seiner Bestandteile unterschiedlich aufgetrennt. Diese Trennung ist wichtig, da sie die Konzentration und Reinigung der einzelnen Anteile des Rohöls ermöglicht, die für die verschiedenen Industrien von Interesse sind.

Ein Prozess, bei dem Rohöl in verschiedene Komponenten aufgespalten wird, wird als Ölraffination bezeichnet. Es gibt verschiedene Trennverfahren, die bei der Ölraffination eingesetzt werden können, und jedes von ihnen hat seine eigenen Stärken und Anwendungsbereiche. Dazu gehören die Lösungsmittelextraktion, bei der die Bestandteile nach ihren chemischen Eigenschaften getrennt werden, die Membrantrennung, die derzeit eine fortschrittlichere Technik für die selektive Trennung von Molekülen ist, die Filtration, bei der Feststoffe aus dem Rohöl entfernt werden, Molekularsiebe in der Adsorptionstrennmatrix und das wichtigste Verfahren, die fraktionierte Destillation, die für die Trennung von Kohlenwasserstoffen auf der Grundlage ihrer Siedepunkte verantwortlich ist. Darüber hinaus gibt es Umwandlungsprozesse wie Cracken und Reformieren, die eine weitere Verbesserung der Trennung bewirken und die Qualität der Endprodukte erhöhen.

Überblick über die wichtigsten Rohölabscheidetechniken

Extraktion mit Lösungsmitteln: Trennen von Komponenten durch chemische Affinität

Dabei handelt es sich um eine Methode, bei der Rohölbestandteile anhand ihrer chemischen Affinität zu anderen Verbindungen unterschieden werden. Dabei wird dem Rohölgemisch ein Lösungsmittel zugesetzt, in der Erwartung, dass sich bestimmte Bestandteile auflösen, andere hingegen nicht. Die Komponenten, die sich in dem Lösungsmittel lösen, können durch Destillation oder Verdampfung abgetrennt werden. Diese Technik eignet sich zur Entfernung von aromatischen Verbindungen wie Benzol und Toluol, die in Rohölgemischen aus Kohlenwasserstoffen enthalten sind.

Membrantrennung: Moderne Methoden zur selektiven Molekulartrennung

Die Membrantrennung ist eine moderne Technik, die in letzter Zeit aufgrund ihrer Fähigkeit, Moleküle mit unterschiedlicher Geometrie, Größe und chemischer Struktur zu trennen, weit verbreitet ist. Bei diesem Verfahren wird das Rohölgemisch durch eine halbdurchlässige Membran mit Poren kleiner als eine bestimmte Größe geleitet, die den Durchgang anderer Moleküle verhindert. Diese Technik ist äußerst effektiv und hat ein breites Anwendungsspektrum, da sie zur Isolierung von Komponenten unterschiedlichster Größe eingesetzt werden kann, von kleinen Gasmolekülen bis hin zu größeren organischen Verbindungen. Die Membrantrennung ist besonders effektiv bei der Entfernung von Verunreinigungen wie schwefelhaltigen Verbindungen und Schwermetallen aus Rohöl.

Die Rolle der Filtration bei der Entfernung von Feststoffen aus Rohöl

Die Filtration kann als ein wesentliches Verfahren zur Abtrennung von Rohöl von festen Bestandteilen und Verunreinigungen bezeichnet werden. Bei diesem Verfahren wird das Rohöl durch ein Filtermedium wie Sand oder Stoff geleitet, das die festen Partikel auffängt, während die Flüssigkeiten durchfließen können. Dieses Verfahren kann auch als Vorbehandlung angesehen werden, um die Pumpe zu schützen, die in den weiteren Trennverfahren wie der fraktionierten Destillation verwendet wird, mit der das flüssige Rohöl behandelt werden kann.

Adsorptionstrennung: Molekularsiebe und ihre Anwendungen

Adsorption und Molekularsiebe

Adsorption kann als ein Trennungsprozess beschrieben werden, bei dem bestimmte Materialien die Fähigkeit haben, bestimmte Moleküle anzuziehen und zu binden. In diesem Fall, wenn es um die Trennung von Rohöl geht, werden Molekularsiebe auch als Adsorptionsmittel bezeichnet. Dabei handelt es sich um Materialien, die miteinander verbundene Poren mit nahezu gleichem Durchmesser besitzen, die eine selektive Adsorption auf der Grundlage von Molekülgröße und -form ermöglichen. Molekularsiebe sind zum Beispiel sehr nützlich, um Wasser und andere kleine Verunreinigungen aus Rohöl zu entfernen, da diese Moleküle klein genug sind, um in den Poren des Siebs eingeschlossen zu werden, während größere Kohlenwasserstoffmoleküle ausgeschlossen werden können.

Wie Molekularsiebe bei der Entfernung von Wasser und Verunreinigungen aus Kohlenwasserstoffströmen helfen

Rohöl ist keine reine Substanz und enthält oft Wasser und andere Verunreinigungen. Dies ist besonders wichtig, da diese Verunreinigungen zu Korrosion, Vergiftung des Katalysators und geringer Produktausbeute während der Raffinationsphase führen können. Molekularsiebe lösen dieses Problem einfach und effizient. Hier wird das Rohöl zunächst depolarisiert und dann getrocknet, bevor es durch eine mit Molekularsieben gefüllte Säule geleitet wird, die eine relativ hohe Öladsorptionskapazität aufweisen. Dadurch werden kleinere Partikel in den Poren des Materials absorbiert, so dass nur ein sauberes Kohlenwasserstoffprodukt übrig bleibt. Diese Technik wird als Dehydratisierung bezeichnet und ist einer der entscheidenden Schritte bei der Aufbereitung von Rohöl für die Weiterverarbeitung. Der Internationale Verband der Öl- und Gasproduzenten weist darauf hin, dass durch den Einsatz von Molekularsiebfiltern der Wassergehalt im Rohöl von 1000 auf weniger als 1 ppm (bar) gesenkt werden kann, wodurch die Sicherheit der gesamten nachgelagerten Prozesse erhöht wird.

Fraktionelle Destillation: Die wichtigste Methode zur Rohöltrennung

Die Grundlagen der fraktionierten Destillation

Rohöl, das aus einem heterogenen Gemisch von Kohlenwasserstoffen besteht, kann durch ein Verfahren, das als fraktionierte Destillation bezeichnet wird, physikalisch in mehrere Fraktionen getrennt werden. In ihrer einfachsten Form nutzt die Destillation die unterschiedlichen Siedepunkte der verschiedenen Kohlenwasserstoffe im Rohölgemisch aus. Das Rohölgemisch befindet sich normalerweise in einer fraktionierten Destillationskolonne, die auch als Fraktionierungskolonne bezeichnet wird. Um die gewünschten Fraktionen zu erhalten, muss das Rohöl zunächst so weit erhitzt werden, dass es zu Dampf wird. Während die Dämpfe durch die Kolonne aufsteigen, kühlen sie ab und kondensieren je nach ihrem Siedepunkt in unterschiedlichen Höhen. Die Dämpfe der am leichtesten verdampfenden Fraktionen wie Benzin und Flüssiggas (LPG) erreichen den Scheitelpunkt der Kolonne. Andere, wie Diesel- und Schmierölfraktionen, sammeln sich im unteren Teil der Kolonne.

Wie die fraktionierte Destillation Kohlenwasserstofffraktionen anhand von Siedepunkten trennt

Das Verfahren der Rohöldestillation basiert auf dem Prinzip, dass verschiedene Kohlenwasserstoffe unterschiedliche Siedepunkte haben. Wenn die Temperatur in der Fraktionierkolonne allmählich erhöht wird, beginnen die leichtesten Kohlenwasserstoffe und die mit den niedrigsten Siedepunkten zu verdampfen und steigen an die Spitze des Destillationsturms. Beim Aufsteigen kühlen sie ab und kondensieren auf Böden oder Verpackungsmaterialien, die den verschiedenen Komponenten eine große Oberfläche bieten, mit der sie interagieren können. Die kondensierte Flüssigkeit wandert dann die Kolonne hinunter, während die restlichen Dämpfe weiter aufsteigen. Dies geschieht auf verschiedenen Ebenen der Kolonne, wobei jeder Boden oder jedes Verpackungsmaterial seinen eigenen Temperatur- und Siedepunktsbereich hat. Wenn die Dämpfe aus dem oberen Teil der Kolonne austreten, sind nur noch die leichtesten Kohlenwasserstoffe und der Rest bereits kondensiert und in den unteren Teilen der Kolonne abgeschieden worden, wobei die Komponenten mit den höchsten Siedepunkten am Boden des Destillationsturms verbleiben.

Die Rolle der fraktionierten Destillation bei der Raffination von Leicht-, Mittel- und Schwerfraktionen

Die Bedeutung der fraktionierten Destillation in der Erdölindustrie ist sehr hoch, da dieses Verfahren dazu beiträgt, das Rohöl in seine Bestandteile - leichtes, mittleres und schweres Öl - aufzuteilen und die Fraktionen so zu charakterisieren, dass sie in verschiedenen Bereichen nützlich sind. Benzin und Naphtha sind leichte Fraktionen, die einen sehr niedrigen Siedepunkt haben und hauptsächlich als Kraftstoffe für Motoren und andere petrochemische Prozesse verwendet werden. Kerosin und Dieselkraftstoff sind mittlere Fraktionen mit einem mittleren Siedepunkt und werden zum Heizen, als Düsentreibstoff und im Straßenverkehr verwendet. Die schweren Gasöle und Rückstände sind die schwersten und am wenigsten flüchtigen Fraktionen und werden in der Regel zu Schmierölen, Wachsen und Asphalt weiterverarbeitet. Die U.S. Energy Information Administration hat berichtet, dass aus einem typischen Barrel Rohöl etwa 20% Benzin und 15% Dieselkraftstoff gewonnen werden können, während 5 Prozent Schweröl sind und der Rest der 60 Prozent für andere Produkte oder weitere Destillation verwendet wird.

Verbesserung der Effizienz der fraktionierten Destillation mit Molekularsieben

Molekularsiebe können auch eingesetzt werden, um die Effizienz und die Produktqualität des fraktionierten Destillationsverfahrens zu verbessern. Obwohl bei der Destillation die Kohlenwasserstoffe auf der Grundlage ihrer Siedepunkte getrennt werden, können einige der entstehenden Fraktionen immer noch Verunreinigungen enthalten, die sich negativ auf die Qualität der Endprodukte auswirken können. Durch den Einbau von Molekularsieben mit spezifischen Porengrößen in das Destillationssystem können diese Verunreinigungen selektiv entfernt werden, wodurch sichergestellt wird, dass jede Fraktion die erforderlichen Reinheitsstandards erfüllt. Beispielsweise können Molekularsiebe zur Entfernung von Schwefel- und Stickstoffverbindungen und anderen Verunreinigungen aus den Destillatfraktionen eingesetzt werden, wodurch die Qualität der Produkte verbessert und nachgeschaltete Katalysatoren und Anlagen vor Schäden geschützt werden. Diese Integration der Molekularsiebtechnologie in den Prozess der fraktionierten Destillation zeigt, wie verschiedene Trenntechniken zusammenwirken können, um den gesamten Rohölraffinationsprozess zu optimieren.

Konversionsprozesse: Verbesserung der Trenneffizienz nach der ersten Destillation

Cracken: Aufspaltung schwerer Fraktionen in leichtere, wertvollere Produkte

Nach der ersten fraktionierten Destillation verbleiben höhere Fraktionen des Rohöls als nicht brennbare Bestandteile oder Ausgangsstoffe für die Petrochemie. Um die Ausbeute an leichten und hochwertigen Produkten zu verbessern, können diese schweren Fraktionen einem Prozess unterzogen werden, der als Cracken bekannt ist. Unter Cracken versteht man das Aufbrechen schwerer Fraktionen, die mit großen, komplizierten Kohlenwasserstoffmolekülen verbunden sind, in einfachere Molekülteile, die als Brennstoffe oder chemische Zwischenprodukte dienen können. Es gibt zwei grundsätzliche Arten des Crackens: Bei der ersten werden die Kohlenstoffverbindungen durch hohe Temperaturen erhitzt (thermisches Cracken), bei der anderen wird ein Katalysator verwendet, der die Energie für die Reaktion reduziert (katalytisches Cracken). Das Cracken ist ein integraler Schritt, der den Wert des Rohöls maximiert und darüber hinaus garantiert, dass der größte Teil der Ressource sinnvoll genutzt wird.

Reformierung: Neuanordnung von Kohlenwasserstoffmolekülen zur Verbesserung der Kraftstoffqualität

Bei der Reformierung handelt es sich um eine Neudefinition von Prozessen mit strukturellen Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung zur Verbesserung von Benzin und anderen Kraftstoffen, die durch die Ölraffinerie für den Transport genutzt werden. Die Umstrukturierung von Kohlenwasserstoffen in diesem Prozess wird mit dem Ziel durchgeführt, das Molekulargewicht und den Oktanwert zu erhöhen, der die Fähigkeit des Kraftstoffs angibt, dem Klopfen in einem Motor standzuhalten. Rhodesien beinhalten die Verwendung eines Katalysators wie Platin oder Rhenium, um die chemischen Reaktionen zu erreichen. Da die Oktanzahl des Benzins steigt, wird es durch die Reformierung benutzerfreundlich für Hochleistungsmotoren, um sicherzustellen, dass der verwendete Kraftstoff effektiv und sauber verbrennt. Dieser Prozess ist heute von großer Bedeutung, da die Kraftstoffqualität mehr denn je im Mittelpunkt steht.

Die Bedeutung von Sekundärbehandlungen nach einer Trennung

Entschwefelung: Entfernung von Schwefelverbindungen zur Einhaltung von Umweltstandards

Das Vorhandensein von Schwefelverbindungen als Verunreinigungen in Rohöl ist bedenklich, da die Verbrennung dieser Verbindungen bei der Verwendung von Öl als Brennstoff zu verschiedenen Umwelt- und Gesundheitsproblemen führt. Um dies zu verhindern, werden in den Erdölraffinerien Entschwefelungstechniken eingesetzt, bei denen diese Verbindungen aus den verschiedenen Fraktionen des Trennungsprozesses entfernt werden. Die Entschwefelung erfolgt häufig durch die Zugabe von Katalysatormischungen wie Kobalt und Molybdän, die schwefelhaltige Verbindungen in Schwefelwasserstoffgas umwandeln, das leicht weiter gereinigt werden kann, indem es in Schwefel umgewandelt wird. Dieser Prozess ist notwendig, weil nationale und internationale Vorschriften zum Schutz der Umwelt einen Mindestschwefelgehalt in Öl und seinen Derivaten vorschreiben. In den USA beispielsweise hat die Umweltschutzbehörde den Schwefelgehalt von Dieselkraftstoff für den Straßenverkehr auf 15 Teile pro Million beschränkt, während er zuvor bei 500 Teilen pro Million lag.

Behandlung von schweren Rückständen: Vakuumdestillation und Verkokung zur Weiterverarbeitung schwerer Fraktionen

Der Bodensatz des Öls wird auch nach den Verfahren der fraktionierten Destillation und der Umwandlung nicht für Kraftstoffe oder petrochemische Rohstoffe verwendet. Ölraffinerien versuchen, mehr Wert aus diesen Rückständen zu gewinnen, indem sie Nachbehandlungsverfahren wie Vakuumdestillation und Verkokung anwenden. Bei der Vakuumdestillation werden die schweren Rückstände bei niedrigerem Druck abgekocht, wobei die Siedepunkte der verschiedenen Komponenten höher liegen, um eine bessere Trennleistung zu erzielen. Die Verkokung hingegen ist ein thermisches Krackverfahren, bei dem die schweren Rückstände nicht voneinander getrennt werden, sondern in leichte Kohlenwasserstoffe und einen festen, kohlenstoffreichen Rückstand namens Koks umgewandelt werden. Brennstoffkoks hat zahlreiche andere industrielle Anwendungen, wie z. B. in Stahlwerken und bei der Stromerzeugung. Durch diese zusätzlichen Prozesse, die mit den Rückständen durchgeführt werden, gelingt es den Raffinerien, den Wert jedes Barrel Rohöls zu maximieren und sicherzustellen, dass kein Abfall übrig bleibt.

Umwelt- und Effizienzüberlegungen bei der Rohölabscheidung

Nachhaltigkeit und Umweltschutz sind wichtige Grundsätze in der heutigen Gesellschaft, und so steht die Erdölraffinerie vor zahlreichen Herausforderungen, wenn es darum geht, ihre Prozesse effizienter zu gestalten und gleichzeitig die Umwelt zu schonen. Einer der Bereiche, die von Interesse sind, ist die Verringerung der Energie- und Treibhausgasemissionen, die bei der Abscheidung von Rohöl entstehen. Zu den verschiedenen Optionen gehören die Rückgewinnung von Abwärme durch die Integration verschiedener Prozesse, der Ersatz von Anlagen durch energieeffizientere und die mögliche Nutzung erneuerbarer Energien für die Raffinerieprozesse. Außerdem werden zunehmend Methoden zur Verringerung des ökologischen Fußabdrucks von Raffinerieemissionen praktiziert und angewandt, wie z. B. die Kontrolle der Rauchgasverschmutzung durch fortschrittliche Reinigungssysteme und die Behandlung von Industrieabfällen vor deren Einleitung. Der gleiche Ansatz kann daher auch auf die Leistung des Rohölabscheideverfahrens angewendet werden und dazu beitragen, das Ziel eines saubereren und grüneren Planeten zu erreichen. Die positiven Auswirkungen, die sich aus Verbesserungen im Rohölabscheideverfahren ergeben, leisten einen wichtigen Beitrag zu den Gesamtkosten einer bestimmten Ölraffinerie.

Steigerung der Raffinerie-Effizienz mit Jalons Expertise

Wenn Sie Molekularsiebe für die Abtrennung und Raffination von Rohöl benötigen, ist die Zusammenarbeit mit einem qualifizierten Hersteller wie Jalon wahrscheinlich ein vernünftiger Ansatz. Da Jalon schon seit langem in diesem Bereich tätig ist, ist das Unternehmen in der Lage, verschiedene Arten von maßgeschneiderten Molekularsieblösungen für die Erdölindustrie zu entwickeln. Wenn Sie mit Jalon zusammenarbeiten, profitieren Sie von deren Erfahrung und moderner Technologie, so dass die bestmögliche Leistung bei der Erdölraffination erzielt wird.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Zerlegung des Rohöls in seine Bestandteile verschiedene Arten von Verfahren umfasst: fraktionierte Destillation, Lösungsmittelextraktion, Membrantrennung, Filtration und Adsorption, ohne darauf beschränkt zu sein. Diese Strategien sind hilfreich, um das komplizierte Sortiment an Kohlenwasserstoffen aus dem Rohöl zu trennen und sie in nützliche Produkte umzuwandeln, die in der heutigen Zivilisation praktisch unverzichtbar sind. Die wichtigste Methode zur Rohöltrennung ist die fraktionierte Destillation, bei der die Kohlenwasserstoffe nach ihren Siedepunkten klassifiziert werden. Andere Methoden wie die Lösungsmittelextraktion und die Membrantrennung verbessern und reinigen die Endprodukte. Angesichts des weltweit steigenden Bedarfs an Energie und erdölbasierten Produkten ist es für die Erdölraffinerie zwingend erforderlich, diese Trennverfahren kontinuierlich zu verbessern, um sie effektiver zu machen und gleichzeitig die potenziellen Umweltrisiken zu minimieren.