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Titel
Experimentelle Untersuchungen zur Produktion von Benzin aus Palm- und Sojaöl in einer vollkontinuierlichen FCC-Anlage / von Christian Bartel
VerfasserBartel, Christian
Begutachter / BegutachterinReichhold, Alexander ; Hofbauer, Hermann
Erschienen2008
Umfang90 Bl. : Ill., zahlr. graph. Dart., Kt.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2008
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)FCC / catalytic / cracking / Pflanzenöl / Benzin / Bioöl
Schlagwörter (EN)FCC / catalytic / cracking / vegetable / gasoline / oil
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-29714 Persistent Identifier (URN)
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Experimentelle Untersuchungen zur Produktion von Benzin aus Palm- und Sojaöl in einer vollkontinuierlichen FCC-Anlage [2.43 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Der FCC - Prozess (Fluid Catalytic Cracking) ist ein raffinerietechnisches Verfahren, bei dem langkettige Kohlenwasserstoffe in kürzerkettige Produkte wie Benzin und Crackgas umgewandelt werden.

Die vom Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften der Technischen Universität Wien entwickelte FCC - Technikumsanlage mit intern zirkulierender Wirbelschicht arbeitet vollkontinuierlich und ist den Betriebsbedingungen der OMV - Großanlage (Raffinerie Schwechat) angepasst. Vorangegangene Arbeiten haben eindrucksvoll gezeigt, dass ein Anlagenbetrieb mit reinem Rapsöl als Feed problemlos möglich ist.

Im Zuge dieser Arbeit sollten Versuche mit Palmöl und Sojaöl als Einsatzstoff durchgeführt werden, um das Betriebsverhalten und die Produktqualitäten zu untersuchen. Dazu wurden zwei Versuchsreihen geplant, wobei sich der Pflanzenölanteil im Vakuumgasöl in 20 % - Schritten steigerte. Vakuumgasöl ist das Kopfprodukt der Erdöl - Vakuumdestillation und dient als Standard - Einsatzstoff der Großanlage.

Wie die Ergebnisse der ersten Versuchsserie zeigten, eignet sich Palmöl ganz hervorragend zur Beschickung der FCC - Anlage. Der Konversionsgrad vermindert sich mit steigendem Pflanzenölanteil aufgrund der Bildung von Wasser und Kohlendioxid zu Lasten des Produktgases. Dieses Reaktionsverhalten ist auf die Sauerstoffatome im Triglycerid der pflanzlichen Öle zurückzuführen, und wurde bereits von Schönberger [6] und González Osende [5] beobachtet. Der Benzinanteil bleibt unverändert hoch und die Fraktion von LCO+Rückstand verringert sich leicht bei konstantem Koksanteil. Das bedeutet dass die Umwandlung des Palmöles effizienter von Statten geht als jene von Vakuumgasöl.

Die Zusammensetzung des Crackgases weist zudem höhere Ethylen- und Propylenkonzentrationen auf. Diesen olefinischen Komponenten wird wegen ihrer Bedeutung als Rohstoff für die Kunststoffherstellung besonderes Augenmerk geschenkt.

Sojaöl verhält sich ähnlich zufriedenstellend wie Palmöl, liefert jedoch etwas geringere Konversionsgrade, vor allem aufgrund der verstärkten Bildung von längerkettigen Produkten (LCO+Rückstand). Die Crackgasqualität ist vergleichbar mit jener aus den Palmölversuchen.

Genaue Analysen des Crackbenzins haben ergeben, dass die Oktanzahlen mit steigendem Pflanzenölanteil im Feed auf gewohnt hohem Niveau bleiben, für die ROZ ergibt sich sogar ein leichter Aufwärtstrend.

Untersuchungen der Benzinzusammensetzung weisen einen hohen Aromatenanteil aus, welcher erwartungsgemäß über der gesetzlichen Grenzkonzentration für Ottokraftstoffe liegt. Durch Mischen des Crackbenzins mit Benzinen anderen Ursprungs reduziert sich die Aromatenkonzentration auf den gewünschten Wert.

Kritisch zu Bewerten sind erhöhte Benzolgehalte in der Leichtbenzinfraktion - es existieren jedoch industriell bewährte Methoden wie die Benzolextraktion zur Senkung dieses toxischen Aromats unter den vorgeschriebenen Grenzwert.

Zusammenfassend kann postuliert werden, dass sich unter gegebenen Reaktionsbedingungen Palmöl am Besten für das katalytische Cracken eignet, gefolgt von Rapsöl und Sojaöl.

Zusammenfassung (Englisch)

The FCC process (Fluid Catalytic Cracking) is a method used in refineries to convert heavy hydrocarbons to shorter-chained products as gasoline and crackgas. The Institute of Chemical Engineering at Vienna University of Technology developed a pilot-scale FCC unit with internal circulating fluidized bed design, which works continuously at the same operating conditions like the OMV FCC plant (refinery Schwechat). As in previous works imposingly showed, the operation with pure rapeseed oil as feed is possible without any problems.

In the cause of this work experiments with palm oil and soy bean oil as feed should be realized, to study the performance as well as the product quality. Therefore two series of tests have been planned whereas the percentage of vegetable oil in vacuum gasoil raised in steps of 20 %.

Vacuum gasoil is the overhead product from the crude oil vacuum destillation and is the most common input for FCC units.

As the results of the first test series showed, palm oil is outstanding qualified for feeding the FCC unit. The overall conversion is lowered with increased percentages of vegetable oil because of the formation of water and carbon dioxide to the account of the gas yield. This reaction behaviour is attributed to the oxygen atoms from the carboxylic group of the fatty acid, and was already observed by Schönberger [6] and González Osende [5].

The gasoline yield remains unchanged on a high level and the fraction of LCO + residue is a bit reduced at a stationary amount of coke. This means that the conversion of palm oil works more efficient than those of vacuum gasoil. Moreover the composition of the crackgas shows higher ethylene- and propylene- percentages. These olefinic components are of special interest because of there importance as raw material for the production of plastics.

Soy bean oil behaves similar satisfying like palm oil, but provides a bit lower conversion rates - primarily based on an enhanced formation of longer-chained products (LCO + residues). The crackgas quality is comparable with those from the palm oil experiment.

Precise analyses of the gasoline have shown that the octane numbers remain with increased amounts of vegetable oil on a usual high level, for the RON even appears a light trend upwards.

Researches of the gasoline composition displays a high fraction of arenes which lies - as expected - above the legal limit. By blending the FCC-gasoline with other petrols, the aromatic hydrocarbons will be reduced to a desired value.

Heightened benzene percentages has to be evaluated critically - nevertheless approved industrial methods are existing to lower these toxic arenes according to the limits.

Summarizing one can postulate that palm oil is most qualified for catalytic cracking in FCC units as it is, followed by rapeseed oil and soy bean oil.