Gesättigte Moleküle
Fraktionierte Destillation
Das primäre Verfahren zur Trennung der Kohlenwasserstoffkomponenten von Rohöl ist die fraktionierte Destillation. Rohöldestillatoren trennen Rohöl in Fraktionen für die anschließende Verarbeitung in Einheiten wie katalytischen Reformern, Crackeinheiten, Alkylierungseinheiten oder Verkokern. Jede dieser komplexeren Verarbeitungseinheiten enthält wiederum einen fraktionierten Destillationsturm, um ihre eigenen Reaktionsprodukte zu trennen.Moderne Rohöldestillationseinheiten arbeiten kontinuierlich über lange Zeiträume und sind viel größer als die fraktionierten Destillationseinheiten, die in der chemischen oder anderen Industrien eingesetzt werden. Prozessraten werden üblicherweise in amerikanischen Fässern abgegrenzt; Einheiten, die 100.000 Barrel pro Tag verarbeiten können, sind an der Tagesordnung, und die größten Einheiten können mehr als 200.000 Barrel pro Tag laden.
Die Funktionsprinzipien einer modernen Rohöldestillationseinheit sind in der Abbildung dargestellt. Rohöl wird bei Umgebungstemperatur aus Lagertanks entnommen und mit konstanter Geschwindigkeit durch eine Reihe von Wärmetauschern gepumpt, um eine Temperatur von etwa 120 ° C (250 ° F) zu erreichen. Eine kontrollierte Menge Frischwasser wird eingeleitet und das Gemisch in eine Entsalzungstrommel gepumpt, wo es ein elektrisches Feld durchläuft und eine Salzwasserphase abgetrennt wird. (Wenn das Salz in diesem Stadium nicht entfernt würde, würde es sich später auf den Rohren des Ofens ablagern und Verstopfen verursachen.) Das entsalzte Rohöl durchläuft zusätzliche Wärmetauscher und dann durch Stahllegierungsrohre in einem Ofen. Dort wird es auf eine Temperatur zwischen 315 und 400 ° C (600 und 750 ° F) erhitzt, abhängig von der Art des Rohöls und den gewünschten Endprodukten. Eine Mischung aus Dampf und nicht verdampftem Öl gelangt vom Ofen in die Fraktionierkolonne, einen vertikalen zylindrischen Turm von bis zu 45 Metern (150 Fuß) Höhe mit 20 bis 40 Fraktionierböden, die in regelmäßigen Abständen voneinander beabstandet sind. Die gebräuchlichsten Fraktionierböden sind vom Sieb- oder Ventiltyp. Siebböden sind einfache Lochplatten mit kleinen Löchern von etwa 5 bis 6 mm (0,2 bis 0,25 Zoll) Durchmesser. Ventilböden sind ähnlich, außer dass die Perforationen von kleinen Metallscheiben bedeckt sind, die den Durchfluss durch die Perforationen unter bestimmten Prozessbedingungen einschränken.
Die Öldämpfe steigen durch die Kolonne auf und werden in einem wasser- oder luftgekühlten Kondensator oben im Turm zu einer Flüssigkeit kondensiert. Eine kleine Menge Gas bleibt unkondensiert und wird in das Brenngassystem der Raffinerie geleitet. Ein Druckregelventil an der Brenngasleitung hält den Druck der Fraktioniersäule auf dem gewünschten Wert, normalerweise in der Nähe eines Standardatmosphärendrucks, gemessen als ungefähr 1 bar, 100 Kilopascal (kPa) oder 15 Pfund pro Quadratzoll (psi). Ein Teil der kondensierten Flüssigkeit, genannt Rückfluss, wird zurück in den Kopf der Kolonne gepumpt und steigt von Boden zu Boden ab, Kontakt mit aufsteigenden Dämpfen, wenn sie durch die Schlitze in den Böden gelangen. Die Flüssigkeit nimmt zunehmend schwerere Bestandteile aus dem Dampf auf und gibt wiederum leichtere Bestandteile an die Dampfphase ab. Kondensation und Reevaporation findet auf jeder Schale statt. Schließlich wird ein Gleichgewicht erreicht, in dem es eine kontinuierliche Abstufung der Temperatur- und Öleigenschaften in der gesamten Kolonne gibt, mit den leichtesten Bestandteilen auf dem oberen Boden und den schwersten auf dem Boden. Die Verwendung von Rückfluss- und Dampf-Flüssigkeits-Kontaktböden unterscheidet die fraktionierte Destillation von einfachen Destillationskolonnen.
Zwischenprodukte oder „Seitenströme“ werden an mehreren Stellen aus der Kolonne entnommen, wie in der Abbildung gezeigt. Darüber hinaus arbeiten moderne Rohdestillationsanlagen mit Zwischenrücklaufströmen. Seitenströme sind als Zwischenprodukte bekannt, weil sie Eigenschaften zwischen denen des Kopf- oder Kopfprodukts und denen von Produkten aufweisen, die aus dem Boden der Kolonne austreten. Typische Siedebereiche für verschiedene Ströme sind wie folgt: leichtes Straight-Run-Naphtha (über Kopf), 20-95 ° C (70-200 ° F); schweres Naphtha (oberer Seitenstrom), 90-165 ° C (195-330 ° F); rohes Kerosin (zweiter Seitenstrom), 150-245 ° C (300-475 ° F); leichtes Gasöl (dritter Seitenstrom), 215-315 ° C (420-600 ° F).
Nicht verdampftes Öl, das in die Kolonne eintritt, fließt nach unten über einen ähnlichen Satz von Böden im unteren Teil der Kolonne, sogenannte Strippböden, die alle in der Flüssigkeit verbleibenden leichten Bestandteile entfernen. In den Sumpf der Kolonne wird Wasserdampf eingedüst, um den Partialdruck der Kohlenwasserstoffe zu verringern und die Trennung zu unterstützen. Typischerweise wird ein einzelner Seitenstrom aus dem Abtriebsteil abgezogen: schweres Gasöl mit einem Siedebereich von 285-370 ° C (545-700 ° F). Der aus dem Sumpf der Kolonne austretende Rückstand eignet sich zum Einmischen in technische Brennstoffe. Alternativ kann es unter Vakuumbedingungen weiter destilliert werden, um Mengen destillierter Öle zur Herstellung von Schmierölen oder zur Verwendung als Ausgangsmaterial in einem Gasölcrackprozess zu erhalten.
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