Aardolie raffinage en industrie
• spm1520
• wat is ‘energie’; vormen van energie;
• wet van behoud van energie; energiebalans; Zumdahl, hfst. 6
• energie-eenheden
• bronnen en voorraden
• gebruik van energie
• energie-conversiesystemen;
• spm1530
• Aardolieraffinage
• (Grootschalige Proces Industrie)
• Stof:
• Collegemateriaal & Raffinageweb – via blackboard
• Zumdahl hfst. 22
Energiegebruik in Nederland
• Proces-industrie (Chemical Process Industry - CPI) = grootste eindgebruiker (NL); +/- 37%
• 37% of total; = 3200 [PJ] * .37 = 1184 [PJ] = 1184 [PJ] / 42 [GJ/ton] = 28 MiljoenTOE;
• Energierekening:
1000 [kg/TOE]
28 * 1.000.000 [TOE] --- * 90 [$/vat]
0.85 [kg/l] *159 [l/vat]
= 0.2 Miljard [vat] * 90 [$/vat] = 18 Miljard [$] * 0.75 [€/$] = +/- 13.5 miljard Euro
• Elke $/vat prijsstijging kost de Nederlandse procesindustrie zo’n 150 Miljoen Euro.
• Dat is een probleem
• als dit niet kan worden doorberekend in de afzetprijzen
• er concurrenten zijn die geen last hebben van dit soort prijsstijgingen
• (prijzen van 60 [$/vat] gehaald, scheelt dus 3 miljard euro!)
• Grootschalige procesindustrie =
• raffinage
• petrochemie
• kunstmest
• basismetaal
• bulk-plastics
Waarom energie-conversie?
• Waarvoor gebruiken we “energie”
• “warme voeten”
• “verplaatsen van A naar B”
• “verlichting; electrische tandenborstel ...comfort”
• “industriële produktie”
• “schoonmaken”
• In welke vorm is “energie” beschikbaar
• aardolie, aardgas, steenkool, uranium, zonlicht...
• ….. Ergo: transformatie nodig!
Food Textile Paper Fertilizer Oth. chemical Building material Basic metal Oth. metal Oth. industry
Transport Homes Cokes factories
Refineries
Power plants Winning
Import
Export The Netherlands
Import
Export
The Dutch Industrial Economy
Winningsbedrijven Energie-bedrijven Eindgebruikers
Food Textile Paper Fertilizer Oth. chemical Building material Basic metal Oth. metal
Oth. industry
Transport Homes Cokes factories
Refineries
Power plants Winning
Import
Export The Netherlands
Import
Export
Energie -gebruiks
functies Energie-vormen
of
energie-dragers Energiebronnen
of voorraden
aardolie
steenkool
aardgas
electriciteit
warmte Tlaag
kracht voort-
stuwing warmte
Thoog aardolie-
produkten
aandrijving
voort- stuwing aandrijving
verlichting
ruimte- verwarming warmte
Tmidden
proces- warmte
1 5
4 3
2 6
7
8
9
10
Conventioneel
Energiesysteem
Conventioneel
Energiesysteem
• Technisch processen of sub-systemen
1) conversie/scheiding, olieraffinaderij 2) verbranding, E-centrale
3) verbranding, Industrieel fornuis 4) verbranding, CV-ketel vuurhaard 5) omzetting warmte naar kracht
6) kracht naar elektrische stroom, generator 7) kracht naar aandrijving, machines
8) kracht naar voortstuwing, schip, auto, vliegtuig 9) warmteoverdracht, industrieel warmtenet
10) warmteoverdracht, CV-installatie
Conventioneel energiesysteem
Aardolie
- het Systeem
zie voor uitgebreide beschrijving
Raffinageweb - spm1530!
• Systeem: Winning, Transport, Raffinage, Distributie, Vervoer
Winning
Bewerking
Transport & Handel
Olieveld
Binnenlandse Gebruikers
Olieveld Olieveld
Winning
Bewerking
Winning
Bewerking
Aardgas-Infra
Transport
'Associated Gas'
Export
Raffinage Raffinage Raffinage Raffinage
Aardolieprodukten
Aardolie
• Elk aardolie ‘veld’ cq. bron levert een unieke kwaliteit aardolie
• Afhankelijk van condities ter plaatse en leeftijd sterk variërende fysische en chemische
materiaaleigenschappen
• van vloeibaar tot zeer visceus, bijna vast
• van alkaanrijk (parrafinic) tot aromaatrijk (naftenic)
• van zwavelarm tot zwavelrijk
• Komt o.m. tot uitdrukking in de kookpuntscurve
• American Petroleum Index (API)
• Zwaardere crudes hebben een lagere API
Aardolie – een fossiele grondstof
Waarom aardolie-raffinage?
• Primaire doel:
• Ruwe-olie scheiden in kookpuntsfrakties (‘cuts’)
• Kookpuntscurve:
• massa fractie gedestilleerd
• tegen de
kooktemperatuur
Aardolie Raffinage
• Capaciteit (Wereld): 3600 [MTA]
• Benuttingsgraad: +/- 85 %
• Energie Efficiency: 85-95 % (Nederland, 1993: 93.1 %)
www.shell.com
www.portofrotterdam.com
Ruwe Olie - Europa
Bron: Meijknecht et. al. 2012
Aardolieraffinage: hoe?
Systeemdiagram
• scheiding
• conversie
• reiniging + conversie (milieu)
• eindconversie (kwaliteit)
• menging (producten)
Light Gases
Naphtha
Kerosene
Gasoil
Heavy Gasoil
Residue
Distiller
Crude
Aardolieraffinage
- Scheiding: d.m.v. destillatie
Scheiding in “Crude Distiller”?
• Voeding: ruwe olie
• Verhitten: voeding in industrieel fornuis
• Internals: “schotels” met gaatjes
• Condensatie: condensors per produkt
• Druk: atmosferisch
• In feit is de crude distiller een stapeling van meerder
destillatiekolommen.
Light Gases
CC-Naphtha
CC-Kerosene
CC-Gasoil
CC-Heavy Gasoil
CC-Residue
Distiller
CC-Product CatCracker
Short Residue
Conversie
• Reactor voor conversie (omzettting)
• Gevolgd door scheiding in
kookpuntsfracties
Conversie – drie hoofdtypen
• Thermische omzettting
• Aanleggen van hoge T, energietoevoer
• Thermische kraker, visbreaker, FlexiCoker
• Katalytische omzetting
• CatCracker
• Idem, in aanwezigheid van waterstof (H
2)
• Hydrocracker
• Hycon
Thermische conversie processen
• “Severity” = intensiteit reactiecondities
• druk, temperatuur
• “Heaviness feedstock” = zwaarte van de voeding
• gemiddeld molgewicht componenten
• kookpuntsfractie (zwaarder
hogere kookpunten)
Conversie Processen
die gebruikmaken van waterstof - H
2• “Severity” = intensiteit reactiecondities
• druk, temperatuur
• “Heaviness feedstock” = zwaarte van de voeding
• gemiddeld molgewicht componenten
• kookpuntsfractie (zwaarder
hogere kookpunten)
Conversie + reiniging
• Katalytische processen
• Toevoer van waterstof
• Ontsluiten van m.n. zwavel (S) en conversie tot H2S
• Hydrotreating (HDT)
• Hydrodesulphurisation (HDS)
• De H2S wordt in het zgn. Claus proces omgezet tot vast Zwavel (S)
Eindconversie
• Conversie om de producten de gewenste kwaliteit te geven – bijv.
Benzine: RON (Research Octane Number)
• Reforming (Platformer)
• In aanwezigheid van Pt katalysator aromatiseren, onder produktie van waterstof (H2)
• Alkylering
• Kleine alkanen verbinden met grotere alkanen
• Bijv. H3C-CH2-CH2-CH3 + CH3-CH=CH2 3-methyl-hexaan
• Isomerisatie
• Lineaire alkanen omzetten in vertakte
Menging
• “Blending
• Letterlijk: mengen van tussenprodukten uit de raffinaderij tot af te leveren eindprodukten
• Belanrijkste blenders
• Benzine
• Diesel
• Doel: behalen van de kwaliteitsspecificatie met optimale mix van tussenprodukten uit de raffinaderij
Aardolieraffinage: hoe?
Systeemdiagram
• scheiding
• conversie
• reiniging + conversie (milieu)
• eindconversie (kwaliteit)
• menging (producten)
• Zeer veel configuraties mogelijk!!
Hydroskimming refinery
• Eenvoudige raffinaderij
• Meestal wel een eenvoudig thermische kraker
Integrated refinery
to (semi-) complex refinery
• Integrated:
• + Vacuum distillatie
• + Katalytische kraker
• + Isomerisatie/alkylatie
• Semi-Complex
• + Hydrocracker
• Complex
• + Long Residue Catcracker
• + Hycon or Flexicoker
Olieraffinage in Europa
Bron: Meijknecht et. al. 2012
Olieraffinage in Europa
Bron: Meijknecht et. al. 2012
Olieraffinage Ontwikkeling
Bron: Meijknecht et. al. 2012
Olie - waardeketen
Bron: Meijknecht et. al. 2012
