|
Der ottomotorische Prozess zeichnet sich dadurch aus, dass das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch zu einem festgelegten Zeitpunkt durch die Zündung entflammt wird. Das Gemisch darf sich vor der durch die Zündkerze eingeleiteten Verbrennung nicht von selbst entzünden. Diese Eigenschaft der hohen Stabilität gegen Selbstentzündung wird als Klopffestigkeit bezeichnet. Das heißt, je klopffester ein Kraftstoff ist, desto geringer ist seine Zündwilligkeit.
Man unterscheidet zwischen der ROZ (Research-Oktan-Zahl) und MOZ(Motor-Oktan-Zahl).
Die ROZ wird bei einer Motordrehzahl von 600U/min und ohne Gemischvorwärmung bestimmt. Die MOZ wird bei erhöhter Drehzahl von 900U/min und einer Gemischvorwärmung auf rund 150°C ermittelt. Diese verschärften Bedingungen, wie höhere Drehzahl und Temperatur, begünstigen das Klopfen im Motor. Die MOZ von handelsüblichen
Kraftstoffen ist aus diesem Grund auch geringer als die ROZ. Die Oktanzahl des geprüften Kraftstoffes ergibt sich aus dem Vergleich mit einem Kraftstoff der gleichen Klopffestigkeit, der aus Isooktan (OZ = 100) und dem klopffreudigen n-Heptan (OZ = 0) hergestellt wird. Neben diesen zwei in den Normen festgelegten Oktanzahl gibt es noch die SOZ (Straßen-Oktan-Zahl) und die FOZ(Front-Oktan-Zahl). Bei der Straßenoktanzahl wird das Klopfverhalten eines Motors im Fahrzeug unter realen Bedingungen auf der Straße untersucht. Der Vergleich der Straßenoktanzahl mit den Oktanzahlen aus dem Prüfmotor zeigt, dass die ROZ das Klopfverhalten unter Beschleunigungsbedingungen und die MOZ das Klopfverhalten unter Hochlastbedingungen charakterisiert. Bei der Prüfung der FOZ wird der Kraftstoff destilliert und mit den bis 100°C überdestillierten Anteilen wird die ROZ bestimmt.
FOZ gibt einen Anhaltspunkt über das Klopfverhalten beim Beschleunigen (Beschleunigungsklingeln), die Klopffestigkeit der leichtflüchtigen Anteile wird dabei untersucht
MTBE: (Methyl-tertiär-Butyl Ether)
MTBE ist ein Vergaserkraftstoffzusatz, der die Klopffestigkeit bei der Verbrennung verbessert und dessen Einsatz zu geringeren Kohlenmonoxid-Emissionen führt. Seit Mitte der 80iger Jahre wird MTBE als Ersatzstoff für aromatische Kohlenwasserstoffe (besonders für das krebserregende Benzol) verwendet und zu diesem Zweck bereits mit ½ Million Tonnen pro Jahr eingesetzt
Erdölveredelung:
Die Produktverteilung der Erdöldestillate entspricht nicht der Nachfrage der Verbraucher. So entsteht ein erheblicher Überschuss an hochsiedenden Ölen, die Benzinfraktion reicht aber bei weitem nicht aus, den Bedarf an Kraftstoffen zu decken. Auch wichtige Grundstoffe für die chemische Industrie wie Ethen können nicht ausreichend zur Verfügung gestellt werden. Oft haben die einzelnen Fraktionen auch nicht die gewünschte Qualität. Chemische Um=
wandlungen müssen daher helfen, um Angebot und Nachfrage zur Deckung zu bringen. Das bei der Destillation des Rohöls anfallende Primärbenzin weist nur eine Oktanzahl(ROZ) von ca.50 bis 60 auf und ist für eine direkte Verwendung als Vergaserkraftstoff ungeeignet. Zur Anhebung der Oktanzahl wird das Primärbenzin katalytisch entschwefelt, in einer Trennkolonne in Leicht- und Schwerbenzin getrennt und anschließend durch zwei katalytische Umwandlungsprozesse, das Isomerisieren und das Reformieren zu hochwertigen Benzinmischkomponenten veredelt.
Cracken:
Das thermische und das katalytische Spalten großer Kohlenwasserstoffmoleküle in kürzere Bruchstücke nennt man Cracken (engl. to crack = spalten, zerbrechen). Je nachdem, welche Produkte (Benzin-, Dieselölkomponenten, Rohstoffe für die chemische Industrie) erreicht werden wollen, kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz:
Katalytisches Cracken
Die weiteste Verbreitung hat das FCC-Verfahren (Fluid Catalytic Cracking), gefunden.
Staubfeine Aluminiumsilikat-Katalysatoren werden auf 750°C erhitzt und den 350-550°C heißen und entschwefelten Vakuumsilikaten beigemengt, die dadurch sofort verdampfen. Durch die Wärmeenergie und die Wirkung des Katalysators beginnt die Crackreaktion. Das Gemisch aus Kohlenwasserstoffdämpfen und Katalysatoren steigt durch den "Riser", in dem die Crackreaktion beendet wird, in den Reaktor, wo bei 520°C die Reaktionsprodukte wieder vom Katalysator getrennt werden. Diese zunächst gasförmigen Produkte werden in einer Fraktionierkolonne wieder aufgetrennt, und zwar in Crackgase, Benzin, leichtes Crack-Gasöl und Sumpföl, wobei als das bedeutendste Produkt der zu gewinnende Benzinanteil anzusehen ist. Die Energie für den Crack-Prozess liefern das Sumpföl und der Koks, der sich am Katalysator ablagert und im Regenerator, in den der Katalysator aus dem Reaktor kommt, verbrannt wird.
Hydrocracken:
ist ein katalytisches Spaltverfahren in Gegenwart von Wasserstoff bei einem Druck von über 100 bar. Sein Vorteil liegt in der fast ausschließlichen Umwandlung der als Ausgangsstoff verwendeten Vakuumdestillate in Benzin und Diesel. Aufwendig ist der hohe Wasserstoffverbrauch, der eigene Erzeugungsanlagen nötig macht.
Thermisches Cracken:
Bei diesem Verfahren wird kein Katalysator verwendet, daher sind höhere Temperaturen und Drücke erforderlich. Bei dem Verfahren erhält man leichte Benzine und Gasöle sowie Synthesegrundstoffe für die Petrochemie wie Ethen, Propen, Buten und Butadien.
Reformieren:
Die Schwerbenzinfraktion mit einem Siedebereich von ca. 70 bis 180°C und einer Ausgangsoktanzahl (ROZ) von 40 bis 60 wird durch reformieren (=umformen) in verzweigte bzw. ringförmige Kohlenwasserstoffe von hoher Klopffestigkeit umgewandelt (ROZ ca. 100).
Die Umwandlung erfolgt mit Hilfe eines platinhältigen Katalysators. Als Nebenprodukte entstehen Wasserstoff und Flüssiggas. Das entschwefelte Schwerbenzin wird mit Wasserstoff vermischt, verdampft und gelangt, nach weiterer Erhitzung in den Reaktor, in dem die Prozesse ablaufen.
Die ablaufenden Reaktionen lassen sich in folgende Hauptgruppen einteilen:
° Isomerisierung
Aus geradkettigen Alkan-Kohlenwasserstoffe des Leichtbenzins werden verzweigte Alkane mit einer Oktanzahl (ROZ) von etwa 70 in verzweigte Petan- und Hexan- Kohlenwasserstoffe
umgewandelt. Die Isomerisierung bewirkt eine Steigerung der Oktanzahl um ca. 7 bis 10 Einheiten
° Cyclisierung
Aus kettenförmigen Alkanen werden ringförmige Cycloalkane
° Dehydrierung
Aus den Cycloalkanen entstehen Aromate. Dies ist die entscheidende Reaktion zur Anhebung
der Oktanzahl und liefert die Hauptmenge an Wasserstoff.
Petrochemische Zwischen- und Endprodukte:
90% des geförderten Erdöls wird zur Energieerzeugung verbrannt. Nur etwa 10% dienen zur Gewinnung von Grundchemikalien. Als in den frühen 50er Jahren das Interesse an chemischen Produkten zu steigen begann, erfolgte nahezu weltweit die Abkehr von Kohle als Basis zur Herstellung von chemischen Grundstoffen. Der Grund lag darin, dass Verfahrensprozesse, von Erdöl und Erdgas ausgehend, einfacher und dadurch billiger waren.
Im Prinzip sind es sechs Grundstoff - Hauptgruppen, die aus Erdöl und Erdgas gewonnen werden und dann in der petrochemischen Industrie zur Weiterverarbeitung Verwendung finden:
1. Ungesättigte Kohlenwasserstoffe, z.B. Ethen, Propen, Buten
2. Gesättigte Kohlenwasserstoffe, z.B. Methan, Ethan, Propan, Butan
3. Aromate, z.B. Benzol, Toluol
4. Hochmolekulare Kohlenwasserstoffe, z.B. Paraffinöle und Paraffinwachse
5. Reiner Kohlenstoff als Ruß
6. Schwefel
Erdgas
dient als Ausgangsprodukt zur Herstellung von Synthesegas, aus dem in verschiedenen Verfahren Wasserstoff hergestellt wird. Durch eine Umsetzung von Wasserstoff mit Stickstoff wird bei hohem Druck und hoher Temperatur Ammoniak erzeugt (Haber-Bosch-Verfahren).
Die Oxidation von Ammoniak führt zur Salpetersäure und weiter zu Düngemitteln, wie Kalkammonsalpeter. Das Gas kann auch zu Methanol und weiter zu Formaldehyd umgewandelt werden, aus dem Kunststoff-Pressmassen herstellbar sind. Der bei der Erdölverarbeitung und Entschwefelung von Erdgas anfallende Schwefel wird zur Erzeugung von Schwefelsäure und weiter zur Herstellung von anorganischen Chemikalien und Autoreifen verwendet. Das Nebenprodukt Schwefel kann auch zur Erzeugung von Baustoffen verwendet werden.
Erdöl
Veredeltes Erdöl lässt sich durch Pyrolyse (Zersetzung von Stoffen durch Hitze) in Ethen
und Propen weiterverarbeiten. Als Einsatzstoffe werden dafür entweder Flüssiggas oder Rohbenzin verwendet. Unter Druck entsteht aus Ethen Polyethen (Polymerisation) als Ausgangsstoff für thermoplastische Massenkunststoffe, Folien und Formteilen (z.B. Spritzguss). Aus Propen entsteht Polypropen, ebenfalls ein Thermoplast.
|
