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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 oder Buthen können nicht ausreichend zur Verfügung gestellt werden. Oft haben die einzelnen Fraktionen auch nicht die gewünscht Qualität. Chemische Umwandlungen 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.
9. 1. 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 Vakuumdestillaten 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 (Pyrolyse)
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 Äthylen, Propylen, Butylen und Butadien.
9. 2. 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:
· Isomerisierungen
Aus geradkettigen Alkan - Kohlenwasserstoffe des Leichtbenzins werden verzweigte Alkane mit einer Oktanzahl (ROZ) von etwa 70 in verzweigte Pentan- und Hexan- Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Die Isomerisierung bewirkt eine Steigerung der Oktanzahl um ca. 7 bis 10 Einheiten.
· Cyclisierungen
Aus kettenförmigen Alkanen werden ringförmige Cycloalkane
· Dehydrierungen
Aus den Cycloalkanen entstehen Aromaten. Dies ist die entscheidende Reaktion zur Anhebung der Oktanzahl und liefert die Hauptmenge an Wasserstoff.
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