Koolajipari technol

1
Koolajipari technológiák
2

• A koolaj általános jellemzoi
• Világossárgától a kékesfeketéig terjedo színu,
  viszkózus folyadék
• A víznél kisebb suruségu 700-1000 kg/m3
• Különbözo szénhidrogének keveréke (telített
  nyíltláncú, telített gyurus, telítetlen
  nyíltláncú)
• S, O és N tartalmú vegyületeket is tartalmaz

3
Felfedezése, elterjedése

• - Régóta ismert anyag, felszíni kiszivárgások
  formájában mindig jelen volt.
• Már az ókori egyiptomiak is használták hajóik
  vízhatlanná tételére.
• 1556-ban Georgius Agricola német mineralógus
  leírja, hogyan lehet a koolajat a szivárgási
  helyen lefölözni, hevítéssel besuríteni és belole
  hajók tömítéséhez való anyagot eloállítani.
• 1650 körül eloször desztillálják a koolajat és
  kocsikenocsöt, festék-kötoanyagokat és
  lámpaolajat állítanak elo belole.

4

• - Energiahordozóvá csak 1857 után vált, miután
  Pennsylvániában és Romániában megindult iparszeru
  kitermelése.
• - Mint energiahordozó, eloször nem bírt
  jelentoséggel, kezdetben csak világítási célokra
  használták
• - 1900 után a belsoégésu motorok elterjedésével
  vált nélkülözhetetlen alapanyaggá

5
Oil Creek, Titusville, Pennsylvánia1859.
augusztus 8.
Edwin Laurentine Drake ezredes elvégzi az elso
olajfúrást. A fúrás mélysége 22 m. Fúrótornya 20
m magas, faborítású. Egy gozgép dolgozik benne,
amely a közepén forgatható módon elhelyezkedo
gerendát mozgat. A gerenda egyik végére
fúrórudazat van felszerelve, amelynek alján a
fúrószerszám fel- és leirányuló mozgással fúrja
be magát a talajba
6
Drake faborítású fúrótornya
7
A koolaj elonyei a többi energiahordozóval szemben

• Nagyobb futoérték (50-al nagyobb mint a széné)
• Szállítása, tárolása és elosztása egyszerubb
• Egyenletesebb a minosége
• Automatizált gyártási folyamat
• Hátrány Véges koolajkészletek
• (Egyes kutatók szerint 2020-ra a jelenlegi
  koolajtelepek kimerülnek)

8
Az elso koolajvezeték megépítése az amerikai
Samuel van Sycle nevéhez fuzodik. 1865-ben az
egyesült államokbeli Pithole és egy közeli farm
között lefekteti és sikeresen üzemelteti az elso
koolajszállításra tervezett csovezetéket, mivel a
gazdaságos felhasználás egyik alapfeltétele a
veszteségmentes szállítás.
9
Tartálykocsi az 1900-as évek elejérol
10
A koolaj keletkezése Szerves eredetu, 150-400
millió évvel ezelott élt tengeri növények és
állatok elhalt, leülepedett és újabb
talajrétegekkel befedett anyagából levegotol
elzárt bomlással képzodött, nyugodt vizu
tengeröblökben. Az egyes földtani rétegek
elmozdulása miatt a beléjük zárt koolaj és
földgáz is gyakran elmozdul keletkezési helyérol.
(Migráció) Másodlagos keletkezése ott várható,
ahol a vízzáró boltozat megállítja a migrációt,
és a koolaj a vízzáró boltozat alatt gyulik
össze. (olajcsapda) Elofordulása földrajzilag
meglehetosen koncentrált.
11
Olajcsapda
12
Koolajtermelo térségek

• Észak- és Közép-Amerika (Mexikó, Texas,Kanada és
  Alaszka)
• Dél-Amerika (Karib-tenger térsége, Venezuela)
• Afrika (Szahara, Algéria, Tunézia, Gabon)
• Az Északi-tenger öblei (Norvégia)
• Közel- és Közép-kelet (Szaúd-Arábia,Kuvait, Irak,
  Irán Omán, Bahrein)
• Távol-kelet ( Szumátra, Borneó)
• Közép-Ázsia (Oroszország, Azerbajdzsán,)

13
A koolaj kitermelése

• Felderítés
• Fúrás
• Kitermelés
• Stabilizálás

14
Felderítés

• A természetes olajmezo kialakulásához három dolog
  szükséges
• Üledékes kozet, melybol az olaj képzodik
• Porózus kozet amely tárolja
• Fedoréteg amely fogvatartja
• A felderítés során olyan helyeket keresnek, ahol
  ez a három típusú kozet egyszerre van jelen. A
  keresést mágneses illetve gravitációs
  terepfelméréssel végzik.

15
Mágneses terepfelmérés
Ennek során repülogépen elhelyezett
magnetométerek segítségével pásztázzák a
területet. A mágnesesség változásait leolvasva,
feltérképezheto a föld szerkezete Gravitációs
felmérés Az eljárás a felszín alatti kozetek
suruségének a mérésén alapszik. A gravitométer a
föld gravitációs mezojében századmilliomodnyi
változást is képes kimutatni. A begyujtött
adatokat számítógépekkel elemzik és értelmezik.
16
Ígéretes eredmények esetén további szeizmikus
vizsgálatokat végeznek, melynek során felszíni
robbantásokkal lökéshullámokat idéznek elo a
földben. Ha a hullámok két különbözo kozet
határára érkeznek, visszaverodnek és újra a
felszínre jutnak. Ezeket mikrofonokkal és
regisztráló berendezésekkel felfogják. A
kozetrétegek helyzete kiszámítható abból az
idobol, amely alatt a hullámok visszaérkeznek a
felszínre. Ezekbol az adatokból megrajzolják a
terület részletes keresztmetszetét.
17
A koolaj kitermeléseRotary-fúrórendszeres fúrás
18
Rotary fúrófej
19

Fúrási folyamat Az olajkutakat speciális
fúrófejjel fúrják, amely körbe forogva
szilánkokká aprítja a kozetet. A fúrófej anyaga
acél vagy gyémánt. A fúrás elorehaladtával a
rudazatot folyamatosan toldják egy 9 m-es
darabbal. A fúrólyukat béléscsövezik annak
érdekében, hogy ne doljön be. A fúrás közben
keletkezo törmeléket bentonit tartalmú iszap
cirkuláltatásával hozzák felszínre. A fúrófejeket
a terep keménységének a függvényében cserélik. Ez
történhet óránként esetleg naponként. A csere
akár 10 órán át is eltarthat, ez az ido függ a
rudazat hosszától. A fúrási sebesség függ a kozet
keménységétol, kemény kozetnél 300 mm/h, homokos
kozetnél 60 m/h. A fúrólyuk teljes béléscsövezése
után a csöveket átlövik, hogy a koolaj a
nyílásokon keresztül a felszínre áramolhasson. A
fúrásokat függolegesen végzik, ahol erre nincs
mód, ott ún. terelt fúrásokat végeznek.(
település, kemény földtani réteg jelenléte.
20
Terelt fúrások
21
Kitermelés

• Felszálló, másnéven szabadonfolyó kitermelés
• Segédgázas kitermelés
• Mélyszivattyúzásos kitermelés

22
A telepben a koolaj a földgáz és a víz nyomása
alatt áll. Ez adja azt az energiát ami az olajat
a kút talpához hajtja és a felszínre emeli.
Boséges rétegenergia esetén az olaj és a
földgázkeverék magától szökik a felszínre. Ez az
idoszak meghosszabbítható a kitermelt földgáz
telepbe történo visszanyomásával, vagy az
olajtest alá több vizet nyomnak a felszínrol,
mint a kitermelt olaj mennyisége. Ennek ellenére
a rétegenergia folyamatosan csökken. Ekkor gázt
adagolnak az olajoszlopba, hogy a rendelkezésre
álló rétegnyomás a folyadékoszlopot képes legyen
ismét a felszínre hozni. Ha ez sem segít, az
olajat bonyolult és költséges mélyszivattyúzással
hozzák a felszínre. Ezekkel a módszerekkel a
telepben tárolódó olajnak mintegy 40-a
termelheto ki, a többi a telepben marad.
23
Fúrótorony az Északi- tengeren
24
A koolaj stabilizálása

• Mivel a kútfolyadék igen sok szennyezodést
  tartalmaz, azokat a feldolgozás elott el kell
  távolítani. Ezek a szennyezodések többnyire
  vízben oldott ásványi sók, mechanikai
  szennyezodések, kíséro gáz.
• A stabilizálási eljárás elso állomása a
  szeparátor.
• Itt kerül leválasztásra a kútfolyadékban
  jelenlévo földgáz és a mechanikai szennyezodések.
• Második állomás a koolaj- és földgáz elokészíto
  üzem. Itt vonják ki a maradék földgázt és a
  könnyu benzinrészeket.

25
Az eljárás során a koolajat felmelegítik 120-150
celsius fokosra és az ún. stabilizáló toronyba
vezetik. A toronyban 0.6-0.8MPa nyomáson a
koolajból kiválnak a könnyu benzinrészek és a
gázok és a torony csúcsán távozva a kondenzátorba
lépnek. A kondenzátorban a benzinrészek
cseppfolyósodnak, a gáz pedig felül távozik. A
cseppfolyósodott termék a gázbenzin, vagy
gazolin, melyet a késobbiekben a benzinhez
kevernek oktánszám-növelés céljából. A víz
emulzió formájában van jelen a koolajban. Ezt
elektromos emulzióbontással távolítják el. Az
eljárás során az emulziót magas feszültségu
elektromos téren vezetik keresztül, melynek
hatására a mikroszkópikus méretu vízcseppek
egyesülnek és kiülepednek az olajban. A vízben
lévo sók (CaCl, NaCl) a stabilizációs eljárás
magas homérsékletén a keletkezo vízgozzel sósavat
alkotnak és eltávolításra kerülnek.
26
A koolaj lepárlása

• A koolaj feldolgozásának következo lépése a
  desztilláció vagy lepárlás.
• A desztilláció lényege, hogy valamilyen
  cseppfolyós anyagot felmelegítünk annyira, hogy
  gáz halmazállapotú legyen, majd a gozöket
  elvezetve, hutéssel újra cseppfolyósítjuk.

27
Mivel a desztilláció során az anyag szerkezetében
kémiai változás nem következik be, csupán
halmazállapot-változás, megállapítható, hogy a
desztilláció fizikai folyamat. A víz
desztillálása során, azt melegítve akkor kezd el
forrni, mikor a folyadékfázisból eltávozó gozök
nyomása eléri a külso légtér nyomását. Ez 1 bar
légköri nyomáson 100 fokon következik be. A
folyadékfázis homérséklete mindaddig 100 fok
marad, amíg teljes egészében goz halmazállapotba
kerül.
28
A koolaj desztillációja során több eltérést
figyelhetünk meg. Az elso, hogy a huto végén
lényegesen elobb jelenik meg az elso
párlatcsepp. A második, hogy a homérséklet nem
állandó, hanem folyamatosan emelkedik. Ez amiatt
van, hogy mivel a koolaj több kémiai vegyület
keveréke, így a forráspontjuk, molekulatömegük,
suruségük is különbözo. Az illékonyabb részek
elobb hagyják el a folyadékfázist. Éppen
illékonyságuk alapján csoportosíthatjuk az egyes
koolajpárlatokat.
29
A koolaj atmoszférikus desztillációja

• A koolaj desztillációja során folyamatos
  homérséklet-emelkedés közben a huto végén
  kezdetben a benzin, majd a petróleum végül pedig
  a gázolaj csapódik le. Ha ezeket a párlatokat
  külön gyujtjük össze, akkor ún. frakciókat
  kapunk. A desztillációnak ezt a módját pedig
  szakaszos, vagy frakcionált desztillációnak
  hívjuk.

30
A frakcionált desztilláció önmagában még nem
biztosítja a párlatok éles szétválasztását. Azok
szukítését, töményítését csak ismételt
frakcionált desztillációval oldhatnánk meg, ami
nem gazdaságos. A koolaj melegítése során
hoenergiát fektettünk be, hogy a koolaj
cseppfolyós halmazállapotból gozhalmazállapotba
kerüljön. Ez a ho némi veszteségtol eltekintve
visszanyerheto akkor, amikor a gozök ismét
cseppfolyósodnak (kondenzációs ho). Az így
felszabaduló ho újabb cseppfolyós
szénhidrogén-molekulák elgozölögtetésére lehet
alkalmas. Ebben az energiacserében igen jelentos
szerepet kap a deflegmáció és a rektifikáció elve.
31
A deflegmáció lényege, hogy a fölfelé haladó
gozelegy a berendezés hidegebb falán részben
cseppfolyósodik, a visszafolyó elegy mindig a
magasabb forráspontú komponensekben dúsabb, míg a
továbbhaladó gozök az alacsonyabb
forráspontúakban dúsulnak. A hideg felületek
növelésével az egyes frakciók szétválasztása
élesebbé teheto. A rektifikáció még élesebb
szétválasztást eredményez. Lényege, hogy a
fölfelé haladó gozök folyadékzáron kénytelenek
átbuborékolni. A gozökbol a magasabb
forráspontúak kondenzálódnak a folyadékba, a
felszabaduló kondenzációs ho pedig a
folyadékzárból elpárologtatja a könnyebben illó,
alacsonyabb forráspontú részeket. A továbbhaladó
gozök feldúsulnak az alacsonyabb forráspontú
komponensekben, míg a folyadékzár a magasabb
forráspontú komponensekben.
32
Atmoszférikus desztilláció
33
A koolajat a csokemencében a desztillációs
homérsékletig melegítik (350-380 fok). A koolaj
illékonyabb részei már jóval a véghomérséklet
elérése elott felveszik a gozfázisba jutáshoz
szükséges hoenergiát,azonban nem juthatnak a
desztillációs toronyba mindaddig, amíg az egész
anyag el nem éri a kívánt homérsékletet és
gozhalmazállapotba nem kerül. Innen a
goz-folyadék elegy a torony alsó harmadában
elhelyezkedo evaporációs berendezésbe kerül. Itt
szétválik a folyadék és a gozfázis. A
folyadékfázis, a pakura a torony fenekére folyik,
ahonnan hocserélokön keresztül a
vákuumdesztillációs üzembe kerül. A gozfázis-
benzin, petróleum, gázolaj elegye felfelé haladva
a toronyban elhelyezett hideg tányérokon
kondenzálódik. Ezeken a tányérokon játszódik le a
deflegmáció és a rektifikáció, emiatt ezeket
deflegmációs tányéroknak hívják.
34
A tányérokon összegyult folyadék a torony
oldalfalán megfelelo magasságban elhelyezett
megcsapoló vezetékeken keresztül hocserélokön és
hutokön keresztül gyujtotartályokba kerül. A
torony tetejére csak a benzingozök jutnak el.
Innen a benzin még mindig goz halmazállapotban a
páravezetéken keresztül távozik, és a
hutorendszerben cseppfolyósodva a refluxtartályba
folyik. A torony legfelso tányérjára az alacsony
homérséklet biztosítására a lecsapódott benzin
egy részét visszavezetik. Ez a folyamat a
reflux. A torony 10 m magas és kb. 1 m átméroju.
A toronyban egymástól kb. 50 cm távolságra
helyezkednek el a deflegmációs tányérok. Az
atm.desztilláció fenéktermékét nem lehet
atmoszférikus nyomáson desztillálni, mert a
termék forráspontján hobomlás, krakkolódás
következne be. Mivel a forráspont alacsonyabb
nyomáson csökken, a pakura desztillálását
vákuumban végzik.
35
A pakura vákuumdesztillációja
A pakurát csokemencében 400 fokra hevítik, majd a
vákuumtorony elgozölögteto berendezésébe kerül. A
toronyban egyáltalán le nem csapódott gozöket,
(többnyire vízgoz) a barometrikus kondenzátorba
vezetik, ahol a goz nagy felületen érintkezik
hideg vízpermettel és kondenzálódik. Ezáltal
térfogatcsökkenés és légritkulás következik be.
Elsosorban ez biztosítja toronyban a vákuumot. A
nem kondenzált gázokat az ún. vákuumszivattyú
vezeti el. A vákuumdesztilláció berendezései
megegyeznek az atmoszférikus desztilláció
berendezéseivel, de a torony átméroje nagyobb.
Kevesebb deflegmációs tányért alkalmaznak, mivel
alacsonyabb nyomáson élesebb a szétválasztás.
Emiatt a torony magassága is kisebb.A
vákuumdesztilláció fejterméke a vákuumgázolaj,
fenékterméke a nyersbitumen, másnéven gudron.
36
Vákuumdesztilláció
37
A lepárlási termékek átalakításának folyamatai

• Benzinreformálás
• Katalitikus krakkolás
• Hidrogén-fluoridos alkilálás

38
Miért van szükség átalakításra?

• A szabványokban meghatározott szigorú minoségi
  követelmények biztosításához
• Mert a hajtóanyagok a koolajfeldolgozás kisebb
  hányadát alkotják és a közlekedés egyre több
  hajtóanyagot igényel
• Mert a termékek minoségét elsosorban
  szénhidrogén-összetételük határozza meg.
• A benzinhozam növelése miatt.

39
Benzinreformálás

• Célja Az atmoszférikus desztilláció során
  eloállított alapbenzin oktánszámának
  növelése,valamint aromás szénhidrogének
  eloállítása
• Reformálás során katalizátor jelenlétében az
  alacsony oktánszámú normálláncú paraffinokból
  ciklizálódás, izomerizálódás, aromatizálódás
  útján magas oktánszámú cikloalkánok, izomer
  paraffinok illetve aromás szénhidrogének
  képzodnek. Az aromástartalom visszaszorítása
  érdekében a keletkezo reformált benzint
  hidrogénezik.

40
A reformálás során lejátszódó folyamatok
Ciklizálódása normálláncú szénhidrogénekbol
gyurus telített szénhidrogének, vagyis
cikloalkánok, másnéven naftének képzodnek.
41
Izomerizáció a normálláncú paraffinokból elágazó
láncú (izomer) paraffinok képzodnek
42
Aromatizálódás a normálláncú paraffinokból
aromás gyuruk képzodnek, a molekula hidrogént
veszít.
43
Hidrogénezés az aromás vegyületek
hidrogén-felvétellel nafténekké, vagyis
cikloalkánokká alakulnak, telítodnek.
44
A benzin minoségjavítása(benzinreformálás)
Benzin
450-550 0C, katalizátor
BTX-aromások Reformált benzin
H2-gáz
Ciklizálódás Izomerizáció Aromatizálódás Hidrogéne
zés
45
Katalitikus krakkolás
Célja Hajtóanyagok eloállítása a pakura
vákuumdesztillációja során nyert párlatokból. A
katalitikus krakkolás lényege, hogy a
vákuumgázolajból és a könnyu paraffinos olajból
katalizátor jelenlétében, 400-500 fokon, kisebb
szénatomszámú, elágazó láncú szénhidrogének
keletkeznek, amelyek már alkalmasak motorhajtó
anyagként való felhasználásra. A katalitikus
krakkolás foterméke a foleg közepes szénatomszámú
paraffinokat tartalmazó krakkbenzin,ami jó
minoségu (95-98 oktánszámú) motorbenzin. A
folyamat mellékterméke a kis szénatomszámú
olefinekbol álló krakkgáz,ami további
nyersanyagot jelent a további motorbenzin
eloállításához.
46
A benzinhozam növelése I.(katalitikus krakkolás)
Vákuumgázolaj Könnyu paraffinos olaj
Krakkbenzin Krakkgázolaj Krakkgázok
400-500 0C
katalizátor
Krakkolódás Izomerizáció
47
Hidrogén-fluoridos alkilálás
Célja a benzinhozam további növelése, a
katalitikus krakkolás melléktermékébol, a
krakkgázból. Az eljárás lényege, hhogy a krakkgáz
nagy mennyiségben tartalmaz izobutánt, butént és
egyéb kis szénatomszámú olefint. Az
olefinmolekulák eros sav jelenlétében (HF)
protonálódnak, karbokationok képzodnek belolük. A
karbokationok az olefinekkel és az izobutánnal is
reakcióba léphetnek és ionos láncreakció jöhet
létre, melynek során nagyobb szénatomszámú(C7-C10)
izomer paraffinok képzodnek, melyek már jó
minoségu motorhajtó anyagok. A proton pozitív
töltésu atomi részecske. Ha egy
szénhidrogén-molekula valamely szénatomjához
proton kapcsolódik, akkor pozitív töltésu ion,
ún. karbokation képzodik.Ez a folyamat a
protonálódás.
48
A reakció végtermékeként képzodo alkilátbenzin
oktánszáma 96-98, és a reakció igen kedvezo
homérsékleten (38 fok) játszódik le, ami az
eljárás költségeit csökkenti.
49
A benzinhozam növelése II.(Hidrogén-fluoridos
alkilálás)
HF, 38 0C
Krakkgázok (C4-frakció)
Alkilátbenzin
6-10 szénatomszámú izomer szénhidrogének
Bután Izobután Butén Izobutén
50
A koolajfeldolgozás folyamatábrája
51
A motorhajtó benzinek oktánszáma
A motorhajtó benzinek kompresszióturését az
oktánszámmal fejezik ki. Az oktánszám annak az
izooktán-n-heptán keveréknek az izooktán tartalma
térfogat -ban, melynek kompresszióturése
megegyezik a vizsgált benzinével. Az izooktán
kompresszióturése jó, ezért oktánszámát 100-nak
fogadják el. A n-heptán kompresszióturése rossz,
ezért oktánszámát 0-nak tekintik. Jó
komresszióturésu szénhidrogénnek számítanak az
aromások, az izomer paraffinok és az olefinek.
Közepesek a naftének, és igen rosszak a
normálláncú paraffinok.