Allgemeines Profil

Die Erdölraffination beginnt mit der Destillation oder Fraktionierung von Rohölen in separate Kohlenwasserstoffgruppen. Die resultierenden Produkte stehen in direktem Zusammenhang mit den Eigenschaften des verarbeiteten Rohöls. Die meisten dieser Destillationsprodukte werden weiter in brauchbarere Produkte umgewandelt, indem ihre physikalischen und molekularen Strukturen durch Cracken, Reformieren und andere Umwandlungsprozesse verändert werden. Diese Produkte werden anschließend verschiedenen Behandlungs- und Trennprozessen wie Extraktion, Hydrotreating und Süßung unterzogen, um Endprodukte herzustellen. Während die einfachsten Raffinerien normalerweise auf atmosphärische Destillation und Vakuumdestillation beschränkt sind, umfassen integrierte Raffinerien Fraktionierung, Umwandlung, Behandlung und Mischung mit Schmiermitteln, Schwerbrennstoffen und Asphaltherstellung; Sie können auch die petrochemische Verarbeitung umfassen.

Die erste Raffinerie, die 1861 eröffnet wurde, produzierte Kerosin durch einfache atmosphärische Destillation. Zu seinen Nebenprodukten gehörten Teer und Naphtha. Es wurde bald entdeckt, dass hochwertige Schmieröle durch Destillation von Erdöl unter Vakuum hergestellt werden konnten. Für die nächsten 30 Jahre war Kerosin jedoch das Produkt, das die Verbraucher am meisten wollten. Die beiden wichtigsten Ereignisse, die diese Situation veränderten, waren:

• die Erfindung des elektrischen Lichts, die den Bedarf an Kerosin senkte
• die Erfindung des Verbrennungsmotors, die eine Nachfrage nach Dieselkraftstoff und Benzin (Naphtha) schuf.

 

Mit dem Aufkommen der Massenproduktion und dem Ersten Weltkrieg nahm die Zahl der benzinbetriebenen Fahrzeuge dramatisch zu, und die Nachfrage nach Benzin wuchs entsprechend. Durch atmosphärische und Vakuumdestillationsverfahren konnte jedoch nur eine bestimmte Menge Benzin aus Rohöl gewonnen werden. Das erste thermische Crackverfahren wurde 1913 entwickelt. Beim thermischen Cracken wurden schwere Brennstoffe sowohl Druck als auch intensiver Hitze ausgesetzt, wodurch ihre großen Moleküle physikalisch in kleinere zerlegt wurden, wodurch zusätzliches Benzin und Destillatbrennstoffe erzeugt wurden. Eine ausgeklügelte Form des thermischen Crackens, das Visbreaking, wurde in den späten 1930er Jahren entwickelt, um wünschenswertere und wertvollere Produkte herzustellen.

Als Benzinmotoren mit höherer Verdichtung entwickelt wurden, bestand eine Nachfrage nach Benzin mit höherer Oktanzahl und besseren Antiklopfeigenschaften. Die Einführung von katalytischen Crack- und Polymerisationsverfahren Mitte bis Ende der 1930er Jahre erfüllte diese Nachfrage, indem verbesserte Benzinausbeuten und höhere Oktanzahlen bereitgestellt wurden. Die Alkylierung, ein weiteres katalytisches Verfahren, wurde in den frühen 1940er Jahren entwickelt, um hochoktanigeres Flugbenzin und petrochemische Rohstoffe, die Ausgangsmaterialien für Sprengstoffe und synthetischen Kautschuk, herzustellen. Anschließend wurde die katalytische Isomerisierung entwickelt, um Kohlenwasserstoffe umzuwandeln, um größere Mengen an Alkylierungseinsatzmaterialien herzustellen.

Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden verschiedene Reformierungsverfahren eingeführt, die die Benzinqualität und -ausbeute verbesserten und höherwertige Produkte hervorbrachten. Einige davon beinhalteten die Verwendung von Katalysatoren und/oder Wasserstoff, um Moleküle zu verändern und Schwefel zu entfernen. Verbesserte Katalysatoren und Prozessverfahren wie Hydrocracken und Reformieren wurden in den 1960er Jahren entwickelt, um die Benzinausbeute zu erhöhen und die Antiklopfeigenschaften zu verbessern. Bei diesen katalytischen Prozessen entstehen auch Moleküle mit einer Doppelbindung (Alkene), die die Grundlage der modernen petrochemischen Industrie bilden.

Die Anzahl und Art der verschiedenen Prozesse, die in modernen Raffinerien verwendet werden, hängt hauptsächlich von der Art des Rohrohmaterials und den Anforderungen an das Endprodukt ab. Prozesse werden auch von wirtschaftlichen Faktoren beeinflusst, darunter Rohölkosten, Produktwerte, Verfügbarkeit von Betriebsmitteln und Transport. Die Chronologie der Einführung verschiedener Verfahren ist in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1. Zusammenfassung der Geschichte der Raffinationsverarbeitung

 

Grundlegende Raffinationsprozesse und -operationen

Erdölraffinationsprozesse und -operationen können in die folgenden grundlegenden Bereiche eingeteilt werden: Trennung, Umwandlung, Behandlung, Formulierung und Mischung, Hilfsraffinationsoperationen und Raffinations-Nichtprozessoperationen. Siehe Abbildung 1 für ein vereinfachtes Flussdiagramm.

Abbildung 1. Raffinerie-Prozessdiagramm

Trennen. Rohöl wird physikalisch durch Fraktionierung in atmosphärischen und Vakuumdestillationstürmen in Gruppen von Kohlenwasserstoffmolekülen mit unterschiedlichen Siedepunktbereichen getrennt, die als „Fraktionen“ oder „Schnitte“ bezeichnet werden.

Umwandlung (Conversion). Umwandlungsprozesse, die zur Änderung der Größe und/oder Struktur von Kohlenwasserstoffmolekülen verwendet werden, umfassen:

• Zersetzung (Teilung) durch hydro-, thermisches und katalytisches Cracken, Verkoken und Visbreaking
• Vereinigung (Kombination) durch Alkylierung und Polymerisation
• Veränderung (Umlagerung) mit Isomerisierung und katalytischer Reformierung
• Behandlung.

 

Seit Beginn der Raffination wurden verschiedene Behandlungsmethoden eingesetzt, um Nicht-Kohlenwasserstoffe, Verunreinigungen und andere Bestandteile zu entfernen, die die Leistungseigenschaften der Endprodukte beeinträchtigen oder die Effizienz der Umwandlungsprozesse verringern. Die Behandlung umfasst sowohl chemische Reaktionen als auch eine physikalische Trennung, wie beispielsweise Auflösen, Absorption oder Ausfällung, wobei eine Vielzahl und Kombination von Verfahren verwendet werden. Behandlungsverfahren umfassen das Entfernen oder Abtrennen von Aromaten und Naphthenen sowie das Entfernen von Verunreinigungen und unerwünschten Verunreinigungen. Süßstoffe und Säuren werden zur Entschwefelung von Rohöl vor der Verarbeitung und zur Behandlung von Produkten während und nach der Verarbeitung verwendet. Andere Behandlungsverfahren schließen Rohentsalzung, chemisches Süßen, Säurebehandlung, Tonkontaktierung, Hydrodesulfurierung, Lösungsmittelraffination, alkalisches Waschen, Hydrotreating, Trocknen, Lösungsmittelextraktion und Lösungsmittelentparaffinieren ein.

Formulieren und Mischen ist der Prozess des Mischens und Kombinierens von Kohlenwasserstofffraktionen, Additiven und anderen Komponenten, um Endprodukte mit bestimmten gewünschten Leistungseigenschaften herzustellen.

Hilfsveredelungsverfahren. Andere Raffinerievorgänge, die zur Unterstützung der Kohlenwasserstoffverarbeitung erforderlich sind, umfassen die Rückgewinnung von leichten Endprodukten; Strippen mit saurem Wasser; Aufbereitung und Kühlung von festen Abfällen, Abwasser und Prozesswasser; Wasserstoffproduktion; Schwefelrückgewinnung; und Säure- und Endgasbehandlung. Andere Prozessfunktionen stellen Katalysatoren, Reagenzien, Dampf, Luft, Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Brenngase bereit.

Raffinerie-Nichtprozessanlagen. Alle Raffinerien verfügen über eine Vielzahl von Einrichtungen, Funktionen, Ausrüstungen und Systemen, die den Kohlenwasserstoffprozess unterstützen. Typische Unterstützungsbetriebe sind Wärme- und Stromerzeugung; Produktbewegung; Tanklagerung; Versandkosten; Fackeln und Entlastungssysteme; Öfen und Heizgeräte; Alarme und Sensoren; und Probenahme, Prüfung und Inspektion. Zu den prozessfremden Einrichtungen und Systemen gehören Feuerlösch-, Wasser- und Schutzsysteme, Lärm- und Verschmutzungskontrollen, Labors, Kontrollräume, Lager, Wartungs- und Verwaltungseinrichtungen.

Hauptprodukte der Rohölraffination

Die Erdölraffination hat sich als Reaktion auf die sich ändernde Verbrauchernachfrage nach besseren und anderen Produkten kontinuierlich weiterentwickelt. Die ursprüngliche Prozessanforderung bestand darin, Kerosin als billigere und bessere Brennstoffquelle für die Beleuchtung als Walöl herzustellen. Die Entwicklung des Verbrennungsmotors führte zur Produktion von Benzol, Benzin und Dieselkraftstoffen. Die Entwicklung des Flugzeugs hat einen Bedarf an hochoktanigem Flugbenzin und Düsentreibstoff geschaffen, bei denen es sich um eine raffinierte Form des ursprünglichen Raffinerieprodukts Kerosin handelt. Heutige Raffinerien produzieren eine Vielzahl von Produkten, darunter viele, die als Rohstoffe für Crackprozesse und die Schmiermittelherstellung sowie für die petrochemische Industrie verwendet werden. Diese Produkte können grob in Kraftstoffe, petrochemische Rohstoffe, Lösungsmittel, Prozessöle, Schmiermittel und Spezialprodukte wie Wachs, Asphalt und Koks eingeteilt werden. (Siehe Tabelle 2.)

Tabelle 2. Hauptprodukte der Rohölraffination

Schwefeldioxid

Rauchgas aus der Verbrennung von Brennstoffen mit hohem Schwefelgehalt enthält normalerweise hohe Konzentrationen an Schwefeldioxid, das normalerweise durch Wasserwäsche entfernt wird.

Kaustik

Ätzmittel werden dem Entsalzungswasser zugesetzt, um Säuren zu neutralisieren und Korrosion zu reduzieren. Dem entsalzten Rohöl werden auch Ätzmittel zugesetzt, um die Menge an korrosiven Chloriden in den Turmkopfprodukten zu verringern. Sie werden in Raffineriebehandlungsverfahren verwendet, um Verunreinigungen aus Kohlenwasserstoffströmen zu entfernen.

Stickoxide und Kohlenmonoxid

Rauchgas enthält bis zu 200 ppm Stickoxid, das langsam mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid reagiert. Stickoxid wird nicht durch Waschen mit Wasser entfernt, und Stickstoffdioxid kann sich in Wasser lösen, um salpetrige und Salpetersäure zu bilden. Rauchgas enthält normalerweise nur eine geringe Menge Kohlenmonoxid, es sei denn, die Verbrennung ist anormal.

Schwefelwasserstoff

Schwefelwasserstoff kommt natürlicherweise in den meisten Rohölen vor und entsteht auch während der Verarbeitung durch die Zersetzung instabiler Schwefelverbindungen. Schwefelwasserstoff ist ein äußerst giftiges, farbloses, brennbares Gas, das schwerer als Luft und wasserlöslich ist. Es hat einen Geruch nach faulen Eiern, der bei Konzentrationen deutlich unter seinem sehr niedrigen Expositionsgrenzwert wahrnehmbar ist. Man kann sich nicht darauf verlassen, dass dieser Geruch eine angemessene Warnung liefert, da die Sinne bei Exposition fast sofort desensibilisiert werden. Spezielle Detektoren sind erforderlich, um die Arbeiter auf das Vorhandensein von Schwefelwasserstoff aufmerksam zu machen, und in Gegenwart des Gases sollte ein angemessener Atemschutz verwendet werden. Die Exposition gegenüber niedrigen Schwefelwasserstoffkonzentrationen führt zu Reizungen, Schwindel und Kopfschmerzen, während die Exposition gegenüber Konzentrationen, die die vorgeschriebenen Grenzwerte überschreiten, zu einer Depression des Nervensystems und schließlich zum Tod führt.

Saures Wasser

Sauerwasser ist Prozesswasser, das Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Phenole, Kohlenwasserstoffe und niedermolekulare Schwefelverbindungen enthält. Saures Wasser wird durch Dampfstrippen von Kohlenwasserstofffraktionen während der Destillation, Regenerieren des Katalysators oder Dampfstrippen von Schwefelwasserstoff während des Hydrotreatings und Hydrofinishings hergestellt. Sauerwasser entsteht auch durch die Zugabe von Wasser zu Prozessen zur Absorption von Schwefelwasserstoff und Ammoniak.

Schwefelsäure und Flusssäure

Schwefelsäure und Flusssäure werden als Katalysatoren in Alkylierungsprozessen verwendet. Schwefelsäure wird auch in einigen der Behandlungsverfahren verwendet.

Feste Katalysatoren

In Raffinationsprozessen werden eine Reihe verschiedener fester Katalysatoren in vielen Formen und Gestalten, von Pellets über körnige Perlen bis hin zu Stäuben, aus verschiedenen Materialien und mit verschiedenen Zusammensetzungen verwendet. Extrudierte Pellet-Katalysatoren werden in Fließbett- und Festbettanlagen verwendet, während Fließbettverfahren feine, kugelförmige Partikelkatalysatoren verwenden. Katalysatoren, die in Prozessen verwendet werden, die Schwefel entfernen, werden mit Kobalt, Nickel oder Molybdän imprägniert. Cracking-Einheiten verwenden Katalysatoren mit Säurefunktion, wie z. B. natürlicher Ton, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid und synthetische Zeolithe. Mit Platin oder anderen Edelmetallen imprägnierte Säurefunktionskatalysatoren werden bei der Isomerisierung und Reformierung verwendet. Gebrauchte Katalysatoren erfordern eine besondere Handhabung und Schutz vor Exposition, da sie Metalle, aromatische Öle, krebserzeugende polyzyklische aromatische Verbindungen oder andere gefährliche Materialien enthalten und auch pyrophor sein können.

Fuels

Die wichtigsten Brennstoffprodukte sind Flüssiggas, Benzin, Kerosin, Düsentreibstoff, Dieselkraftstoff sowie Heizöl und Rückstandsheizöle.

Flüssiggas (LPG), das aus Mischungen von paraffinischen und olefinischen Kohlenwasserstoffen wie Propan und Butan besteht, wird zur Verwendung als Kraftstoff hergestellt und als Flüssigkeiten unter Druck gelagert und gehandhabt. LPG hat Siedepunkte im Bereich von etwa –74 °C bis
38 °C, ist farblos, und die Dämpfe sind schwerer als Luft und hochentzündlich. Die wichtigen Eigenschaften von LPGs aus Sicht des Arbeitsschutzes sind der Dampfdruck und die Schadstoffkontrolle.

Benzin. Das wichtigste Raffinerieprodukt ist Motorbenzin, eine Mischung aus relativ niedrigsiedenden Kohlenwasserstofffraktionen, darunter Reformat, Alkylat, aliphatisches Naphtha (leichtes Straight-run-Naphtha), aromatisches Naphtha (thermisch und katalytisch gekracktes Naphtha) und Additive. Benzinmischmaterialien haben Siedepunkte, die von Umgebungstemperatur bis etwa 204 °C reichen, und einen Flammpunkt unter –40 °C. Die kritischen Qualitäten für Benzin sind die Oktanzahl (Klopfschutz), die Flüchtigkeit (Start und Dampfsperre) und der Dampfdruck (Umweltkontrolle). Additive werden verwendet, um die Benzinleistung zu verbessern und Schutz vor Oxidation und Rostbildung zu bieten. Flugbenzin ist ein Produkt mit hoher Oktanzahl, das speziell für eine gute Leistung in großen Höhen gemischt wurde.

Tetraethylblei (TEL) und Tetramethylblei (TML) sind Benzinadditive, die die Oktanzahl und die Klopffestigkeit verbessern. In dem Bemühen, Blei in Autoabgasemissionen zu reduzieren, werden diese Additive außer in Flugbenzin nicht mehr allgemein verwendet.

Ethyl-Tertiär-Butylether (ETBE), Methyl-Tertiär-Butylether (MTBE), Tertiär-Amylmethylether (TAME) und andere sauerstoffhaltige Verbindungen werden anstelle von TEL und TML verwendet, um die Klopffestigkeit von bleifreiem Benzin zu verbessern und Kohlenmonoxidemissionen zu reduzieren.

Düsentreibstoff und Kerosin. Kerosin ist ein Gemisch aus Paraffinen und Naphthenen mit meist weniger als 20 % Aromaten. Es hat einen Flammpunkt über 38 °C und einen Siedebereich von 160 °C bis 288 °C und wird zum Anzünden, Erhitzen, als Lösungsmittel und zum Einmischen in Dieselkraftstoff verwendet. Düsentreibstoff ist ein Mitteldestillat-Kerosinprodukt, dessen kritische Eigenschaften Gefrierpunkt, Flammpunkt und Rauchpunkt sind. Kommerzieller Düsentreibstoff hat einen Siedebereich von etwa 191 °C bis 274 °C und militärischer Düsentreibstoff von 55 °C bis 288 °C.

Kraftstoffe destillieren. Dieselkraftstoffe und Haushaltsheizöle sind helle Mischungen aus Paraffinen, Naphthenen und Aromaten und können mäßige Mengen an Olefinen enthalten. Destillatkraftstoffe haben Flammpunkte über 60 °C und Siedebereiche von etwa 163 °C bis 371 °C und werden zur Verbesserung der Stabilität häufig hydrodesulfuriert. Destillatbrennstoffe sind brennbar und können beim Erhitzen Dämpfe freisetzen, die mit Luft zündfähige Gemische bilden können. Zu den wünschenswerten Eigenschaften, die für Destillatkraftstoffe erforderlich sind, gehören kontrollierte Flamm- und Stockpunkte, saubere Verbrennung, keine Bildung von Ablagerungen in Lagertanks und eine angemessene Cetanzahl von Dieselkraftstoff für gutes Starten und gute Verbrennung.

Restbrennstoffe. Viele Schiffe und Handels- und Industrieanlagen verwenden Restbrennstoffe oder Kombinationen aus Rest- und Destillatbrennstoffen für Strom, Wärme und Verarbeitung. Restbrennstoffe sind dunkel gefärbte, hochviskose flüssige Gemische aus großen Kohlenwasserstoffmolekülen mit Flammpunkten über 121 °C und hohen Siedepunkten. Die kritischen Spezifikationen für Restbrennstoffe sind Viskosität und niedriger Schwefelgehalt (zur Umweltkontrolle).

Gesundheits- und Sicherheitsüberlegungen

Das Hauptsicherheitsrisiko von LPG und Benzin ist Feuer. Die hohe Flüchtigkeit und hohe Entflammbarkeit der Produkte mit niedrigerem Siedepunkt lässt Dämpfe leicht in die Luft verdunsten und entflammbare Gemische bilden, die leicht entzündet werden können. Dies ist eine anerkannte Gefahr, die besondere Vorsichtsmaßnahmen bei Lagerung, Eindämmung und Handhabung sowie Sicherheitsmaßnahmen erfordert, um sicherzustellen, dass Freisetzungen von Dämpfen und Zündquellen kontrolliert werden, damit keine Brände entstehen. Die weniger flüchtigen Kraftstoffe wie Kerosin und Dieselkraftstoff sollten vorsichtig gehandhabt werden, um ein Verschütten und eine mögliche Entzündung zu vermeiden, da ihre Dämpfe auch brennbar sind, wenn sie mit Luft im brennbaren Bereich gemischt werden. Beim Arbeiten in Atmosphären, die Kraftstoffdämpfe enthalten, sind die Konzentrationen leicht flüchtiger, brennbarer Produktdämpfe in der Luft oft auf nicht mehr als 10 % der unteren Entflammbarkeitsgrenzen (LFL) und die Konzentrationen weniger flüchtiger, brennbarer Produktdämpfe auf nicht mehr als 20 beschränkt % LFL, abhängig von geltenden Unternehmens- und Regierungsvorschriften, um das Entzündungsrisiko zu verringern.

Obwohl die Benzindampfkonzentrationen in Luftgemischen aus Sicherheitsgründen typischerweise unter 10 % des LFL gehalten werden, liegt diese Konzentration erheblich über den aus Gesundheitsgründen einzuhaltenden Expositionsgrenzwerten. Beim Einatmen können kleine Mengen von Benzindämpfen in der Luft, weit unterhalb der unteren Explosionsgrenze, Reizungen, Kopfschmerzen und Schwindel verursachen, während das Einatmen größerer Konzentrationen zu Bewusstlosigkeit und schließlich zum Tod führen kann. Auch langfristige gesundheitliche Auswirkungen sind möglich. Benzin enthält beispielsweise Benzol, ein bekanntes Karzinogen mit zulässigen Expositionsgrenzen von nur wenigen Teilen pro Million. Daher erfordert selbst das Arbeiten in Benzindampfatmosphären mit Konzentrationen unter 10 % LFL angemessene arbeitshygienische Vorkehrungen, wie Atemschutz oder örtliche Absaugung.

In der Vergangenheit enthielten viele Benzine Tetraethyl- oder Tetramethylalkylblei-Antiklopfadditive, die giftig sind und eine ernsthafte Gefahr der Bleiabsorption durch Hautkontakt oder Einatmen darstellen. Tanks oder Behälter, die während ihrer Verwendung zu irgendeinem Zeitpunkt verbleites Benzin enthielten, müssen entlüftet, gründlich gereinigt, mit einem speziellen „Blei-in-Luft“-Testgerät getestet und als bleifrei zertifiziert werden, um sicherzustellen, dass Arbeiter ohne Selbstzünder eintreten können. enthaltene oder versorgte Atemluftgeräte, obwohl der Sauerstoffgehalt normal ist und die Tanks jetzt bleifreies Benzin oder andere Produkte enthalten.

Gasförmige Erdölfraktionen und die leichter flüchtigen Kraftstoffprodukte haben eine milde anästhetische Wirkung, im Allgemeinen im umgekehrten Verhältnis zum Molekulargewicht. Flüssige Kraftstoffe mit niedrigerem Siedepunkt, wie Benzin und Kerosin, verursachen beim Einatmen eine schwere chemische Pneumonitis und sollten nicht mit dem Mund abgesaugt oder versehentlich eingenommen werden. Gase und Dämpfe können auch in ausreichend hohen Konzentrationen vorhanden sein, um den Sauerstoff (in der Luft) unter das normale Atemniveau zu verdrängen. Das Aufrechterhalten der Dampfkonzentrationen unter den Expositionsgrenzwerten und des Sauerstoffgehalts in normalen Atmungsbereichen wird normalerweise durch Spülen oder Belüften erreicht.

Krackdestillate enthalten geringe Mengen an krebserzeugenden polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK); Daher sollte die Exposition begrenzt werden. Dermatitis kann sich auch durch den Kontakt mit Benzin, Kerosin und destillierten Kraftstoffen entwickeln, da diese dazu neigen, die Haut zu entfetten. Die Vorbeugung erfolgt durch die Verwendung von persönlicher Schutzausrüstung, Schutzcremes oder reduziertem Kontakt und guten Hygienepraktiken, wie z. B. Waschen mit warmem Wasser und Seife, anstatt die Hände mit Benzin, Kerosin oder Lösungsmitteln zu reinigen. Manche Personen reagieren empfindlich auf die Farbstoffe, die zum Färben von Benzin und anderen Destillatprodukten verwendet werden.

Rückstandsheizöle enthalten Spuren von Metallen und können hochgiftigen Schwefelwasserstoff enthalten. Restbrennstoffe mit hochgecrackten Beständen, die über 370 °C sieden, enthalten krebserzeugende PAK. Wiederholter Kontakt mit Restbrennstoffen ohne angemessenen persönlichen Schutz sollte vermieden werden, insbesondere beim Öffnen von Tanks und Behältern, da Schwefelwasserstoffgas freigesetzt werden kann.

Petrochemische Rohstoffe

Viele aus der Rohölraffination stammende Produkte, wie Ethylen, Propylen und Butadien, sind olefinische Kohlenwasserstoffe, die aus Raffinerie-Crackprozessen stammen, und sind zur Verwendung in der petrochemischen Industrie als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Kunststoffen, Ammoniak, synthetischem Gummi, Glykol und bald.

Lösungsmittel auf Erdölbasis

Zur Verwendung als Lösungsmittel wird eine Vielzahl reiner Verbindungen hergestellt, darunter Benzol, Toluol, Xylol, Hexan und Heptan, deren Siedepunkte und Kohlenwasserstoffzusammensetzung genau kontrolliert werden. Lösungsmittel können je nach ihrer Zusammensetzung als aromatisch oder nicht aromatisch klassifiziert werden. Ihre Verwendung als Farbverdünner, chemische Reinigungsflüssigkeiten, Entfetter, Industrie- und Pestizidlösungsmittel usw. wird im Allgemeinen durch ihre Flammpunkte bestimmt, die von deutlich unter –18 °C bis über 60 °C reichen.

Die mit Lösungsmitteln verbundenen Gefahren ähneln denen von Kraftstoffen, da die Lösungsmittel mit niedrigerem Flammpunkt brennbar sind und ihre Dämpfe, wenn sie mit Luft im brennbaren Bereich gemischt werden, entzündlich sind. Aromatische Lösungsmittel haben normalerweise eine höhere Toxizität als nichtaromatische Lösungsmittel.

Prozessöle

Prozessöle umfassen den hochsiedenden Bereich, geradlinige atmosphärische oder Vakuumdestillatströme und solche, die durch katalytisches oder thermisches Cracken hergestellt werden. Diese komplexen Gemische, die große paraffinische, naphthenische und aromatische Kohlenwasserstoffmoleküle mit mehr als 15 Kohlenstoffatomen enthalten, werden als Ausgangsmaterialien für das Cracken oder die Schmiermittelherstellung verwendet. Prozessöle haben ziemlich hohe Viskositäten, Siedepunkte im Bereich von 260 °C bis 538 °C und Flammpunkte über 121 °C.

Prozessöle sind hautreizend und enthalten hohe Konzentrationen an PAK sowie Schwefel-, Stickstoff- und Sauerstoffverbindungen. Das Einatmen von Dämpfen und Nebeln sollte vermieden werden, und die Hautexposition sollte durch persönliche Schutzausrüstung und gute Hygienepraktiken kontrolliert werden.

Schmierstoffe und Fette

Schmierölgrundstoffe werden durch spezielle Raffinationsverfahren hergestellt, um spezifische Verbraucheranforderungen zu erfüllen. Schmiergrundstoffe sind hell- bis mittelfarbige, schwerflüchtige, mittel- bis hochviskose Mischungen aus paraffinischen, naphthenischen und aromatischen Ölen mit Siedebereichen von 371 °C bis 538 °C. Additive wie Demulgatoren, Antioxidantien und Viskositätsverbesserer werden in die Schmierölgrundstoffe eingemischt, um die für Motoröle, Turbinen- und Hydrauliköle, Industriefette, Schmiermittel, Getriebeöle und Schneidöle erforderlichen Eigenschaften bereitzustellen. Die kritischste Qualität für Schmieröl-Basismaterialien ist ein hoher Viskositätsindex, der für eine geringere Änderung der Viskosität bei unterschiedlichen Temperaturen sorgt. Diese Eigenschaft kann im Rohöleinsatzmaterial vorhanden sein oder durch die Verwendung von Viskositätsindexverbessereradditiven erreicht werden. Detergenzien werden hinzugefügt, um jeglichen Schlamm, der sich während der Verwendung des Öls bildet, in Suspension zu halten.

Fette sind Mischungen aus Schmierölen und Metallseifen, denen Spezialmaterialien wie Asbest, Graphit, Molybdän, Silikone und Talkum zur Isolierung oder Schmierung zugesetzt werden. Schneid- und Metallprozessöle sind Schmieröle mit speziellen Additiven wie Chlor-, Schwefel- und Fettsäurezusätzen, die unter Hitze reagieren, um die Schneidwerkzeuge zu schmieren und zu schützen. Wasserlöslichen Schneidölen werden Emulgatoren und Bakterienschutzmittel zugesetzt.

Obwohl Schmieröle selbst nicht reizend sind und eine geringe Toxizität aufweisen, können von den Additiven Gefahren ausgehen. Benutzer sollten die Materialsicherheitsdaten des Lieferanten konsultieren, um die Gefahren bestimmter Additive, Schmiermittel, Schneidöle und Fette zu bestimmen. Die Hauptgefahr für Schmierstoffe ist Dermatitis, die normalerweise durch die Verwendung von persönlicher Schutzausrüstung zusammen mit angemessenen Hygienepraktiken kontrolliert werden kann. Gelegentlich können Arbeiter eine Empfindlichkeit gegenüber Schneidölen oder Schmiermitteln entwickeln, die eine Neuzuweisung an einen Arbeitsplatz erfordern, an dem kein Kontakt stattfinden kann. Es gibt einige Bedenken hinsichtlich der krebserzeugenden Exposition gegenüber Nebeln aus Schneidölen auf Naphthenbasis und leichten Spindelölen, die durch Substitution, technische Kontrollen oder persönlichen Schutz kontrolliert werden können. Die Gefahren des Kontakts mit Fett ähneln denen von Schmieröl, mit zusätzlichen Gefahren, die von den Fettmaterialien oder -additiven ausgehen. Die meisten dieser Gefahren werden an anderer Stelle in diesem Dokument erörtert Enzyklopädie.

Spezielle Produkte

Wachs wird zum Schutz von Lebensmitteln verwendet; in Beschichtungen; als Zutat in anderen Produkten wie Kosmetika und Schuhcreme sowie für Kerzen.

Sulfur entsteht durch die Erdölraffination. Es wird entweder als erhitzte, geschmolzene Flüssigkeit in geschlossenen Tanks oder als Feststoff in Behältern oder im Freien gelagert.

Koks ist fast reiner Kohlenstoff, der je nach seinen physikalischen Eigenschaften, die aus dem Verkokungsprozess resultieren, von Elektroden bis zu Holzkohlebriketts vielfältig verwendet werden kann.

Asphalt, das hauptsächlich zum Pflastern von Straßen und Dachmaterialien verwendet wird, sollte gegenüber den meisten Chemikalien und Wetterbedingungen inert sein.

Wachse und Asphalte sind bei Umgebungstemperatur fest, und für Lagerung, Handhabung und Transport sind höhere Temperaturen erforderlich, was zu Verbrennungsgefahr führt. Petroleumwachs ist so hochraffiniert, dass es normalerweise keine Gefahren darstellt. Hautkontakt mit Wachs kann zum Verstopfen der Poren führen, was durch angemessene Hygienepraktiken kontrolliert werden kann. Die Exposition gegenüber Schwefelwasserstoff beim Öffnen von Tanks für Asphalt und geschmolzenen Schwefel kann durch die Verwendung geeigneter technischer Kontrollen oder Atemschutz kontrolliert werden. Schwefel ist auch bei erhöhten Temperaturen leicht entzündlich. Asphalt wird an anderer Stelle in the diskutiert Enzyklopädie.

Erdölraffinationsverfahren

Kohlenwasserstoffraffination ist die Verwendung von Chemikalien, Katalysatoren, Hitze und Druck, um die Grundtypen von Kohlenwasserstoffmolekülen, die natürlicherweise in Rohöl vorkommen, zu trennen und zu Gruppen ähnlicher Moleküle zu kombinieren. Der Raffinationsprozess ordnet auch die Strukturen und Bindungsmuster der Grundmoleküle in andere, wünschenswertere Kohlenwasserstoffmoleküle und -verbindungen um. Die Art des Kohlenwasserstoffs (paraffinisch, naphthenisch oder aromatisch) und nicht die spezifischen vorhandenen chemischen Verbindungen ist der wichtigste Faktor im Raffinationsprozess.

In der gesamten Raffinerie sind Betriebsverfahren, sichere Arbeitspraktiken und die Verwendung geeigneter persönlicher Schutzkleidung und -ausrüstung, einschließlich zugelassener Atemschutzgeräte, erforderlich, um Feuer, Chemikalien, Partikeln, Hitze und Lärm ausgesetzt zu sein und während des Prozessbetriebs, der Probenahme, Inspektion, des Turnarounds und Wartungstätigkeiten. Da die meisten Raffinerieprozesse kontinuierlich ablaufen und die Prozessströme in geschlossenen Behältern und Rohrleitungen enthalten sind, besteht ein begrenztes Expositionspotenzial. Es besteht jedoch die Möglichkeit eines Brandes, da, obwohl Raffinerievorgänge geschlossene Prozesse sind, die Heizungen, Öfen und Wärmetauscher in den Prozesseinheiten Zündquellen sind, wenn ein Leck oder eine Freisetzung von Kohlenwasserstoffflüssigkeit, -dampf oder -gas auftritt.

Vorbehandlung von Rohöl

Entsalzung

Rohöl enthält oft Wasser, anorganische Salze, Schwebstoffe und wasserlösliche Spurenmetalle. Der erste Schritt im Raffinationsprozess besteht darin, diese Verunreinigungen durch Entsalzen (Dehydratisierung) zu entfernen, um Korrosion, Verstopfung und Verschmutzung der Ausrüstung zu reduzieren und eine Vergiftung der Katalysatoren in den Verarbeitungseinheiten zu verhindern. Chemische Entsalzung, elektrostatische Trennung und Filterung sind drei typische Methoden der Rohölentsalzung. Bei der chemischen Entsalzung werden dem Rohöl Wasser und chemische Tenside (Demulgatoren) zugesetzt, erhitzt, sodass sich Salze und andere Verunreinigungen im Wasser lösen oder an das Wasser anlagern, und dann in einem Tank gehalten, wo sie sich absetzen. Die elektrische Entsalzung wendet elektrostatische Hochspannungsladungen an, um suspendierte Wasserkügelchen im unteren Teil des Absetzbehälters zu konzentrieren. Tenside werden nur zugesetzt, wenn das Rohöl einen großen Anteil an suspendierten Feststoffen aufweist. Ein drittes, weniger verbreitetes Verfahren beinhaltet das Filtern von erhitztem Rohöl unter Verwendung von Diatomeenerde als Filtermedium.

Bei der chemischen und elektrostatischen Entsalzung wird das Rohrohmaterial auf 66 °C bis 177 °C erhitzt, um die Viskosität und Oberflächenspannung zu verringern und das Wasser leichter zu mischen und abzutrennen. Die Temperatur wird durch den Dampfdruck des Rohöleinsatzmaterials begrenzt. Beide Entsalzungsmethoden sind kontinuierlich. Ätzmittel oder Säure können hinzugefügt werden, um den pH-Wert der Wasserwäsche einzustellen, und Ammoniak hinzugefügt werden, um Korrosion zu reduzieren. Abwasser wird zusammen mit Verunreinigungen vom Boden des Absetzbeckens zur Abwasserbehandlungsanlage abgelassen. Das entsalzte Rohöl wird kontinuierlich von der Oberseite der Absetztanks abgezogen und zu einem atmosphärischen Rohdestillationsturm (Fraktionierturm) geleitet. (Siehe Abbildung 2.)

Abbildung 2. Entsalzungsprozess (Vorbehandlung).

Unzureichende Entsalzung verursacht in allen Prozesseinheiten der Raffinerie eine Verschmutzung von Heizrohren und Wärmetauschern, schränkt den Produktfluss und die Wärmeübertragung ein und führt zu Ausfällen aufgrund erhöhter Drücke und Temperaturen. Ein Überdruck der Entsalzungseinheit führt zu einem Ausfall.

Korrosion, die aufgrund des Vorhandenseins von Schwefelwasserstoff, Chlorwasserstoff, naphthenischen (organischen) Säuren und anderen Verunreinigungen im Rohöl auftritt, verursacht ebenfalls Geräteausfälle. Korrosion tritt auf, wenn neutralisierte Salze (Ammoniumchloride und -sulfide) mit Kondenswasser befeuchtet werden. Da die Entsalzung ein geschlossener Prozess ist, besteht nur ein geringes Potenzial für den Kontakt mit Rohöl oder Prozesschemikalien, es sei denn, es kommt zu einem Leck oder einer Freisetzung. Ein Brand kann als Folge eines Lecks in den Heizungen entstehen, wodurch niedrigsiedende Bestandteile des Rohöls freigesetzt werden.

Während des Entsalzens besteht die Möglichkeit, Ammoniak, Trockenchemikalien-Demulgatoren, Ätzmitteln und/oder Säuren ausgesetzt zu werden. Wenn beim Entsalzen von sauren Rohölen erhöhte Betriebstemperaturen verwendet werden, ist Schwefelwasserstoff vorhanden. Abhängig vom Rohrohstoff und den verwendeten Behandlungschemikalien enthält das Abwasser unterschiedliche Mengen an Chloriden, Sulfiden, Bicarbonaten, Ammoniak, Kohlenwasserstoffen, Phenol und Schwebstoffen. Wenn Diatomeenerde zur Filtration verwendet wird, sollte die Exposition minimiert oder kontrolliert werden, da Diatomeenerde Kieselsäure mit einer sehr feinen Partikelgröße enthalten kann, was sie zu einer potenziellen Gefahr für die Atemwege macht.

Verfahren zur Trennung von Rohöl

Der erste Schritt bei der Erdölraffination ist die Fraktionierung von Rohöl in atmosphärischen und Vakuumdestillationstürmen. Erhitztes Rohöl wird physikalisch in verschiedene Fraktionen bzw. Straight-run-Cuts getrennt, die nach bestimmten Siedepunktbereichen unterschieden und nach abnehmender Flüchtigkeit in Gase, leichte Destillate, Mitteldestillate, Gasöle und Rückstände eingeteilt werden. Die Fraktionierung funktioniert, weil die Temperaturabstufung vom Boden zum Kopf des Destillationsturms bewirkt, dass die Komponenten mit höherem Siedepunkt zuerst kondensieren, während die Fraktionen mit niedrigerem Siedepunkt im Turm höher steigen, bevor sie kondensieren. Innerhalb des Turms vermischen sich die aufsteigenden Dämpfe und die absteigenden Flüssigkeiten (Rückfluss) auf Niveaus, wo ihre Zusammensetzungen im Gleichgewicht miteinander sind. Auf diesen Ebenen (oder Stufen) sind spezielle Böden angeordnet, die einen Teil der Flüssigkeit entfernen, die auf jeder Ebene kondensiert. In einer typischen zweistufigen Rohöleinheit folgt dem atmosphärischen Turm, der leichte Fraktionen und Destillat produziert, unmittelbar ein Vakuumturm, der die atmosphärischen Rückstände verarbeitet. Nach der Destillation sind nur wenige Kohlenwasserstoffe ohne weitere Verarbeitung als Fertigprodukt verwendbar.

Atmosphärische Destillation

In atmosphärischen Destillationstürmen wird der entsalzte Rohrohstoff mit rückgewonnener Prozesswärme vorgewärmt. Es fließt dann zu einem direkt befeuerten Rohchargenerhitzer, wo es knapp über dem Sumpf bei Drücken leicht über Atmosphäre und Temperaturen von 343 °C bis 371 °C in die vertikale Destillationskolonne eingespeist wird, um unerwünschtes thermisches Cracken bei höheren Temperaturen zu vermeiden . Die leichteren (niedriger siedende) Fraktionen diffundieren in den oberen Teil des Turms und werden kontinuierlich abgezogen und anderen Einheiten zur weiteren Verarbeitung, Behandlung, Mischung und Verteilung zugeführt.

Fraktionen mit den niedrigsten Siedepunkten, wie Brenngas und leichtes Naphtha, werden von der Spitze des Turms durch eine Freileitung als Dampf entfernt. Naphtha oder Straight-Run-Benzin wird aus dem oberen Abschnitt des Turms als Überkopfstrom entnommen. Diese Produkte werden als Ausgangsmaterialien für Petrochemikalien und Reformer, Benzinmischmaterialien, Lösungsmittel und LPGs verwendet.

Fraktionen im mittleren Siedebereich, einschließlich Gasöl, schweres Naphtha und Destillate, werden aus dem mittleren Abschnitt des Turms als Seitenströme entfernt. Diese werden zur Verwendung als Kerosin, Dieselkraftstoff, Heizöl, Düsentreibstoff, Ausgangsmaterial für katalytische Cracker und Mischmaterialien an Veredelungsbetriebe geschickt. Einige dieser flüssigen Fraktionen werden von ihren leichteren Enden befreit, die als nach unten fließende Rückflussströme in den Turm zurückgeführt werden.

Die schwereren Fraktionen mit höherem Siedepunkt (sogenanntes Rückstands-, Sumpf- oder getopptes Rohöl), die am Boden des Turms kondensieren oder verbleiben, werden für Heizöl, Bitumenherstellung oder Cracking-Ausgangsmaterial verwendet oder zu einem Erhitzer und in den geleitet Vakuumdestillationsturm zur weiteren Fraktionierung. (Siehe Abbildung 3 und Abbildung 4.)

Abbildung 3. Atmosphärischer Destillationsprozess

Abbildung 4. Schematische Darstellung des atmosphärischen Destillationsprozesses

Vakuumdestillation

Vakuumdestillationstürme stellen den erforderlichen reduzierten Druck bereit, um thermisches Cracken zu verhindern, wenn der Rückstand oder das gekappte Rohöl aus dem atmosphärischen Turm bei höheren Temperaturen destilliert wird. Das Innendesign einiger Vakuumtürme unterscheidet sich von atmosphärischen Türmen dadurch, dass Füllkörper und Demister-Pads anstelle von Böden verwendet werden. Es können auch Türme mit größerem Durchmesser verwendet werden, um die Geschwindigkeiten niedriger zu halten. Ein typischer Vakuumturm der ersten Phase kann Gasöle, Schmierölbasismaterialien und schwere Rückstände für die Propan-Deasphaltierung produzieren. Ein Zweitphasenturm, der bei einem niedrigeren Vakuum betrieben wird, destilliert überschüssige Rückstände aus dem atmosphärischen Turm, die nicht für die Schmierstoffverarbeitung verwendet werden, und überschüssige Rückstände aus dem ersten Vakuumturm, die nicht für die Entasphaltierung verwendet werden.

Vakuumtürme werden typischerweise verwendet, um katalytische Crackereinsatzmaterialien von überschüssigem Rückstand zu trennen. Vakuumturmrückstände können auch zu einem Verkoker geschickt, als Schmiermittel oder Asphaltmaterial verwendet oder entschwefelt und in schwefelarmes Heizöl gemischt werden. (Siehe Abbildung 5 und Abbildung 6.)

Abbildung 5. Vakuumdestillationsprozess

Abbildung 6. Schema des Vakuumdestillationsprozesses

Destillationskolonnen

Innerhalb von Raffinerien gibt es zahlreiche andere kleinere Destillationstürme, sogenannte Kolonnen, die zur Trennung spezifischer und einzigartiger Produkte ausgelegt sind und alle nach den gleichen Prinzipien wie atmosphärische Türme arbeiten. Beispielsweise ist ein Depropanizer eine kleine Säule, die entwickelt wurde, um Propan von Isobutan und schwereren Komponenten zu trennen. Eine weitere größere Kolonne dient zur Trennung von Ethylbenzol und Xylol. Kleine „Bubbler“-Türme, sogenannte Stripper, verwenden Dampf, um Spuren leichter Produkte (Benzin) aus schwereren Produktströmen zu entfernen.

Kontrolltemperaturen, Drücke und Rückfluss müssen innerhalb der Betriebsparameter gehalten werden, um zu verhindern, dass thermisches Cracken in Destillationstürmen stattfindet. Entlastungssysteme sind vorgesehen, da es bei Ausfall automatischer Regeleinrichtungen zu Druck-, Temperatur- oder Füllstandsabweichungen kommen kann. Der Betrieb wird überwacht, um zu verhindern, dass Rohöl in die Reformercharge eintritt. Rohe Beschickungsmaterialien können beträchtliche Mengen Wasser in Suspension enthalten, die sich während des Anfahrens abscheiden und sich zusammen mit Wasser, das von der Dampfspülung im Turm verbleibt, am Boden des Turms absetzen. Dieses Wasser kann sich bis zum Siedepunkt erhitzen und bei Kontakt mit dem Öl im Gerät eine sofortige Verdampfungsexplosion auslösen.

Der Vorwärmetauscher, der Vorwärmofen und Bodenaustauscher, der atmosphärische Turm und der Vakuumofen, der Vakuumturm und das Überkopfteil sind anfällig für Korrosion durch Salzsäure (HCl), Schwefelwasserstoff (H₂S), Wasser, Schwefelverbindungen und organische Säuren. Bei der Verarbeitung von sauren Rohölen kann es sowohl in atmosphärischen als auch in Vakuumtürmen, in denen Metalltemperaturen 232 °C überschreiten, und in Ofenrohren zu schwerer Korrosion kommen. Nasses H₂S verursacht auch Risse in Stahl. Bei der Verarbeitung von stickstoffreichen Rohölen bilden sich in den Rauchgasen von Hochöfen Stickoxide, die für Stahl korrosiv sind, wenn sie in Gegenwart von Wasser auf niedrige Temperaturen abgekühlt werden.

Chemikalien werden verwendet, um die Korrosion durch in Destillationsanlagen erzeugte Salzsäure zu kontrollieren. Ammoniak kann vor der anfänglichen Kondensation in den Überkopfstrom eingespritzt werden, und/oder eine alkalische Lösung kann vorsichtig in die heiße Rohölbeschickung eingespritzt werden. Wenn nicht genügend Waschwasser eingespritzt wird, können sich Ablagerungen von Ammoniumchlorid bilden, die schwere Korrosion verursachen.

Atmosphärische und Vakuumdestillation sind geschlossene Prozesse, und die Belastungen sind minimal. Wenn saure (schwefelreiche) Rohöle verarbeitet werden, kann es im Vorwärmetauscher und Ofen, in der Turmentspannungszone und im Überkopfsystem, im Vakuumofen und im Turm sowie im Sumpfaustauscher zu einer potenziellen Exposition gegenüber Schwefelwasserstoff kommen. Rohöle und Destillationsprodukte enthalten alle hochsiedende aromatische Verbindungen, einschließlich krebserregender PAK. Eine kurzfristige Exposition gegenüber hohen Konzentrationen von Naphtha-Dampf kann zu Kopfschmerzen, Übelkeit und Schwindel führen, und eine langfristige Exposition kann zu Bewusstlosigkeit führen. Benzol ist in aromatischen Naphthas vorhanden, und die Exposition muss begrenzt werden. Der Overhead des Enthexanisierers kann große Mengen an normalem Hexan enthalten, das das Nervensystem beeinträchtigen kann. Chlorwasserstoff kann im Vorwärmetauscher, in den Turmkopfzonen und im Überkopf vorhanden sein. Abwasser kann wasserlösliche Sulfide in hohen Konzentrationen und andere wasserlösliche Verbindungen wie Ammoniak, Chloride, Phenol und Mercaptan enthalten, je nach Roheinsatzmaterial und Behandlungschemikalien.

Rohölumwandlungsprozesse

Umwandlungsprozesse wie Cracken, Kombinieren und Umordnen ändern die Größe und Struktur von Kohlenwasserstoffmolekülen, um Fraktionen in wünschenswertere Produkte umzuwandeln. (Siehe Tabelle 3.)

Tabelle 3. Überblick über Erdölraffinationsverfahren

 

Als Ergebnis der Umwandlung entstehen eine Reihe von Kohlenwasserstoffmolekülen, die normalerweise nicht in Rohöl zu finden sind, aber für den Raffinationsprozess wichtig sind. Olefine (Alkene, Diolefine und Alkine) sind ungesättigte Kohlenwasserstoffmoleküle vom Ketten- oder Ringtyp mit mindestens einer Doppelbindung. Sie werden normalerweise durch thermisches und katalytisches Cracken gebildet und kommen selten natürlich in unverarbeitetem Rohöl vor.

Alkene sind geradkettige Moleküle mit der Formel C_nH_n die mindestens eine (ungesättigte) Doppelbindung in der Kette enthalten. Das einfachste Alkenmolekül ist das Monoolefin Ethylen mit zwei durch eine Doppelbindung verbundenen Kohlenstoffatomen und vier Wasserstoffatomen. Di-Olefine (mit zwei Doppelbindungen), wie 1,2-Butadien und 1,3-Butadien, und Alkine (mit einer Dreifachbindung), wie Acetylen, kommen in C vor₅ und leichtere Fraktionen vom Cracken. Olefine sind reaktiver als Paraffine oder Naphthene und verbinden sich leicht mit anderen Elementen wie Wasserstoff, Chlor und Brom.

Crackprozesse

Nach der Destillation werden nachfolgende Raffinerieprozesse verwendet, um die Molekularstrukturen der Fraktionen zu verändern, um wünschenswertere Produkte zu erzeugen. Einer dieser Prozesse, das Cracken, bricht (oder crackt) schwerere Erdölfraktionen mit höherem Siedepunkt in wertvollere Produkte wie gasförmige Kohlenwasserstoffe, Benzinmischungen, Gasöl und Heizöl. Während des Prozesses verbinden (polymerisieren) sich einige der Moleküle, um größere Moleküle zu bilden. Die Grundarten des Crackens sind thermisches Cracken, katalytisches Cracken und Hydrocracken.

Thermische Crackverfahren

1913 entwickelte thermische Crackverfahren erhitzen destillierte Kraftstoffe und Schweröle unter Druck in großen Fässern, bis sie in kleinere Moleküle mit besseren Klopfeigenschaften zerbrechen (aufteilen). Dieses frühe Verfahren, das große Mengen an festem, unerwünschtem Koks erzeugte, hat sich zu modernen thermischen Crackverfahren entwickelt, einschließlich Visbreaking, Dampfcracken und Verkoken.

Visbreaking

Visbreaking ist eine milde Form des thermischen Crackens, das den Pourpoint von wachsartigen Rückständen senkt und die Viskosität des Einsatzmaterials deutlich senkt, ohne seinen Siedepunktbereich zu beeinflussen. Der Rest aus dem atmosphärischen Destillationsturm wird in einem Erhitzer bei atmosphärischem Druck leicht gecrackt. Es wird dann mit kühlem Gasöl abgeschreckt, um das Übercracken zu kontrollieren, und in einem Destillationsturm geflasht. Der thermisch gecrackte Restteer, der sich am Boden des Fraktionierungsturms ansammelt, wird in einem Stripper vakuumverdampft und das Destillat zurückgeführt. (Siehe Abbildung 7.)

Abbildung 7. Visbreaking-Prozess

Dampfcracken

Das Dampfcracken erzeugt Olefine durch thermisches Cracken von Einsatzmaterialien mit großen Kohlenwasserstoffmolekülen bei Drücken, die leicht über Atmosphärendruck liegen, und bei sehr hohen Temperaturen. Rückstände aus dem Steamcracken werden Schwerbrennstoffen beigemischt. Durch Dampfcracken hergestelltes Naphtha enthält normalerweise Benzol, das vor dem Hydrotreating extrahiert wird.

Verkokung

Verkoken ist eine strenge Form des thermischen Crackens, die verwendet wird, um Straight-Run-Benzin (Coker-Naphtha) und verschiedene Mitteldestillatfraktionen zu erhalten, die als Einsatzmaterialien für katalytisches Cracken verwendet werden. Dieser Prozess reduziert Wasserstoff so vollständig aus dem Kohlenwasserstoffmolekül, dass der Rückstand eine Form von fast reinem Kohlenstoff ist, der so genannte Koks. Die beiden gebräuchlichsten Verkokungsverfahren sind die verzögerte Verkokung und die kontinuierliche (Kontakt- oder Fluid-) Verkokung, bei denen je nach Reaktionsmechanismus, Zeit, Temperatur und Rohmaterial drei Arten von Koks entstehen: Schwamm-, Waben- und Nadelkoks. (Siehe Abbildung 8.)

Abbildung 8. Verkokungsprozess

• Verzögertes Verkoken. Beim verzögerten Verkoken wird das Ausgangsmaterial zuerst einem Fraktionator zugeführt, um leichtere Kohlenwasserstoffe abzutrennen, und dann mit schwerem Recyclingöl kombiniert. Das schwere Ausgangsmaterial wird dem Verkokungsofen zugeführt und bei niedrigem Druck auf hohe Temperaturen erhitzt, um ein vorzeitiges Verkoken in den Heizrohren zu verhindern, was zu einer teilweisen Verdampfung und einem milden Cracken führt. Das Flüssigkeit/Dampf-Gemisch wird vom Erhitzer zu einer oder mehreren Verkokungstrommeln gepumpt, wo das heiße Material etwa 24 Stunden (verzögert) bei niedrigem Druck gehalten wird, bis es in leichtere Produkte zerfällt. Nachdem der Koks in einer Trommel ein vorbestimmtes Niveau erreicht hat, wird der Strom zu einer anderen Trommel umgeleitet, um einen kontinuierlichen Betrieb aufrechtzuerhalten. Dampf aus den Fässern wird zum Fraktionator zurückgeführt, um Gas, Naphtha und Gasöle abzutrennen und schwerere Kohlenwasserstoffe durch den Ofen zu recyclen. Die volle Trommel wird gedämpft, um ungecrackte Kohlenwasserstoffe zu entfernen, durch Wassereinspritzung gekühlt und mechanisch durch eine vom Boden der Trommel aufsteigende Schnecke oder hydraulisch durch Brechen des Koksbetts mit Hochdruckwasser, das von einer rotierenden Schneidvorrichtung ausgestoßen wird, entkokt.
• Kontinuierliche Verkokung. Kontinuierliches (Kontakt- oder Fluid-) Verkoken ist ein Bewegtbettverfahren, das bei niedrigeren Drücken und höheren Temperaturen als verzögertes Verkoken arbeitet. Beim kontinuierlichen Verkoken erfolgt thermisches Cracken durch Verwendung von Wärme, die von heißen rezyklierten Kokspartikeln auf das Einsatzmaterial in einem Radialmischer, genannt a, übertragen wird Reaktor. Gase und Dämpfe werden aus dem Reaktor entnommen, gequencht, um die weitere Reaktion zu stoppen, und fraktioniert. Der reagierte Koks tritt in eine Auffangtrommel ein und wird zu einem Beschicker und Klassierer gehoben, wo die größeren Kokspartikel entfernt werden. Der verbleibende Koks wird in den Reaktorvorwärmer getropft, um mit Einsatzmaterial recycelt zu werden. Das Verfahren ist dahingehend automatisch, dass Koks und Einsatzmaterial kontinuierlich fließen und sowohl im Reaktor als auch im Zwischenbehälter verkokt wird.

 

Gesundheits- und Sicherheitsüberlegungen

Beim Verkoken sollte die Temperaturkontrolle in einem engen Bereich gehalten werden, da hohe Temperaturen Koks erzeugen, der zu hart ist, um aus der Trommel herausgeschnitten zu werden. Umgekehrt führen zu niedrige Temperaturen zu einer Aufschlämmung mit hohem Asphaltgehalt. Sollten die Verkokungstemperaturen außer Kontrolle geraten, könnte eine exotherme Reaktion auftreten.

Beim thermischen Cracken bei der Verarbeitung von Sauerölen kann es bei Metalltemperaturen zwischen 232 °C und 482 °C zu Korrosion kommen. Es scheint, dass Koks oberhalb von 482 °C eine Schutzschicht auf dem Metall bildet. Schwefelwasserstoffkorrosion tritt jedoch auf, wenn Temperaturen über 482 °C nicht richtig kontrolliert werden. Der untere Teil des Turms, die Hochtemperaturaustauscher, der Ofen und die Einweichtrommeln sind Korrosion ausgesetzt. Ständige thermische Veränderungen führen dazu, dass Kokstrommelmäntel ausbeulen und reißen.

Wasser- oder Dampfinjektion wird verwendet, um die Ansammlung von Koks in Ofenrohren mit verzögerter Verkokung zu verhindern. Das Wasser muss vollständig aus dem Koker abgelassen werden, um beim Wiederbefüllen mit heißem Koks keine Explosion zu verursachen. In Notfällen sind alternative Ausstiegsmöglichkeiten von der Arbeitsplattform auf Kokereifässern erforderlich.

Verbrennungen können beim Umgang mit heißem Koks, durch Dampf im Falle eines Dampfleitungslecks oder durch heißes Wasser, heißen Koks oder heiße Aufschlämmung auftreten, die beim Öffnen von Verkokungsanlagen austreten können. Es besteht die Möglichkeit einer Exposition gegenüber aromatischen Naphthas, die Benzol-, Schwefelwasserstoff- und Kohlenmonoxidgase enthalten, und Spuren von karzinogenen PAKs im Zusammenhang mit Verkokungsvorgängen. Saures Abwasser kann stark alkalisch sein und Öl, Sulfide, Ammoniak und Phenol enthalten. Wenn Koks als Aufschlämmung transportiert wird, kann es in geschlossenen Räumen wie Lagersilos zu Sauerstoffmangel kommen, da feuchte Kohle Sauerstoff adsorbiert.

Katalytische Crackverfahren

Katalytisches Cracken zerlegt komplexe Kohlenwasserstoffe in einfachere Moleküle, um die Qualität und Quantität leichterer, wünschenswerterer Produkte zu erhöhen und die Menge an Rückständen zu verringern. Schwere Kohlenwasserstoffe werden bei hoher Temperatur und niedrigem Druck Katalysatoren ausgesetzt, die chemische Reaktionen fördern. Dieser Prozess ordnet die Molekularstruktur neu und wandelt schwere Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterialien in leichtere Fraktionen wie Kerosin, Benzin, LPG, Heizöl und petrochemische Ausgangsmaterialien um (siehe Abbildung 9 und Abbildung 10). Die Auswahl eines Katalysators hängt von einer Kombination aus größtmöglicher Reaktivität und bester Abriebfestigkeit ab. Die in Crackanlagen von Raffinerien verwendeten Katalysatoren sind typischerweise feste Materialien (Zeolith, Aluminiumhydrosilikat, behandelter Bentonit-Ton, Bleicherde, Bauxit und Siliciumdioxid-Aluminiumoxid), die in Form von Pulvern, Kügelchen, Pellets oder geformten Materialien, Extruditen genannt, vorliegen.

Abbildung 9. Katalytischer Crackprozess

Abbildung 10. Schema des katalytischen Crackverfahrens

Bei allen katalytischen Crackverfahren gibt es drei Grundfunktionen:

• Reaktion – Ausgangsmaterial reagiert mit Katalysator und crackt in verschiedene Kohlenwasserstoffe.
• Regeneration – Katalysator wird durch Abbrennen von Koks reaktiviert.
• Fraktionierung – der gecrackte Kohlenwasserstoffstrom wird in verschiedene Produkte getrennt.

 

Katalytische Crackverfahren sind sehr flexibel und die Betriebsparameter können angepasst werden, um sich ändernden Produktanforderungen gerecht zu werden. Die drei Grundtypen katalytischer Crackverfahren sind:

• Fluid Catalytic Cracking (FCC)
• Katalytisches Cracken im beweglichen Bett
• Thermokatalytisches Cracken (TCC).

 

Fluidkatalytisches Cracken

Katalytische Wirbelschichtcracker haben einen Katalysatorabschnitt (Riser, Reaktor und Regenerator) und einen Fraktionierungsabschnitt, die beide zusammen als integrierte Verarbeitungseinheit arbeiten. Die FCC verwendet fein pulverisierten Katalysator, der in Öldampf oder Gas suspendiert ist und als Flüssigkeit wirkt. Das Cracken findet im Zulaufrohr (Steigrohr) statt, in dem das Gemisch aus Katalysator und Kohlenwasserstoffen den Reaktor durchströmt.

Das FCC-Verfahren mischt eine vorgewärmte Kohlenwasserstoffbeschickung mit heißem, regeneriertem Katalysator, wenn er in die zum Reaktor führende Steigleitung eintritt. Die Beschickung verbindet sich mit dem zurückgeführten Öl innerhalb des Risers, wird verdampft und durch den heißen Katalysator auf Reaktortemperatur gebracht. Während die Mischung den Reaktor hinauf wandert, wird die Beschickung bei niedrigem Druck gecrackt. Dieses Cracken wird fortgesetzt, bis die Öldämpfe in den Reaktorzyklonen vom Katalysator getrennt werden. Der resultierende Produktstrom tritt in eine Kolonne ein, wo er in Fraktionen getrennt wird, wobei ein Teil des Schweröls als Rückführungsöl zurück in die Steigleitung geleitet wird.

Verbrauchter Katalysator wird regeneriert, um Koks zu entfernen, der sich während des Verfahrens auf dem Katalysator ansammelt. Verbrauchter Katalysator fließt durch den Katalysatorstripper zum Regenerator, wo er sich mit vorgewärmter Luft vermischt und die meisten Koksablagerungen abbrennt. Frischer Katalysator wird hinzugefügt und abgenutzter Katalysator entfernt, um den Crackprozess zu optimieren.

Katalytisches Cracken im beweglichen Bett

Das katalytische Bewegtbettcracken ist dem katalytischen Wirbelschichtcracken ähnlich; der Katalysator liegt jedoch in Form von Pellets anstelle von feinem Pulver vor. Die Pellets bewegen sich kontinuierlich über ein Förderband oder pneumatische Heberohre zu einem Vorratstrichter am oberen Ende der Einheit und fließen dann durch die Schwerkraft nach unten durch den Reaktor zu einem Regenerator. Der Regenerator und der Trichter sind durch Dampfdichtungen vom Reaktor isoliert. Das gecrackte Produkt wird in Kreisgas, Öl, geklärtes Öl, Destillat, Naphtha und Nassgas getrennt.

Thermofor katalytisches Cracken

Beim thermokatalytischen Cracken fließt das vorgewärmte Ausgangsmaterial durch die Schwerkraft durch das katalytische Reaktorbett. Dämpfe werden vom Katalysator getrennt und zu einem Fraktionierturm geleitet. Der verbrauchte Katalysator wird regeneriert, gekühlt und recycelt, und das Rauchgas aus der Regenerierung wird zur Wärmerückgewinnung zu einem Kohlenmonoxidkessel geleitet.

Gesundheits- und Sicherheitsüberlegungen

Es sollten regelmäßige Probenahmen und Tests von Rohstoff-, Produkt- und Recyclingströmen durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass der Crackprozess wie beabsichtigt funktioniert und dass keine Verunreinigungen in den Prozessstrom gelangt sind. Korrosive Stoffe oder Ablagerungen im Ausgangsmaterial können Gaskompressoren verschmutzen. Bei der Verarbeitung von Sour Crude ist bei Temperaturen darunter mit Korrosion zu rechnen
482 Grad. Korrosion findet dort statt, wo sowohl Flüssig- als auch Dampfphasen vorhanden sind, und an Bereichen, die örtlicher Abkühlung unterliegen, wie z. B. Düsen und Plattformstützen. Bei der Verarbeitung von Ausgangsmaterialien mit hohem Stickstoffgehalt kann der Kontakt mit Ammoniak und Cyanid Kohlenstoffstahlausrüstung im FCC-Überkopfsystem Korrosion, Rissbildung oder Wasserstoffblasenbildung aussetzen, was durch Waschen mit Wasser oder Korrosionsinhibitoren minimiert werden kann. Eine Wasserwäsche kann verwendet werden, um Kopfkondensatoren in der Hauptkolonne zu schützen, die einer Verschmutzung durch Ammoniumhydrosulfid ausgesetzt sind.

Kritische Ausrüstung, einschließlich Pumpen, Kompressoren, Öfen und Wärmetauscher, sollte inspiziert werden. Die Inspektionen sollten die Überprüfung auf Lecks aufgrund von Erosion oder anderen Fehlfunktionen, wie z. B. Katalysatoraufbau an den Expandern, Verkokung in den Überkopf-Zuführungsleitungen durch Rohstoffrückstände und andere ungewöhnliche Betriebsbedingungen, umfassen.

Flüssige Kohlenwasserstoffe im Katalysator oder beim Eintritt in den erhitzten Verbrennungsluftstrom können exotherme Reaktionen hervorrufen. Bei einigen Prozessen muss darauf geachtet werden, dass während der Wiederbefüllung oder Entsorgung keine explosiven Konzentrationen von Katalysatorstaub vorhanden sind. Beim Entladen von verkoktem Katalysator besteht die Möglichkeit von Eisensulfidbränden. Eisensulfid entzündet sich an der Luft von selbst und muss daher mit Wasser benetzt werden, damit es nicht zu einer Zündquelle für Dämpfe wird. Verkokter Katalysator kann entweder auf unter 49 °C gekühlt werden, bevor er aus dem Reaktor entleert wird, oder zuerst in Behälter geschüttet werden, die mit inertem Stickstoff gespült und dann vor der weiteren Handhabung gekühlt werden.

Während der Probenahme aus dem Prozess oder wenn ein Leck oder eine Freisetzung auftritt, besteht die Möglichkeit, extrem heißen Kohlenwasserstoffflüssigkeiten oder -dämpfen ausgesetzt zu werden. Darüber hinaus kann es bei einer Freisetzung von krebserzeugenden PAK, aromatischem Naphtha, das Benzol enthält, Sauergas (Brenngas aus Prozessen wie katalytischem Cracken und Hydrotreating, das Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid enthält), Schwefelwasserstoff und/oder Kohlenmonoxidgas vorkommen Produkt oder Dampf. Bei Crackprozessen, die Nickelkatalysatoren verwenden, kann es zu einer unbeabsichtigten Bildung von hochgiftigem Nickelcarbonyl kommen, was zu potenziell gefährlichen Expositionen führen kann.

Die Katalysatorregeneration umfasst das Dampfstrippen und Entkoken, was zu einer potenziellen Exposition gegenüber flüssigen Abfallströmen führt, die je nach Einsatzmaterialien, Rohölen und Prozessen unterschiedliche Mengen an Sauerwasser, Kohlenwasserstoff, Phenol, Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Mercaptan und anderen Materialien enthalten können. Sichere Arbeitspraktiken und die Verwendung geeigneter persönlicher Schutzausrüstung (PSA) sind erforderlich, wenn verbrauchter Katalysator gehandhabt, Katalysator nachgefüllt wird oder wenn Lecks oder Freisetzungen auftreten.

Hydrocracking-Verfahren

Hydrocracken ist ein zweistufiges Verfahren, das katalytisches Cracken und Hydrierung kombiniert, wobei Destillatfraktionen in Gegenwart von Wasserstoff und speziellen Katalysatoren gecrackt werden, um wünschenswertere Produkte herzustellen. Das Hydrocracken hat gegenüber dem katalytischen Cracken den Vorteil, dass schwefelreiche Ausgangsmaterialien ohne vorherige Entschwefelung verarbeitet werden können. Dabei wird schweres aromatisches Ausgangsmaterial unter sehr hohen Drücken und ziemlich hohen Temperaturen in leichtere Produkte umgewandelt. Wenn das Ausgangsmaterial einen hohen Paraffingehalt hat, verhindert der Wasserstoff die Bildung von PAKs, verringert die Teerbildung und verhindert die Ansammlung von Koks auf dem Katalysator. Das Hydrocracken erzeugt relativ große Mengen an Isobutan für Alkylierungseinsatzmaterialien und verursacht auch eine Isomerisierung zur Stockpunktsteuerung und Rauchpunktsteuerung, die beide in hochwertigem Düsentreibstoff wichtig sind.

In der ersten Stufe wird das Ausgangsmaterial mit recyceltem Wasserstoff gemischt, erhitzt und zum Primärreaktor geleitet, wo eine große Menge des Ausgangsmaterials in Mitteldestillate umgewandelt wird. Schwefel- und Stickstoffverbindungen werden durch einen Katalysator im Primärstufenreaktor zu Schwefelwasserstoff und Ammoniak umgewandelt. Der Rückstand wird erhitzt und zu einem Hochdruckabscheider geleitet, wo wasserstoffreiche Gase entfernt und recycelt werden. Die verbleibenden Kohlenwasserstoffe werden gestrippt oder gereinigt, um Schwefelwasserstoff, Ammoniak und leichte Gase zu entfernen, die in einem Akkumulator gesammelt werden, wo Benzin von Sauergas getrennt wird.

Die gestrippten flüssigen Kohlenwasserstoffe aus dem Primärreaktor werden mit Wasserstoff gemischt und zum Reaktor der zweiten Stufe geleitet, wo sie in hochwertiges Benzin, Kerosin und Destillatmischungen gecrackt werden. Diese Produkte durchlaufen eine Reihe von Hoch- und Niederdruckabscheidern, um Gase zu entfernen, die recycelt werden. Die flüssigen Kohlenwasserstoffe werden stabilisiert, gespalten und gestrippt, wobei die leichten Naphtha-Produkte aus dem Hydrocracker zum Mischen von Benzin verwendet werden, während die schwereren Naphthas recycelt oder zu einer katalytischen Reformereinheit geleitet werden. (Siehe Abbildung 11.)

Abbildung 11. Hydrocracking-Prozess

Gesundheits- und Sicherheitsüberlegungen

Aufgrund der sehr hohen Drücke in diesem Prozess sind Inspektionen und Tests von Sicherheitsentlastungsvorrichtungen wichtig. Zum Schutz vor Verstopfung der Reaktorbetten ist eine ordnungsgemäße Prozesssteuerung erforderlich. Aufgrund der Betriebstemperaturen und des Vorhandenseins von Wasserstoff muss der Schwefelwasserstoffgehalt des Ausgangsmaterials strikt auf ein Minimum gehalten werden, um die Möglichkeit einer starken Korrosion zu verringern. Auch die Korrosion durch feuchtes Kohlendioxid in Kondensationsbereichen muss berücksichtigt werden. Bei der Verarbeitung von stickstoffreichen Ausgangsmaterialien bilden Ammoniak und Schwefelwasserstoff Ammoniumhydrogensulfid, das bei Temperaturen unterhalb des Wassertaupunkts starke Korrosion verursacht. Ammoniumhydrosulfid ist auch beim Sauerwasserstrippen vorhanden. Da der Hydrocracker bei sehr hohen Drücken und Temperaturen arbeitet, ist die Kontrolle sowohl von Kohlenwasserstofflecks als auch von Wasserstofffreisetzungen wichtig, um Brände zu verhindern.

Da es sich um einen geschlossenen Prozess handelt, sind die Expositionen unter normalen Betriebsbedingungen minimal. Es besteht die Möglichkeit der Exposition gegenüber aliphatischem Naphtha, das Benzol, karzinogenen PAKs, Kohlenwasserstoffgas- und Dampfemissionen, wasserstoffreichem Gas und Schwefelwasserstoffgas als Folge von Hochdrucklecks enthält. Während der Katalysatorregeneration und -umstellung können große Mengen Kohlenmonoxid freigesetzt werden. Katalysatordampfstrippen und -regenerierung erzeugt Abfallströme, die saures Wasser und Ammoniak enthalten. Beim Umgang mit verbrauchtem Katalysator sind sichere Arbeitspraktiken und geeignete persönliche Schutzausrüstung erforderlich. Bei einigen Prozessen ist Vorsicht geboten, um sicherzustellen, dass sich während des Wiederaufladens keine explosiven Konzentrationen von katalytischem Staub bilden. Das Entladen von verkoktem Katalysator erfordert besondere Vorsichtsmaßnahmen, um durch Eisensulfid verursachte Brände zu verhindern. Der verkokte Katalysator sollte vor dem Abladen entweder auf unter 49 °C gekühlt oder bis zum Abkühlen in mit Stickstoff inertisierte Behälter gegeben werden.

Prozesse kombinieren

Zwei Kombinationsprozesse, Polymerisation und Alkylierung, werden verwendet, um kleine wasserstoffarme Moleküle, sog Olefine, aus thermischem und katalytischem Cracken gewonnen werden, um wünschenswertere Benzinmischmaterialien zu erzeugen.

Polymerisation

Polymerisation ist der Prozess der Kombination von zwei oder mehr ungesättigten organischen Molekülen (Olefinen), um ein einzelnes, schwereres Molekül mit den gleichen Elementen im gleichen Verhältnis wie das ursprüngliche Molekül zu bilden. Es wandelt gasförmige Olefine wie Ethylen, Propylen und Butylen, die durch thermische und Fluid-Crackanlagen umgewandelt wurden, in schwerere, komplexere Moleküle mit höherer Oktanzahl um, einschließlich Naphtha und petrochemischer Ausgangsmaterialien. Das Olefineinsatzmaterial wird vorbehandelt, um Schwefelverbindungen und andere unerwünschte Stoffe zu entfernen, und dann über einen Phosphorkatalysator geleitet, üblicherweise einen festen Katalysator oder flüssige Phosphorsäure, wo eine exotherme Polymerreaktion auftritt. Dies erfordert die Verwendung von Kühlwasser und das Einspritzen von kaltem Ausgangsmaterial in den Reaktor, um die Temperaturen bei verschiedenen Drücken zu steuern. Säure in den Flüssigkeiten wird durch ätzendes Waschen entfernt, die Flüssigkeiten werden fraktioniert und der Säurekatalysator wird zurückgeführt. Der Dampf wird fraktioniert, um Butane zu entfernen, und neutralisiert, um Säurespuren zu entfernen. (Siehe Abbildung 12.)

Abbildung 12. Polymerisationsprozess

Sollte Wasser mit der Phosphorsäure in Kontakt kommen, wie z. B. beim Waschen mit Wasser bei Abschaltungen, tritt schwere Korrosion auf, die zu Geräteausfällen führt. Korrosion kann auch in Rohrverteilern, Reboilern, Wärmetauschern und anderen Stellen auftreten, an denen sich Säure absetzen kann. Es besteht die Möglichkeit, dass es ätzenden Waschmitteln (Natriumhydroxid), Phosphorsäure, die im Prozess verwendet oder während der Wenden ausgewaschen wird, und Katalysatorstaub ausgesetzt wird. Bei Verlust von Kühlwasser besteht die Möglichkeit einer unkontrollierten exothermen Reaktion.

Alkylierung

Die Alkylierung kombiniert die Moleküle von Olefinen, die beim katalytischen Cracken entstehen, mit denen von Isoparaffinen, um das Volumen und die Oktanzahl von Benzinmischungen zu erhöhen. Olefine reagieren mit Isoparaffinen in Gegenwart eines hochaktiven Katalysators, üblicherweise Schwefelsäure oder Flusssäure (oder Aluminiumchlorid), um ein langverzweigtes paraffinisches Molekül zu erzeugen, genannt Alkoxid (Iso-Octan), mit außergewöhnlicher Antiklopf-Qualität. Das Alkylat wird dann abgetrennt und fraktioniert. Die relativ niedrigen Reaktionstemperaturen von 10°C bis 16°C für Schwefelsäure, 27°C bis 0°C für Flusssäure (HF) und 0°C für Aluminiumchlorid werden durch Kühlung kontrolliert und aufrechterhalten. (Siehe Abbildung 13.)

Abbildung 13. Alkylierungsprozess

Schwefelsäurealkylierung. In Schwefelsäure-Alkylierungseinheiten vom Kaskadentyp treten Ausgangsmaterialien, einschließlich Propylen, Butylen, Amylen und frisches Isobutan, in den Reaktor ein, wo sie mit dem Schwefelsäurekatalysator in Kontakt kommen. Der Reaktor ist in Zonen unterteilt, wobei jeder Zone Olefine durch Verteiler zugeführt werden und die Schwefelsäure und die Isobutane über Leitbleche von Zone zu Zone strömen. Reaktionswärme wird durch Verdampfen von Isobutan entfernt. Das Isobutangas wird von der Oberseite des Reaktors entfernt, gekühlt und zurückgeführt, wobei ein Teil zum Entpropanisierungsturm geleitet wird. Reste aus dem Reaktor werden abgesetzt, und die Schwefelsäure wird vom Boden des Gefäßes entfernt und rezirkuliert. Laugen- und/oder Wasserwäscher werden verwendet, um kleine Säuremengen aus dem Prozessstrom zu entfernen, der dann zu einem De-Isobutanisierungsturm geleitet wird. Das Isobutankopfprodukt des Debutans wird zurückgeführt, und die verbleibenden Kohlenwasserstoffe werden in einem Rerun-Turm getrennt und/oder zum Mischen geleitet.

Alkylierung von Flusssäure. Es gibt zwei Arten von Flusssäure-Alkylierungsprozessen: Phillips und UOP. Beim Phillips-Verfahren wird Olefin- und Isobutan-Einsatzmaterial getrocknet und einer Reaktor/Abscheider-Kombinationseinheit zugeführt. Der Kohlenwasserstoff aus der Absetzzone wird dem Hauptfraktionierer zugeführt. Der Overhead des Hauptfraktionierers geht zu einem Depropanisierer. Propan mit Spuren von Flusssäure (HF) geht zu einem HF-Stripper und wird dann katalytisch entfluoriert, behandelt und zur Lagerung geschickt. Isobutan wird aus dem Hauptfraktionator abgezogen und in den Reaktor/Absetzer zurückgeführt, und Alkylat vom Boden des Hauptfraktionators wird zu einem Splitter geleitet.

Das UOP-Verfahren verwendet zwei Reaktoren mit getrennten Absetzern. Die Hälfte des getrockneten Einsatzmaterials wird in den ersten Reaktor eingebracht, zusammen mit zurückgeführtem und ergänzendem Isobutan, und dann in seinen Absetzer, wo die Säure zurückgeführt und der Kohlenwasserstoff in den zweiten Reaktor eingebracht wird. Die andere Hälfte des Einsatzmaterials geht in den zweiten Reaktor, wobei die Absetzsäure zurückgeführt und die Kohlenwasserstoffe dem Hauptfraktionator zugeführt werden. Die anschließende Verarbeitung ähnelt der von Phillips, da das Kopfprodukt aus dem Hauptfraktionierer zu einem Depropanisierer geht, Isobutan zurückgeführt und Alkylat zu einem Splitter geschickt wird.

Gesundheits- und Sicherheitsüberlegungen

Schwefelsäure und Flusssäure sind gefährliche Chemikalien, und beim Anliefern und Entladen von Säure ist Vorsicht geboten. Für einen guten Betrieb und zur Minimierung von Korrosion müssen Schwefelsäurekonzentrationen von 85 bis 95 % aufrechterhalten werden. Um Korrosion durch Flusssäure zu vermeiden, muss die Säurekonzentration in der Prozesseinheit über 65 % und die Feuchtigkeit unter 4 % gehalten werden. Etwas Korrosion und Fouling in Schwefelsäureanlagen treten durch den Abbau von Schwefelsäureestern auf oder wenn Ätzmittel zur Neutralisation hinzugefügt wird. Diese Ester können durch Behandlung mit frischer Säure und Waschen mit heißem Wasser entfernt werden.

Störungen können durch den Verlust des Kühlwassers verursacht werden, das zum Aufrechterhalten der Prozesstemperaturen benötigt wird. Der Druck auf der Kühlwasser- und Dampfseite von Wärmetauschern sollte unter dem Mindestdruck auf der Säureseite gehalten werden, um eine Wasserverunreinigung zu vermeiden. Entlüftungen können zu Soda-Wäschern geleitet werden, um Fluorwasserstoffgas oder Flusssäuredämpfe vor der Freisetzung zu neutralisieren. Bordsteine, Entwässerung und Isolierung können für die Eindämmung der Prozesseinheit bereitgestellt werden, damit das Abwasser vor der Einleitung in das Abwassersystem neutralisiert werden kann.

Einheiten mit Flusssäure sollten vor dem Wenden und Betreten gründlich entleert und chemisch gereinigt werden, um alle Spuren von Eisenfluorid und Flusssäure zu entfernen. Wenn Wasser verwendet wurde, sollte das Gerät nach dem Abschalten gründlich getrocknet werden, bevor Flusssäure eingefüllt wird. Lecks, Verschüttungen oder Freisetzungen von Flusssäure oder flusssäurehaltigen Kohlenwasserstoffen sind äußerst gefährlich. Es sind Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, um sicherzustellen, dass Ausrüstung und Materialien, die mit Säure in Kontakt gekommen sind, sorgfältig gehandhabt und gründlich gereinigt werden, bevor sie den Prozessbereich oder die Raffinerie verlassen. Zur Neutralisation von Geräten, die mit Flusssäure in Kontakt gekommen sind, werden häufig Tauchwaschbecken bereitgestellt.

Es besteht die Möglichkeit ernsthafter gefährlicher und toxischer Belastungen, falls es zu Lecks, Verschüttungen oder Freisetzungen kommt. Direkter Kontakt mit Schwefel- oder Flusssäure verursacht schwere Haut- und Augenschäden, und das Einatmen von Säurenebeln oder säurehaltigen Kohlenwasserstoffdämpfen verursacht schwere Reizungen und Schäden an den Atemwegen. Es sollten besondere vorsorgliche Notfallvorsorgemaßnahmen ergriffen werden, und es sollte ein Schutz bereitgestellt werden, der der potenziellen Gefahr und den möglicherweise betroffenen Bereichen angemessen ist. Sichere Arbeitspraktiken und angemessene persönliche Schutzausrüstung für Haut und Atemwege sind dort erforderlich, wo eine potenzielle Exposition gegenüber Fluss- und Schwefelsäure während des normalen Betriebs besteht, wie z. Es sollten Verfahren vorhanden sein, um sicherzustellen, dass Schutzausrüstung und -kleidung, die bei Schwefel- oder Flusssäureaktivitäten getragen werden, einschließlich Chemikalienschutzanzügen, Kopf- und Schuhbedeckungen, Handschuhen, Gesichts- und Augenschutz und Atemschutzausrüstung, vor der Wiederausgabe gründlich gereinigt und dekontaminiert werden.

Prozesse neu ordnen

Katalytische Reformierung und Isomerisierung sind Prozesse, die Kohlenwasserstoffmoleküle neu anordnen, um Produkte mit unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen. Nach dem Cracken erfordern einige Benzinströme, obwohl sie die richtige Molekülgröße haben, eine weitere Verarbeitung, um ihre Leistung zu verbessern, da sie in einigen Qualitäten, wie Oktanzahl oder Schwefelgehalt, mangelhaft sind. Das Reformieren von Wasserstoff (Dampf) erzeugt zusätzlichen Wasserstoff zur Verwendung in der Hydrierungsverarbeitung.

Katalytische Reformierung

Katalytische Reformierungsprozesse wandeln schwere Naphthas mit niedriger Oktanzahl in aromatische Kohlenwasserstoffe für petrochemische Ausgangsmaterialien und Benzinkomponenten mit hoher Oktanzahl um, genannt reformiert, durch molekulare Umlagerung oder Dehydrierung. Je nach Einsatzmaterial und Katalysatoren können Reformate mit sehr hohen Konzentrationen an Toluol, Benzol, Xylol und anderen Aromaten hergestellt werden, die beim Benzinmischen und in der petrochemischen Verarbeitung nützlich sind. Wasserstoff, ein bedeutendes Nebenprodukt, wird zum Recycling und zur Verwendung in anderen Prozessen vom Reformat getrennt. Das resultierende Produkt hängt von Reaktortemperatur und -druck, dem verwendeten Katalysator und der Wasserstoffrückführungsrate ab. Einige katalytische Reformer arbeiten bei niedrigem Druck und andere bei hohem Druck. Einige katalytische Reformierungssysteme regenerieren den Katalysator kontinuierlich, einige Anlagen regenerieren alle Reaktoren während der Turnarounds und andere nehmen einen Reaktor nach dem anderen zur Katalysatorregeneration vom Strom.

Beim katalytischen Reformieren wird Naphtha-Ausgangsmaterial mit Wasserstoff vorbehandelt, um Verunreinigungen wie Chlor-, Schwefel- und Stickstoffverbindungen zu entfernen, die den Katalysator vergiften könnten. Das Produkt wird geflasht und in Türmen fraktioniert, wo die verbleibenden Verunreinigungen und Gase entfernt werden. Das entschwefelte Naphtha-Ausgangsmaterial wird zum katalytischen Reformer geleitet, wo es zu Dampf erhitzt und durch einen Reaktor mit einem stationären Bett aus bimetallischem oder metallischem Katalysator geleitet wird, der eine kleine Menge Platin, Molybdän, Rhenium oder andere Edelmetalle enthält. Die zwei Hauptreaktionen, die auftreten, sind die Produktion von hochoktanigen Aromaten durch Entfernen von Wasserstoff aus den Ausgangsmaterialmolekülen und die Umwandlung von normalen Paraffinen in verzweigtkettige oder Isoparaffine.

Beim Plattforming, einem weiteren katalytischen Reformierungsverfahren, wird nicht hydrodesulfuriertes Ausgangsmaterial mit Rückführgas kombiniert und zunächst über einen weniger teuren Katalysator geleitet. Alle verbleibenden Verunreinigungen werden in Schwefelwasserstoff und Ammoniak umgewandelt und entfernt, bevor der Strom über den Platinkatalysator geleitet wird. Wasserstoffreicher Dampf wird rezirkuliert, um Reaktionen zu verhindern, die den Katalysator vergiften könnten. Der Reaktorausgang wird in flüssiges Reformat, das zu einem Strippturm geleitet wird, und Gas, das komprimiert und zurückgeführt wird, getrennt. (Siehe Abbildung 14.)

Abbildung 14. Katalytischer Reformierungsprozess

Betriebsverfahren sind erforderlich, um Hot Spots während des Starts zu kontrollieren. Es muss darauf geachtet werden, den Katalysator beim Beladen der Betten nicht zu zerbrechen oder zu zerquetschen, da kleine Feinteile die Siebe des Reformers verstopfen. Vorsichtsmaßnahmen gegen Staub beim Regenerieren oder Ersetzen des Katalysators sind erforderlich. Während der Katalysatorregeneration können geringe Emissionen von Kohlenmonoxid und Schwefelwasserstoff auftreten.

Eine Wasserwäsche sollte in Erwägung gezogen werden, wenn in Reformern aufgrund der Bildung von Ammoniumchlorid und Eisensalzen Stabilisatorfouling aufgetreten ist. Ammoniumchlorid kann sich in Vorbehandlungsaustauschern bilden und Korrosion und Fouling verursachen. Chlorwasserstoff aus der Hydrierung von Chlorverbindungen kann Säuren oder Ammoniumchloridsalze bilden. Es besteht die Möglichkeit der Exposition gegenüber aliphatischen und aromatischen Naphthas, wasserstoffreichem Prozessgas, Schwefelwasserstoff und Benzol, falls ein Leck oder eine Freisetzung auftritt.

Isomerisierung

Isomerisierung wandelt um n-Butan, n-Pentan u n-Hexan in ihre jeweiligen Isoparaffine. Einige der normalen geradkettigen Paraffinkomponenten von leichtem Straight-run-Naphtha haben eine niedrige Oktanzahl. Diese können in verzweigtkettige Isomere mit hoher Oktanzahl umgewandelt werden, indem die Bindungen zwischen Atomen neu angeordnet werden, ohne die Anzahl oder Art der Atome zu ändern. Die Isomerisierung ähnelt dem katalytischen Reformieren insofern, als die Kohlenwasserstoffmoleküle neu angeordnet werden, aber im Gegensatz zum katalytischen Reformieren wandelt die Isomerisierung nur normale Paraffine in Isoparaffine um. Die Isomerisierung verwendet einen anderen Katalysator als die katalytische Reformierung.

Die beiden unterschiedlichen Isomerisierungsverfahren sind Butan (C₄) und Pentan/Hexan. (C₅/C₆).

Butan (C₄) Isomerisierung erzeugt Ausgangsmaterial für die Alkylierung. Ein Niedertemperaturverfahren verwendet hochaktiven Aluminiumchlorid- oder Chlorwasserstoff-Katalysator ohne befeuerte Heizelemente zur Isomerisierung n-Butan. Das behandelte und vorgewärmte Ausgangsmaterial wird dem Rückführungsstrom zugesetzt, mit HCl vermischt und durch den Reaktor geleitet (siehe Abbildung 15).

Abbildung 15. C4-Isomerisierung

Die Pentan/Hexan-Isomerisierung wird verwendet, um die Oktanzahl durch Umwandlung zu erhöhen n-Pentan u n-Hexan. In einem typischen Pentan/Hexan-Isomerisierungsverfahren wird getrocknetes und entschwefeltes Ausgangsmaterial mit einer kleinen Menge organischem Chlorid und zurückgeführtem Wasserstoff gemischt und auf Reaktortemperatur erhitzt. Anschließend wird es über einen Metallträgerkatalysator in den ersten Reaktor geleitet, wo Benzol und Olefine hydriert werden. Die Beschickung geht als nächstes zum Isomerisierungsreaktor, wo die Paraffine katalytisch zu Isoparaffinen isomerisiert, gekühlt und zu einem Separator geleitet werden. Trenngas und Wasserstoff werden zusammen mit Frischwasserstoff recycelt. Die Flüssigkeit wird mit alkalischen Materialien neutralisiert und zu einer Stripperkolonne geleitet, wo Chlorwasserstoff zurückgewonnen und zurückgeführt wird. (Siehe Abbildung 16.)

Abbildung 16. Isomerisierungsprozess

Wenn das Ausgangsmaterial nicht vollständig getrocknet und entschwefelt wird, besteht die Möglichkeit einer Säurebildung, die zu einer Katalysatorvergiftung und Metallkorrosion führt. Wasser oder Dampf dürfen nicht in Bereiche gelangen, in denen Chlorwasserstoff vorhanden ist. Es sind Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, um zu verhindern, dass HCl in die Kanalisation und Kanalisation gelangt. Es besteht die Möglichkeit der Exposition gegenüber Isopentan- und aliphatischen Naphtha-Dämpfen und -Flüssigkeiten sowie gegenüber wasserstoffreichem Prozessgas, Salzsäure und Chlorwasserstoff und Staub, wenn ein fester Katalysator verwendet wird.

Wasserstofferzeugung (Dampfreformierung)

Hochreiner Wasserstoff (95 bis 99 %) wird für Hydrodesulfurierung, Hydrierung, Hydrocracken und petrochemische Prozesse benötigt. Wenn nicht genug Wasserstoff als Nebenprodukte von Raffinerieprozessen produziert wird, um den gesamten Raffineriebedarf zu decken, ist die Herstellung von zusätzlichem Wasserstoff erforderlich.

Bei der Wasserstoffdampfreformierung werden entschwefelte Gase mit überhitztem Dampf gemischt und in Rohren reformiert, die einen Katalysator auf Nickelbasis enthalten. Das reformierte Gas, das aus Wasserdampf, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid besteht, wird gekühlt und durch Konverter geleitet, wo das Kohlenmonoxid mit Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlendioxid reagiert. Das Kohlendioxid wird mit Aminlösungen gewaschen und in die Atmosphäre entlüftet, wenn die Lösungen durch Erhitzen reaktiviert werden. Im Produktstrom verbleibendes Kohlenmonoxid wird in Methan umgewandelt. (Siehe Abbildung 17.)

Abbildung 17. Dampfreformierungsprozess

Inspektionen und Tests müssen durchgeführt werden, wenn die Möglichkeit eines Ventilausfalls aufgrund von Verunreinigungen im Wasserstoff besteht. Die Verschleppung von kaustischen Wäschern zur Verhinderung von Korrosion in Vorwärmern muss kontrolliert werden, und es muss verhindert werden, dass Chloride aus dem Ausgangsmaterial oder dem Dampfsystem in Reformerrohre eindringen und den Katalysator verunreinigen. Expositionen können aus der Verunreinigung des Kondensats durch Prozessmaterialien wie Ätzmittel und Aminverbindungen sowie aus überschüssigem Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid resultieren. Bei einer Freisetzung besteht die Möglichkeit von Verbrennungen durch heiße Gase und überhitzten Dampf.

Verschiedene Raffinerieprozesse

Schmierbasis und Wachsprozesse

Schmieröle und Wachse werden aus verschiedenen Fraktionen atmosphärischer und Vakuumdestillation raffiniert. Mit der Erfindung der Vakuumdestillation wurde entdeckt, dass wachsartige Rückstände ein besseres Schmiermittel abgeben als jedes der damals verwendeten tierischen Fette, was der Beginn der modernen Raffinationstechnologie für Kohlenwasserstoffschmierstoffe war, deren Hauptziel es ist, unerwünschte Produkte zu entfernen. wie Asphalte, sulfonierte Aromaten und paraffinische und iso-paraffinische Wachse aus den Restfraktionen, um hochwertige Schmierstoffe herzustellen. Dies erfolgt durch eine Reihe von Prozessen, einschließlich Entasphaltierung, Lösungsmittelextraktion und Trenn- und Behandlungsprozessen wie Entparaffinieren und Hydrofinishing. (Siehe Abbildung 18)

Abbildung 18. Herstellungsprozess von Schmieröl und Wachs

Bei der Extraktionsverarbeitung wird reduziertes Rohöl aus der Vakuumeinheit von Propan entasphaltiert und mit Straight-Run-Schmieröl-Ausgangsmaterial kombiniert, vorgeheizt und mit Lösungsmittel extrahiert, um ein Ausgangsmaterial namens Raffinat zu erzeugen. In einem typischen Extraktionsverfahren, das Phenol als Lösungsmittel verwendet, wird das Ausgangsmaterial im Behandlungsabschnitt bei Temperaturen unter 204 °C mit Phenol vermischt. Phenol wird dann vom Raffinat abgetrennt und recycelt. Das Raffinat kann dann einem weiteren Extraktionsverfahren unterzogen werden, das Furfural verwendet, um aromatische Verbindungen von nichtaromatischen Kohlenwasserstoffen zu trennen, wodurch ein heller gefärbtes Raffinat mit verbessertem Viskositätsindex und verbesserter Oxidations- und Wärmestabilität erzeugt wird.

Entparaffiniertes Raffinat kann auch einer weiteren Verarbeitung unterzogen werden, um die Qualitäten des Grundmaterials zu verbessern. Tonadsorptionsmittel werden verwendet, um dunkel gefärbte, instabile Moleküle aus Schmierölgrundstoffen zu entfernen. Bei einem alternativen Verfahren, dem Lube Hydrofinishing, werden heißes entparaffiniertes Raffinat und Wasserstoff durch einen Katalysator geleitet, der die Molekularstruktur leicht verändert, was zu einem helleren Öl mit verbesserten Eigenschaften führt. Die behandelten Schmierölbasismaterialien werden dann mit Additiven gemischt und/oder compoundiert, um die erforderlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften von Motorölen, Industrieschmiermitteln und Metallbearbeitungsölen zu erfüllen.

Die zwei unterschiedlichen Wachsarten, die aus Rohöl gewonnen werden, sind Paraffinwachs, das aus Destillatvorräten hergestellt wird, und mikrokristallines Wachs, das aus Restvorräten hergestellt wird. Raffinat aus der Extraktionseinheit enthält eine beträchtliche Menge Paraffin, das durch Lösungsmittelextraktion und Kristallisation entfernt werden kann. Das Raffinat wird mit einem Lösungsmittel wie Propan, Methylethylketon (MEK) und Toluolgemisch oder Methylisobutylketon (MIBK) vermischt und in Wärmetauschern vorgekühlt. Die Kristallisationstemperatur wird durch die Verdampfung des Propans in den Kühler- und Filterspeisetanks erreicht. Das Wachs wird kontinuierlich durch Filter entfernt und mit kaltem Lösungsmittel gewaschen, um zurückgehaltenes Öl zurückzugewinnen. Das Lösungsmittel wird aus dem entparaffinierten Raffinat durch Flashen und Dampfstrippen zurückgewonnen und zurückgeführt.

Das Wachs wird mit heißem Lösungsmittel erhitzt, gekühlt, filtriert und abschließend gewaschen, um alle Spuren von Öl zu entfernen. Bevor das Wachs verwendet wird, kann es hydrobehandelt werden, um seinen Geruch zu verbessern und alle Spuren von Aromastoffen zu entfernen, damit das Wachs in der Lebensmittelverarbeitung verwendet werden kann. Das entparaffinierte Raffinat, das geringe Mengen an Paraffinen, Naphthenen und einigen Aromaten enthält, kann zur Verwendung als Schmierölbasismaterialien weiterverarbeitet werden.

Die Kontrolle der Temperatur des Behandlers ist wichtig, um eine Korrosion durch Phenol zu verhindern. Wachs kann Abwasser- oder Ölabflusssysteme verstopfen und die Abwasserbehandlung beeinträchtigen. Es besteht die Möglichkeit, Prozesslösungsmitteln wie Phenol, Propan, einer Mischung aus Methylethylketon und Toluol oder Methylisobutylketon ausgesetzt zu werden. Das Einatmen von Kohlenwasserstoffgasen und -dämpfen, aromatischem Naphtha mit Benzol, Schwefelwasserstoff und wasserstoffreichen Prozessgasen ist eine Gefahr.

Asphaltverarbeitung

Nach primären Destillationsvorgängen ist Asphalt ein Teil von Reststoffen, der weiterverarbeitet werden muss, um Eigenschaften zu verleihen, die für seine endgültige Verwendung erforderlich sind. Asphalt für Bedachungsmaterialien wird durch Luftblasen hergestellt. Der Rest wird in einer Rohrdestille fast bis zu seinem Flammpunkt erhitzt und einem Blasturm zugeführt, wo heiße Luft für eine vorbestimmte Zeitdauer eingeblasen wird. Die Dehydrierung des Asphalts bildet Schwefelwasserstoff und die Oxidation erzeugt Schwefeldioxid. Dampf wird verwendet, um die Oberseite des Turms abzudecken, um die Verunreinigungen mitzureißen, und wird durch einen Wäscher geleitet, um die Kohlenwasserstoffe zu kondensieren.

Zur Herstellung von Straßenteerasphalt wird im Allgemeinen Vakuumdestillation verwendet. Der Rückstand wird erhitzt und in eine Kolonne geladen, wo Vakuum angelegt wird, um ein Reißen zu verhindern.

Kondensdampf aus den verschiedenen Asphaltprozessen enthält Spuren von Kohlenwasserstoffen. Jede Unterbrechung des Vakuums kann zum Eindringen von atmosphärischer Luft und nachfolgendem Brand führen. Bei der Asphaltherstellung kann durch Erhöhen der Temperatur des Bodens des Vakuumturms zur Verbesserung der Effizienz Methan durch thermisches Cracken erzeugt werden. Dabei entstehen in Asphalt-Lagertanks Dämpfe, die im brennbaren Bereich liegen, aber durch Flash-Tests nicht nachweisbar sind. Das Einblasen von Luft kann einige mehrkernige Aromaten (dh PAKs) erzeugen. Kondensdampf aus dem Asphaltblasverfahren kann auch verschiedene Verunreinigungen enthalten.

Verfahren zum Süßen und Behandeln mit Kohlenwasserstoffen

Viele Produkte, wie thermische Naphthas aus Visbreaking, Verkokung oder thermischem Cracken und schwefelreiche Naphthas und Destillate aus der Rohöldestillation, müssen behandelt werden, um in Benzin- und Heizölmischungen verwendet zu werden. Destillationsprodukte, einschließlich Kerosin und andere Destillate, können Spuren von Aromaten enthalten, und Naphthene und Schmierölbasismaterialien können Wachs enthalten. Diese unerwünschten Stoffe werden entweder in zwischengeschalteten Raffinationsstufen oder kurz bevor die Produkte zum Mischen und zur Lagerung geschickt werden, durch Raffinationsverfahren wie Lösungsmittelextraktion und Lösungsmittelentparaffinierung entfernt. Eine Vielzahl von Zwischen- und Endprodukten, darunter Mitteldestillate, Benzin, Kerosin, Kerosin und Sauergase, müssen getrocknet und gesüßt werden.

Die Behandlung erfolgt entweder in einer Zwischenstufe des Raffinationsprozesses oder kurz bevor die fertigen Produkte zum Mischen und Lagern geschickt werden. Die Behandlung entfernt Verunreinigungen aus dem Öl, wie organische Verbindungen, die Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff enthalten, gelöste Metalle, anorganische Salze und lösliche Salze, die in emulgiertem Wasser gelöst sind. Zu den Behandlungsmaterialien gehören Säuren, Lösungsmittel, Laugen sowie Oxidations- und Adsorptionsmittel. Säurebehandlungen werden verwendet, um den Geruch, die Farbe und andere Eigenschaften von Schmierbasismaterialien zu verbessern, um Korrosion und Katalysatorverunreinigung zu verhindern und um die Produktstabilität zu verbessern. Schwefelwasserstoff, der durch ein Absorptionsmittel (Diethanolamin) aus „trockenem“ Sauergas entfernt wird, wird abgefackelt, als Brennstoff verwendet oder zu Schwefel umgewandelt. Die Art der Behandlung und der Mittel hängt vom Rohrohstoff, den Zwischenprozessen und den Spezifikationen des Endprodukts ab.

Lösungsmittelbehandlungsverfahren

Lösungsmittelextraktion trennt Aromaten, Naphthene und Verunreinigungen aus Produktströmen durch Lösen oder Ausfällen. Die Lösungsmittelextraktion verhindert Korrosion, schützt den Katalysator in nachfolgenden Prozessen und verbessert die Endprodukte, indem ungesättigte, aromatische Kohlenwasserstoffe aus Schmiermittel- und Fettbasismaterialien entfernt werden.

Das Ausgangsmaterial wird getrocknet und einer kontinuierlichen Lösungsmittelbehandlung im Gegenstrom unterzogen. Bei einem Verfahren wird Ausgangsmaterial mit einer Flüssigkeit gewaschen, in der die zu entfernenden Substanzen besser löslich sind als in dem gewünschten resultierenden Produkt. In einem anderen Verfahren werden ausgewählte Lösungsmittel zugesetzt, wodurch Verunreinigungen aus dem Produkt ausfallen. Das Lösungsmittel wird aus dem Produktstrom durch Erhitzen, Verdampfen oder Fraktionieren abgetrennt, wobei restliche Spurenmengen anschließend aus dem Raffinat durch Dampfstrippen oder Vakuumverdampfung entfernt werden. Elektrische Fällung kann zur Trennung von anorganischen Verbindungen verwendet werden. Das Lösungsmittel wird dann regeneriert, um erneut in dem Verfahren verwendet zu werden.

Zu den typischen Chemikalien, die im Extraktionsprozess verwendet werden, gehören eine Vielzahl von Säuren, Laugen und Lösungsmitteln, einschließlich Phenol und Furfural, sowie Oxidations- und Adsorptionsmittel. Beim Adsorptionsprozess sammeln hochporöse Feststoffe flüssige Moleküle an ihren Oberflächen. Die Auswahl spezifischer Verfahren und chemischer Mittel hängt von der Art des zu behandelnden Ausgangsmaterials, den vorhandenen Verunreinigungen und den Anforderungen an das Endprodukt ab. (Siehe Abbildung 19.)

Abbildung 19. Lösungsmittelextraktionsprozess

Lösungsmittelentparaffinierung entfernt Paraffin entweder aus Destillat oder Restrohstoffen und kann in jedem Stadium des Raffinationsprozesses angewendet werden. Beim Lösungsmittelentparaffinieren werden wachsartige Ausgangsmaterialien durch Wärmetauscher und Kühlung gekühlt, und Lösungsmittel wird hinzugefügt, um die Entwicklung von Kristallen zu unterstützen, die durch Vakuumfiltration entfernt werden. Das entparaffinierte Öl und das Lösungsmittel werden geflasht und gestrippt, und das Wachs passiert einen Wasserabsetzer, einen Lösungsmittelfraktionierer und einen Flashturm. (Siehe Abbildung 20.)

Abbildung 20. Lösungsmittelentparaffinierungsprozess

Lösemitteldeasphaltierung trennt Schwerölfraktionen, um schweres Schmieröl, Ausgangsmaterial für katalytisches Cracken und Asphalt herzustellen. Ausgangsmaterial und flüssiges Propan (oder Hexan) werden mit genau kontrollierten Mischungen, Temperaturen und Drücken zu einem Extraktionsturm gepumpt. Die Trennung erfolgt in einem Drehscheibenkontaktor aufgrund von Unterschieden in der Löslichkeit. Die Produkte werden dann verdampft und mit Dampf gestrippt, um Propan für die Rückführung zurückzugewinnen. Lösungsmitteldeasphaltierung entfernt auch Schwefel- und Stickstoffverbindungen, Metalle, Kohlenstoffrückstände und Paraffine aus dem Ausgangsmaterial. (Siehe Abbildung 21.)

Abbildung 21. Deasphaltierungsprozess mit Lösungsmittel

Gesundheits- und Sicherheitsüberlegungen.

Bei der Lösungsmittelentparaffinierung führt die Unterbrechung des Vakuums zu einer potenziellen Brandgefahr, da Luft in die Einheit eindringen kann. Es besteht die Möglichkeit der Exposition gegenüber Entparaffinierungslösungsmitteldämpfen, einer Mischung aus MEK und Toluol. Obwohl die Lösungsmittelextraktion ein geschlossener Prozess ist, besteht während der Handhabung und des Betriebs eine potenzielle Exposition gegenüber karzinogenen PAK in den Prozessölen und Extraktionslösungsmitteln wie Phenol, Furfural, Glykol, MEK, Aminen und anderen Prozesschemikalien.

Das Entasphaltieren erfordert eine genaue Temperatur- und Druckkontrolle, um Störungen zu vermeiden. Darüber hinaus können Feuchtigkeit, überschüssiges Lösungsmittel oder ein Abfall der Betriebstemperatur zu Schaumbildung führen, die die Produkttemperaturregelung beeinträchtigt und zu Störungen führen kann. Kontakt mit heißen Ölstrahlen führt zu Hautverbrennungen. Es besteht die Möglichkeit, heißen Ölströmen ausgesetzt zu werden, die krebserregende polyzyklische aromatische Verbindungen, verflüssigtes Propan und Propandämpfe, Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid enthalten.

Hydrotreating-Prozesse

Hydrotreating wird verwendet, um etwa 90 % der Verunreinigungen, einschließlich Stickstoff, Schwefel, Metalle und ungesättigte Kohlenwasserstoffe (Olefine), aus flüssigen Erdölfraktionen wie Straight-Run-Benzin zu entfernen. Das Hydrotreating ist dem Hydrocracken insofern ähnlich, als sowohl der Wasserstoff als auch der Katalysator verwendet werden, um den Wasserstoffgehalt des Olefineinsatzmaterials anzureichern. Allerdings ist der Sättigungsgrad nicht so hoch wie beim Hydrocracken. Typischerweise wird das Hydrotreating vor Prozessen wie dem katalytischen Reformieren durchgeführt, damit der Katalysator nicht durch unbehandeltes Ausgangsmaterial verunreinigt wird. Hydrotreating wird auch vor dem katalytischen Cracken verwendet, um Schwefel zu reduzieren und die Produktausbeute zu verbessern und um Mitteldestillat-Erdölfraktionen zu fertigem Kerosin, Dieselkraftstoff und Heizölen zu veredeln.

Hydrotreating-Verfahren unterscheiden sich in Abhängigkeit von den Ausgangsmaterialien und Katalysatoren. Die Hydroentschwefelung entfernt Schwefel aus Kerosin, reduziert Aromaten und gummibildende Eigenschaften und sättigt alle Olefine. Hydroforming ist ein Dehydrierungsverfahren zur Rückgewinnung von überschüssigem Wasserstoff und zur Herstellung von Benzin mit hoher Oktanzahl. Mit Wasserstoff behandelte Produkte werden gemischt oder als Einsatzmaterial für das katalytische Reformieren verwendet.

In katalytische Hydroentschwefelungwird der Einsatzstoff entlüftet, mit Wasserstoff vermischt, vorgewärmt und unter hohem Druck durch einen katalytischen Festbettreaktor geleitet. Der Wasserstoff wird abgetrennt und zurückgeführt und das Produkt in einer Stripperkolonne stabilisiert, wo die Leichtsieder entfernt werden.

Dabei werden im Ausgangsmaterial enthaltene Schwefel- und Stickstoffverbindungen zu Schwefelwasserstoff (H₂S) und Ammoniak (NH₃). Restlicher Schwefelwasserstoff und Ammoniak werden entweder durch Dampfstrippen, durch eine Kombination aus Hoch- und Niederdruckabscheider oder durch Aminwäsche entfernt, die Schwefelwasserstoff in einem hochkonzentrierten Strom zurückgewinnt, der für die Umwandlung in elementaren Schwefel geeignet ist. (Siehe Abbildung 22 und Abbildung 23.)

Abbildung 22. Hydrodesulfurierungsprozess

Abbildung 23. Schema des Hydrodesulfurierungsprozesses

Beim Hydrotreating muss der Schwefelwasserstoffgehalt des Ausgangsmaterials strikt auf ein Minimum kontrolliert werden, um die Korrosion zu reduzieren. Chlorwasserstoff kann sich bilden und als Salzsäure in den Niedertemperaturteilen der Einheit kondensieren. In Hochtemperatur- und Hochdruckanlagen kann sich Ammoniumhydrogensulfid bilden. Im Falle einer Freisetzung besteht die Möglichkeit der Exposition gegenüber aromatischen Naphtha-Dämpfen, die Benzol, Schwefelwasserstoff oder Wasserstoffgas enthalten, oder gegenüber Ammoniak, falls saures Wasser austritt oder verschüttet wird. Phenol kann auch vorhanden sein, wenn Einsatzmaterialien mit hohem Siedepunkt verarbeitet werden.

Eine zu lange Kontaktzeit und/oder Temperatur führt zu einer Verkokung im Gerät. Beim Entladen des verkokten Katalysators aus der Einheit müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um Eisensulfidbrände zu verhindern. Der verkokte Katalysator sollte vor dem Entfernen auf unter 49 °C gekühlt oder in mit Stickstoff inertisierte Behälter gekippt werden, wo er vor der weiteren Handhabung gekühlt werden kann. Spezielle Antischaumadditive können verwendet werden, um eine Katalysatorvergiftung durch das Verschleppen von Silikon in Coker-Einsatzmaterial zu verhindern.

Andere Süßungs- und Behandlungsverfahren

Behandlungs-, Trocknungs- und Süßungsprozesse werden verwendet, um Verunreinigungen aus Mischungsmaterialien zu entfernen. (Siehe Abbildung 24.)

Abbildung 24. Süßungs- und Behandlungsverfahren

Süßungsprozesse verwenden Luft oder Sauerstoff. Wenn zu viel Sauerstoff in diese Prozesse eindringt, kann es aufgrund der Erzeugung statischer Elektrizität zu einem Brand im Siedler kommen. Es besteht die Möglichkeit der Exposition gegenüber Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Ätzmittel (Natriumhydroxid), verbrauchtem Ätzmittel, verbrauchtem Katalysator (Merox), Katalysatorstaub und Süßungsmitteln (Natriumcarbonat und Natriumbicarbonat).

Aminanlagen (Säuregasbehandlung).

Sauergas (Brenngas aus Prozessen wie katalytisches Cracken und Hydrotreating, das Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid enthält) muss behandelt werden, bevor es als Raffineriebrennstoff verwendet werden kann. Aminanlagen entfernen saure Verunreinigungen aus Sauergas- und Kohlenwasserstoffströmen. In Aminanlagen werden gasförmige und flüssige Kohlenwasserstoffströme, die Kohlendioxid und/oder Schwefelwasserstoff enthalten, einem Gasabsorptionsturm oder Flüssigkeitskontaktor zugeführt, wo die sauren Verunreinigungen durch gegenströmende Aminlösungen – Monoethanolamin (MEA), Diethanolamin (DEA) oder Methyldiethanolamin – absorbiert werden (MDEA). Das gestrippte Gas oder die gestrippte Flüssigkeit wird über Kopf entfernt und das Amin wird einem Regenerator zugeführt. Im Regenerator werden die sauren Komponenten durch Hitze und Rückverdampfung gestrippt und entsorgt, während das Amin zurückgeführt wird.

Um die Korrosion zu minimieren, sollten geeignete Betriebspraktiken eingeführt werden, und die Boden- und Reboilertemperaturen des Regenerators müssen kontrolliert werden. Sauerstoff sollte aus dem System ferngehalten werden, um eine Aminoxidation zu verhindern. Es besteht die Möglichkeit einer Exposition gegenüber Aminverbindungen (dh MEA, DEA, MDEA), Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid.

Süßen und Trocknen

Süßung (Entfernung von Mercaptan) behandelt Schwefelverbindungen (Schwefelwasserstoff, Thiophen und Mercaptan), um die Farbe, den Geruch und die Oxidationsstabilität zu verbessern, und reduziert die Kohlendioxidkonzentration im Benzin. Einige Mercaptane werden entfernt, indem das Produkt mit wasserlöslichen Chemikalien (z. B. Schwefelsäure) in Kontakt gebracht wird, die mit den Mercaptanen reagieren. Ätzende Flüssigkeit (Natriumhydroxid), Aminverbindungen (Diethanolamin) oder Festbettkatalysatorsüßungsmittel können verwendet werden, um Mercaptane in weniger unangenehme Disulfide umzuwandeln.

Die Produkttrocknung (Entwässerung) erfolgt durch Wasseraufnahme mit oder ohne Adsorptionsmittel. Einige Verfahren trocknen und süßen gleichzeitig durch Adsorption an Molekularsieben.

Schwefelrückgewinnung

Die Schwefelrückgewinnung entfernt Schwefelwasserstoff aus Sauergasen und Kohlenwasserstoffströmen. Das Clause-Verfahren wandelt Schwefelwasserstoff durch thermische und katalytische Reaktionen in elementaren Schwefel um. Nach dem Verbrennen von Schwefelwasserstoff unter kontrollierten Bedingungen entfernen Knockout-Töpfe Wasser und Kohlenwasserstoffe aus den Speisegasströmen, die dann einem Katalysator ausgesetzt werden, um zusätzlichen Schwefel zurückzugewinnen. Der Schwefeldampf aus der Verbrennung und Umwandlung wird kondensiert und zurückgewonnen.

Endgasbehandlung

Abhängig von der Zusammensetzung des Gases und der Ökonomie der Raffinerie werden sowohl Oxidation als auch Reduktion verwendet, um Abgas aus Schwefelrückgewinnungsanlagen zu behandeln. Oxidationsprozesse verbrennen Abgas, um alle Schwefelverbindungen in Schwefeldioxid umzuwandeln, und Reduktionsprozesse wandeln Schwefelverbindungen in Schwefelwasserstoff um.

Schwefelwasserstoffwäsche

Die Schwefelwasserstoff-Wäsche ist ein primäres Behandlungsverfahren für Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial, das verwendet wird, um eine Katalysatorvergiftung zu verhindern. Abhängig vom Ausgangsmaterial und der Art der Verunreinigungen variieren die Entschwefelungsverfahren von der Aktivkohleabsorption bei Umgebungstemperatur bis zur katalytischen Hochtemperaturhydrierung mit anschließender Zinkoxidbehandlung.

Gesättigte und ungesättigte Gasanlagen

Ausgangsmaterialien aus verschiedenen Raffinerieeinheiten werden zu Gasbehandlungsanlagen geleitet, wo Butane und Butene zur Verwendung als Alkylierungsausgangsmaterial entfernt werden, schwerere Komponenten zum Mischen von Benzin geleitet werden, Propan für LPG zurückgewonnen wird und Propylen zur Verwendung in Petrochemikalien entfernt wird.

Sat-Gasanlagen separate Komponenten aus Raffineriegasen, einschließlich Butane für die Alkylierung, Pentane für Benzinmischungen, LPGs für Kraftstoffe und Ethan für Petrochemikalien. Es gibt zwei verschiedene Sat-Gas-Verfahren: Absorptionsfraktionierung oder direkte Fraktionierung. Bei der Absorptionsfraktionierung werden Gase und Flüssigkeiten aus verschiedenen Einheiten einem Absorber/Entethaner zugeführt, wo C₂ und leichtere Fraktionen werden durch Magerölabsorption abgetrennt und zur Verwendung als Brenngas oder petrochemisches Einsatzmaterial entfernt. Die verbleibenden schwereren Fraktionen werden gestrippt und zu einem Debutanisierer geleitet, und das magere Öl wird zum Absorber/Entethanisierer zurückgeführt. C₃/C₄ wird im Entbutaner von Pentanen getrennt, zur Entfernung von Schwefelwasserstoff gewaschen und einem Splitter zugeführt, um Propan und Butan zu trennen. In Fraktionieranlagen entfällt die Absorptionsstufe. Sat-Gas-Prozesse hängen von der Rohstoff- und Produktnachfrage ab.

Korrosion tritt durch das Vorhandensein von Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und anderen Verbindungen als Folge einer vorherigen Behandlung auf. Ammoniakhaltige Ströme sollten vor der Verarbeitung getrocknet werden. Antifouling-Additive werden im Absorptionsöl zum Schutz von Wärmetauschern verwendet. Korrosionsinhibitoren werden verwendet, um die Korrosion in Überkopfsystemen zu kontrollieren. Es besteht die Möglichkeit, dass die Exposition gegenüber Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid, Natriumhydroxid, MEA, DEA und MDEA aus der vorherigen Behandlung übertragen wird.

Ungesättigte Gasanlagen Rückgewinnung leichter Kohlenwasserstoffe aus nassen Gasströmen aus katalytischen Crackern und Delayed-Coker-Überkopfakkumulatoren oder Fraktionierungsempfängern. In einem typischen Verfahren werden feuchte Gase komprimiert und mit Amin behandelt, um Schwefelwasserstoff zu entfernen, entweder bevor oder nachdem sie in einen fraktionierenden Absorber eintreten, wo sie sich in einen gleichzeitigen Strom von debutanisiertem Benzin mischen. Die leichten Fraktionen werden in einem Aufkocher thermisch getrennt, wobei das Abgas einem Schwammabsorber zugeführt wird und der Sumpf einem Debutanisierer zugeführt wird. Ein Teil des debutanisierten Kohlenwasserstoffs wird zurückgeführt, und der Rest geht zu einem Splitter zur Trennung. Überkopfgase gehen zu einem Entpropanisierer zur Verwendung als Ausgangsmaterial für die Alkylierungsanlage. (Siehe Abbildung 25.)

Abbildung 25. Ungesättigter Gasanlagenprozess

Korrosion kann durch feuchten Schwefelwasserstoff und Cyanide in ungesättigten Gasanlagen entstehen, die FCC-Ausgangsmaterialien handhaben. Korrosion durch Schwefelwasserstoff und Ablagerungen in den Hochdruckteilen von Gaskompressoren durch Ammoniumverbindungen sind möglich, wenn Einsatzstoffe aus dem Delayed Coker oder dem TCC stammen. Es besteht die Möglichkeit einer Exposition gegenüber Schwefelwasserstoff und Aminverbindungen wie MEA, DEA und MDEA.

Mischprozesse für Benzin, Destillatkraftstoffe und Schmiermittelgrundstoffe

Blending ist die physikalische Mischung einer Reihe verschiedener flüssiger Kohlenwasserstofffraktionen zur Herstellung von Endprodukten mit bestimmten gewünschten Eigenschaften. Die Produkte können inline durch ein Verteilersystem oder chargenweise in Tanks und Behältern gemischt werden. Das Inline-Mischen von Benzin, Destillaten, Düsentreibstoff und Schmiermittelbasismaterialien wird erreicht, indem proportionale Mengen jeder Komponente in den Hauptstrom eingespritzt werden, wo Turbulenzen ein gründliches Mischen fördern.

• Benzine sind Mischungen aus Reformaten, Alkylaten, Straight-run-Benzin, thermisch und katalytisch gekrackten Benzinen, Kokerbenzin, Butan und geeigneten Additiven.
• Heizöl und Dieselkraftstoff sind Mischungen aus Destillaten und Kreislaufölen, und Düsentreibstoff kann Straight-Run-Destillat oder mit Naphtha gemischt sein.
• Schmieröle sind Mischungen raffinierter Grundöle
• Asphalt wird je nach Verwendungszweck aus verschiedenen Reststoffen gemischt.

 

Additive werden häufig während oder nach dem Mischen in Benzin und Motorkraftstoffe eingemischt, um ihnen spezifische Eigenschaften zu verleihen, die Erdölkohlenwasserstoffen nicht eigen sind. Zu diesen Additiven gehören Oktanzahlverbesserer, Antiklopfmittel, Antioxidantien, Entharzungshemmer, Schaumhemmer, Rosthemmer, Vergaser-(Kohlenstoff-)Reiniger, Reinigungsmittel für die Einspritzdüsenreinigung, Dieselodorierungsmittel, Farbstoffe, Destillat-Antistatika, Benzin-Oxidationsmittel wie z Methanol, Ethanol und Methyl-tert.-butylether, Metalldesaktivatoren und andere.

Chargen- und Inline-Mischvorgänge erfordern strenge Kontrollen, um die gewünschte Produktqualität aufrechtzuerhalten. Verschüttungen sollten gereinigt und Lecks repariert werden, um Ausrutschen und Stürze zu vermeiden. Zusatzstoffe in Fässern und Säcken müssen ordnungsgemäß gehandhabt werden, um Belastungen und Belastungen zu vermeiden. Während des Mischens besteht die Möglichkeit, mit gefährlichen Zusatzstoffen, Chemikalien, Benzol und anderen Materialien in Kontakt zu kommen, und es sind geeignete technische Kontrollen, persönliche Schutzausrüstung und angemessene Hygiene erforderlich, um die Exposition zu minimieren.

Hilfsraffineriebetriebe

Nebenbetriebe, die Raffinerieprozesse unterstützen, umfassen solche, die Prozesswärme und -kühlung bereitstellen; sorgen für Druckentlastung; Luftemissionen kontrollieren; Abwasser sammeln und behandeln; Bereitstellung von Betriebsmitteln wie Strom, Dampf, Luft und Betriebsgasen; und Prozesswasser pumpen, speichern, aufbereiten und kühlen.

Abwasserbehandlung

Raffinerieabwasser umfasst kondensierten Dampf, Strippwasser, verbrauchte Alkalilösungen, Kühlturm- und Kesselabschlämmung, Waschwasser, alkalisches und saures Neutralisationswasser und anderes prozessbegleitendes Wasser. Abwasser enthält typischerweise Kohlenwasserstoffe, gelöste Materialien, suspendierte Feststoffe, Phenole, Ammoniak, Sulfide und andere Verbindungen. Die Abwasserbehandlung wird für Prozesswasser, Niederschlagswasser und Abwasser vor ihrer Einleitung eingesetzt. Diese Behandlungen erfordern möglicherweise Genehmigungen oder es muss ein Recycling stattfinden.

Es besteht Brandgefahr, wenn kohlenwasserstoffhaltige Dämpfe aus Abwasser während des Behandlungsprozesses eine Zündquelle erreichen. Während Prozessprobenahmen, Inspektionen, Wartungen und Turnarounds besteht die Möglichkeit, den verschiedenen Chemikalien und Abfallprodukten ausgesetzt zu werden.

Vorbehandlung

Die Vorbehandlung ist die anfängliche Abtrennung von Kohlenwasserstoffen und Feststoffen aus dem Abwasser. API-Separatoren, Interceptor-Platten und Absetzbecken werden verwendet, um suspendierte Kohlenwasserstoffe, Ölschlamm und Feststoffe durch Schwerkraftabscheidung, Skimming und Filtration zu entfernen. Saures Abwasser wird mit Ammoniak, Kalk oder Soda neutralisiert. Alkalische Abwässer werden mit Schwefelsäure, Salzsäure, kohlendioxidreichem Rauchgas oder Schwefel behandelt. Einige Öl-in-Wasser-Emulsionen werden zuerst erhitzt, um die Trennung von Öl und Wasser zu unterstützen. Die Schwerkraftabscheidung hängt von den unterschiedlichen spezifischen Gewichten von Wasser und nicht mischbaren Ölkügelchen ab, wodurch freies Öl von der Oberfläche des Abwassers abgeschöpft werden kann.

Strippen mit saurem Wasser

Sulfidhaltiges Wasser, Sauerwasser genannt, entsteht in katalytischen Crack- und Hydrotreating-Prozessen und immer dann, wenn Dampf in Gegenwart von schwefelwasserstoffhaltigen Gasen kondensiert wird.

Das Strippen wird bei sulfid- und/oder ammoniakhaltigem Abwasser verwendet, und die Lösungsmittelextraktion wird verwendet, um Phenole aus dem Abwasser zu entfernen. Zu recycelndes Abwasser muss möglicherweise gekühlt werden, um Wärme und/oder Oxidation durch Sprühen oder Luftstrippen zu entfernen, um alle verbleibenden Phenole, Nitrate und Ammoniak zu entfernen.

Sekundärbehandlung

Nach der Vorbehandlung werden suspendierte Feststoffe durch Sedimentation oder Luftflotation entfernt. Abwässer mit geringen Feststoffanteilen werden gesiebt oder gefiltert, gegebenenfalls werden Flockungsmittel zugesetzt, um die Trennung zu unterstützen. Materialien mit hohen Adsorptionseigenschaften werden in Festbettfiltern verwendet oder dem Abwasser zugesetzt, um eine Aufschlämmung zu bilden, die durch Sedimentation oder Filtration entfernt wird. Nachklärverfahren bauen lösliche organische Stoffe biologisch ab und oxidieren sie durch den Einsatz von Belebtschlamm, unbelüfteten oder belüfteten Lagunen, Tropfkörperverfahren oder anaeroben Behandlungen. Zusätzliche Behandlungsmethoden werden verwendet, um Öle und Chemikalien aus dem Abwasser zu entfernen.

Tertiäre Behandlung

Tertiäre Behandlungen entfernen bestimmte Schadstoffe, um die behördlichen Einleitungsanforderungen zu erfüllen. Diese Behandlungen umfassen Chlorierung, Ozonierung, Ionenaustausch, Umkehrosmose, Aktivkohleadsorption und andere. Komprimierter Sauerstoff kann in Abwasserströme eindiffundiert werden, um bestimmte Chemikalien zu oxidieren oder um gesetzliche Anforderungen an den Sauerstoffgehalt zu erfüllen.

Kühltürme

Kühltürme entziehen dem Prozesswasser Wärme durch Verdunstung und latente Wärmeübertragung zwischen heißem Wasser und Luft. Die zwei Arten von Türmen sind Gegenstrom und Kreuzstrom.

• Bei der Gegenstromkühlung wird heißes Prozesswasser in den obersten Plenum gepumpt und durch den Turm fallen gelassen. Zahlreiche Lamellen oder Sprühdüsen sind über die gesamte Länge des Turms angeordnet, um den Wasserfluss zu verteilen und die Kühlung zu unterstützen. Gleichzeitig tritt Luft am Turmboden ein und erzeugt einen gleichzeitigen Luftstrom gegen das Wasser. Saugzugtürme haben die Ventilatoren am Luftauslass. Gebläsetürme haben die Ventilatoren oder Gebläse am Lufteinlass.
• Crossflow-Türme führen einen Luftstrom im rechten Winkel zum Wasserfluss durch die gesamte Struktur.

 

Umgewälztes Kühlwasser muss behandelt werden, um Verunreinigungen und gelöste Kohlenwasserstoffe zu entfernen. Verunreinigungen im Kühlwasser können Rohrleitungen und Wärmetauscher korrodieren und verschmutzen, Kalk aus gelösten Salzen kann sich auf Rohren ablagern und Kühltürme aus Holz können durch Mikroorganismen beschädigt werden.

Kühlturmwasser kann durch Prozessmaterialien und Nebenprodukte, einschließlich Schwefeldioxid, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid, mit daraus resultierenden Expositionen verunreinigt werden. Wenn Abwasser in Verbindung mit Kühltürmen behandelt wird, besteht die Möglichkeit, dass es Wasserbehandlungschemikalien oder Schwefelwasserstoff ausgesetzt wird. Da das Wasser durch die Kühlung mit Luft mit Sauerstoff gesättigt ist, wird die Korrosionsgefahr erhöht. Ein Mittel zum Korrosionsschutz ist die Zugabe eines Materials zum Kühlwasser, das einen Schutzfilm auf Rohren und anderen Metalloberflächen bildet.

Wenn Kühlwasser durch Kohlenwasserstoffe verunreinigt ist, können brennbare Dämpfe in die Abluft verdampfen. Wenn eine Zündquelle oder ein Blitz vorhanden ist, können Brände entstehen. Brandgefahren bestehen, wenn es in Saugzug-Kühltürmen in brennbarer Bauweise relativ trockene Bereiche gibt. Der Stromausfall von Kühlturmventilatoren oder Wasserpumpen kann schwerwiegende Folgen im Prozessbetrieb haben.

Dampferzeugung

Dampf wird durch Erhitzer- und Kesselbetrieb in zentralen Dampferzeugungsanlagen und an verschiedenen Prozesseinheiten unter Verwendung von Wärme aus Rauchgas oder anderen Quellen erzeugt. Dampferzeugungssysteme umfassen:

• Erhitzer (Öfen) mit ihren Brennern und einem Verbrennungsluftsystem
• Zug- oder Drucksysteme zum Entfernen von Rauchgas aus dem Ofen, Rußbläser und Druckluftsysteme, die Öffnungen verschließen, um ein Entweichen von Rauchgas zu verhindern
• Kessel, bestehend aus einer Reihe von Rohren, die das Wasser-Dampf-Gemisch durch den Ofen führen und für eine maximale Wärmeübertragung sorgen (diese Rohre verlaufen zwischen Dampfverteilungstrommeln oben im Kessel und Wassersammeltrommeln am Boden des Kessels)
• Dampftrommeln, um Dampf zu sammeln und ihn zum Überhitzer zu leiten, bevor er in das Dampfverteilungssystem eintritt.

 

Der potenziell gefährlichste Vorgang bei der Dampferzeugung ist das Einschalten der Heizung. Durch den Flammenverlust an einem oder mehreren Brennern während des Anzündens kann sich ein brennbares Gas-Luft-Gemisch bilden. Für jeden unterschiedlichen Gerätetyp sind spezifische Startverfahren erforderlich, einschließlich Spülen vor dem Anzünden und Notfallverfahren im Falle einer Fehlzündung oder eines Verlusts der Brennerflamme. Wenn das Speisewasser zur Neige geht und die Kessel trocken sind, überhitzen die Rohre und fallen aus. Überschüssiges Wasser wird in das Dampfverteilungssystem übertragen und verursacht Schäden an den Turbinen. Kessel sollten über kontinuierliche oder intermittierende Abschlämmsysteme verfügen, um Wasser aus Dampftrommeln zu entfernen und die Bildung von Ablagerungen auf Turbinenschaufeln und Überhitzerrohren zu begrenzen. Es ist darauf zu achten, dass der Überhitzer beim An- und Abfahren nicht überhitzt. Für den Fall, dass Brenngas aufgrund einer Abschaltung der Raffinerieeinheit oder eines Notfalls ausfällt, sollten alternative Brennstoffquellen bereitgestellt werden.

Heizöl

Jeder Brennstoff oder jede Kombination von Brennstoffen, einschließlich Raffineriegas, Erdgas, Heizöl und Kohlepulver, kann in Heizgeräten verwendet werden. Raffinerieabgas wird von Prozesseinheiten gesammelt und mit Erdgas und Flüssiggas in einer Brenngas-Ausgleichstrommel kombiniert. Die Ausgleichstrommel sorgt für einen konstanten Systemdruck, einen relativ stabilen BTU- (Energie-) Gehalt des Kraftstoffs und eine automatische Trennung von schwebenden Flüssigkeiten in Gasdämpfen und verhindert das Mitreißen großer Kondensatschwalle in das Verteilungssystem.

Heizöl ist typischerweise eine Mischung aus Raffinerie-Rohöl und Straight-Run- und Crack-Rückständen, gemischt mit anderen Produkten. Das Heizölsystem liefert Brennstoff mit den erforderlichen Temperaturen und Drücken an Prozesslufterhitzer und Dampfgeneratoren. Das Heizöl wird auf Pumptemperatur erhitzt, durch ein grobes Saugsieb gesaugt, zu einem Temperiererhitzer gepumpt und dann durch ein feinmaschiges Sieb geleitet, bevor es verbrannt wird. Knockout-Töpfe, die an Prozesseinheiten bereitgestellt werden, werden verwendet, um Flüssigkeiten aus Brenngas vor dem Verbrennen zu entfernen.

In einem Beispiel der Wärmeerzeugung einer Prozesseinheit gewinnen Kohlenmonoxid(CO)-Kessel Wärme in katalytischen Crackeinheiten zurück, wenn Kohlenmonoxid im Rauchgas bis zur vollständigen Verbrennung verbrannt wird. Bei anderen Prozessen nutzen Abwärmerückgewinnungsanlagen die Wärme aus dem Rauchgas, um Dampf zu erzeugen.

Dampfverteilung

Dampf wird typischerweise durch Erhitzer und Boiler erzeugt, die zu einer Einheit kombiniert sind. Dampf verlässt die Kessel mit dem höchsten Druck, der von den Prozesseinheiten oder dem elektrischen Generator benötigt wird. Der Dampfdruck wird dann in Turbinen reduziert, die Prozesspumpen und Kompressoren antreiben. Wenn Raffineriedampf auch zum Antrieb von Dampfturbinengeneratoren zur Stromerzeugung verwendet wird, muss der Dampf mit einem viel höheren Druck erzeugt werden, als für Prozessdampf erforderlich ist. Das Dampfverteilungssystem besteht aus Ventilen, Armaturen, Rohrleitungen und Anschlüssen, die für den Druck des transportierten Dampfes geeignet sind. Der meiste Dampf, der in der Raffinerie verwendet wird, wird in Wärmetauschern zu Wasser kondensiert und als Kesselspeisewasser wiederverwendet oder zur Abwasserbehandlung abgeführt.

Dampfspeisewasser

Die Speisewasserversorgung ist ein wichtiger Bestandteil der Dampferzeugung. Es müssen immer so viele Pfund Wasser in das Dampferzeugungssystem eintreten, wie Pfund Dampf es verlassen. Das zur Dampferzeugung verwendete Wasser muss frei von Verunreinigungen sein, einschließlich Mineralien und gelösten Verunreinigungen, die das System beschädigen oder den Betrieb beeinträchtigen können. Schwebstoffe wie Schlick, Abwasser und Öl, die Kesselstein und Schlamm bilden, werden koaguliert oder aus dem Wasser gefiltert. Gelöste Gase, insbesondere Kohlendioxid und Sauerstoff, die Kesselkorrosion verursachen, werden durch Entlüftung und Behandlung entfernt. Gelöste Mineralien wie Metallsalze, Kalzium und Karbonate, die Kalk, Korrosion und Ablagerungen an Turbinenschaufeln verursachen, werden mit Kalk oder Soda behandelt, um sie aus dem Wasser auszufällen. Abhängig von seinen Eigenschaften kann rohes Kesselspeisewasser durch Klärung, Sedimentation, Filtration, Ionenaustausch, Entlüftung und interne Behandlung behandelt werden. Umgewälztes Kühlwasser muss auch behandelt werden, um Kohlenwasserstoffe und andere Verunreinigungen zu entfernen.

Prozesserhitzer, Wärmetauscher und Kühler

Prozesserhitzer und Wärmetauscher heizen Einsatzstoffe in Destillationstürmen und in Raffinerieprozessen auf Reaktionstemperaturen vor. Der größte Teil der Wärme, die Prozessanlagen zugeführt wird, stammt von befeuerten Erhitzern, die in Rohöl- und Reformer-Vorwärmeranlagen, Kokererhitzern und Großsäulen-Aufkochern zu finden sind, die mit Raffinerie- oder Erdgas, Destillat und Rückstandsölen betrieben werden. Heizungen sind in der Regel für bestimmte Prozessvorgänge ausgelegt und die meisten sind entweder zylindrische vertikale oder kastenförmige Konstruktionen. Wärmetauscher verwenden entweder Dampf oder heißen Kohlenwasserstoff, der von einem anderen Abschnitt des Prozesses übertragen wird, für die Wärmezufuhr.

Wärme wird aus einigen Prozessen auch durch Luft- und Wasseraustauscher, Rippenventilatoren, Gas- und Flüssigkeitskühler und Überkopfkondensatoren oder durch Übertragung der Wärme auf andere Systeme entfernt. Das grundlegende Kühlsystem mit mechanischer Dampfkompression ist für eine oder mehrere Prozesseinheiten ausgelegt und umfasst einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Kondensator, Steuerungen und Rohrleitungen. Gängige Kühlmittel sind Wasser, Alkohol/Wasser-Gemisch oder verschiedene Glykollösungen.

Um die Explosionsgefahr beim Entzünden von Feuern in Heizöfen zu verringern, ist eine Einrichtung zur Bereitstellung eines angemessenen Luftzugs oder einer Dampfspülung erforderlich. Für jeden Gerätetyp sind spezifische Start- und Notfallverfahren erforderlich. Wenn Feuer auf Rippenventilatoren trifft, kann es aufgrund von Überhitzung zu einem Ausfall kommen. Wenn brennbares Produkt aufgrund eines Lecks aus einem Wärmetauscher oder Kühler austritt, kann ein Brand entstehen.

Es muss darauf geachtet werden, dass der gesamte Druck aus den Heizungsrohren abgelassen wird, bevor Kopf- oder Anschlussstopfen entfernt werden. Es sollte erwogen werden, eine Druckentlastung in Wärmetauscher-Rohrleitungssystemen für den Fall vorzusehen, dass sie verschlossen werden, während sie mit Flüssigkeit gefüllt sind. Wenn die Steuerung ausfällt, können Temperatur- und Druckschwankungen auf beiden Seiten des Wärmetauschers auftreten. Wenn die Wärmetauscherrohre versagen und der Prozessdruck höher ist als der Erhitzerdruck, könnte Produkt in den Erhitzer eindringen und nachgeschaltete Folgen haben. Wenn der Druck geringer ist, könnte der Heizerstrom in den Prozessfluidstrom eintreten. Wenn es in Flüssigkeits- oder Gaskühlern zu einem Zirkulationsverlust kommt, kann eine erhöhte Produkttemperatur nachgeschaltete Vorgänge beeinträchtigen und eine Druckentlastung erforderlich machen.

Je nach Brennstoff, Prozessbetrieb und Gerätedesign besteht die Möglichkeit, Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen, Schlamm aus dem Speisewasser von Dampfkesseln und Wasserbehandlungschemikalien ausgesetzt zu werden. Hautkontakt mit Kesselabschlämmung, die phenolische Verbindungen enthalten kann, sollte vermieden werden. Einwirkung von Strahlungswärme, überhitztem Dampf und heißen Kohlenwasserstoffen ist möglich.

Druckentlastungs- und Fackelsysteme

Technische Kontrollen, die in Prozesse integriert werden, umfassen die Verringerung der Konzentrationen brennbarer Dämpfe durch Belüftung, Verdünnung und Inertisierung. Die Druckbeaufschlagung wird verwendet, um Kontrollräume über atmosphärischem Druck zu halten, um die Möglichkeit des Eindringens von Dämpfen zu verringern. Druckentlastungssysteme sind vorgesehen, um Dämpfe und Flüssigkeiten zu kontrollieren, die durch Druckentlastungsvorrichtungen und Abschlämmungen freigesetzt werden. Die Druckentlastung ist eine automatische, geplante Entlastung, wenn der Betriebsdruck ein vorgegebenes Niveau erreicht. Blowdown bezieht sich normalerweise auf die absichtliche Freisetzung von Material, wie z. B. Blowdowns beim Anfahren von Prozesseinheiten, Ofenabblasen, Abschaltungen und Notfällen. Dampfdruckentlastung ist die schnelle Entfernung von Dämpfen aus Druckbehältern im Notfall. Dies kann durch die Verwendung einer Berstscheibe erreicht werden, die normalerweise auf einen höheren Druck als das Entlastungsventil eingestellt ist.

Sicherheitsventile

Sicherheitsventile, die zum Steuern von Luft-, Dampf-, Gas- und Kohlenwasserstoffdämpfen und Flüssigkeitsdrücken verwendet werden, öffnen sich proportional zum Druckanstieg über den normalen Betriebsdruck. Sicherheitsventile, die in erster Linie zum Ablassen großer Dampfmengen ausgelegt sind, öffnen sich normalerweise vollständig. Der zum Öffnen von Flüssigkeitsentlastungsventilen benötigte Überdruck, bei dem kein großvolumiger Abfluss erforderlich ist, steigt mit dem Anheben des Ventils aufgrund des erhöhten Federwiderstands. Pilotgesteuerte Sicherheitsablassventile mit bis zu sechsmal größerer Kapazität als normale Entlastungsventile werden dort eingesetzt, wo eine dichtere Abdichtung und Abflüsse mit größerem Volumen erforderlich sind. Nichtflüchtige Flüssigkeiten werden normalerweise zu Öl/Wasser-Trenn- und Rückgewinnungssystemen gepumpt, und flüchtige Flüssigkeiten werden zu Einheiten geleitet, die bei einem niedrigeren Druck arbeiten.

Flares

Ein typisches geschlossenes Druckentlastungs- und Fackelsystem umfasst Entlastungsventile und Leitungen von Prozesseinheiten zum Sammeln von Ableitungen, Knockout-Trommeln zum Trennen von Dämpfen und Flüssigkeiten, Dichtungen und/oder Spülgas zum Schutz vor Flammenrückschlag und ein Fackel- und Zündsystem, das Dämpfe verbrennt, wenn Eine direkte Ableitung in die Atmosphäre ist nicht zulässig. Dampf kann in die Fackelspitze injiziert werden, um sichtbaren Rauch zu reduzieren.

Flüssigkeiten dürfen nicht in ein Dampfbeseitigungssystem gelangen. Fackel-Knockout-Trommeln und Fackeln müssen groß genug sein, um Notfall-Blowdowns zu bewältigen, und Fässer müssen im Falle eines Überdrucks entlastet werden. Stellen Sie Druckentlastungsventile bereit, wenn die Möglichkeit eines Überdrucks in Raffinerieprozessen besteht, z. B. aufgrund der folgenden Ursachen:

• Verlust von Kühlwasser, was möglicherweise zu einem stark erhöhten Druckabfall in Kondensatoren führt, was wiederum den Druck in der Prozesseinheit erhöht
• schnelle Verdampfung und Druckanstieg durch Injektion einer Flüssigkeit mit niedrigerem Siedepunkt, einschließlich Wasser, in einen Prozessbehälter, der bei höheren Temperaturen arbeitet
• Dampfausdehnung und daraus resultierender Überdruck durch überhitzten Prozessdampf, defekte Heizungen oder Feuer
• Ausfall von automatischen Steuerungen, geschlossene Auslässe, Ausfall von Wärmetauschern usw.
• interne Explosion, chemische Reaktion, Wärmeausdehnung, angesammelte Gase usw.
• Verlust des Rückflusses, was zu einem Druckanstieg in Destillationstürmen führt.

Da die Menge des Rückflusses das Dampfvolumen beeinflusst, das den Destillationsturm verlässt, verursacht der Volumenverlust einen Druckabfall in den Kondensatoren und einen Druckanstieg in den Destillationstürmen.

Die Wartung ist wichtig, da Ventile ordnungsgemäß funktionieren müssen. Häufige Probleme beim Ventilbetrieb sind:

• Nichtöffnen bei eingestelltem Druck aufgrund von Verstopfung des Ventileinlasses oder -auslasses oder durch Korrosion, wodurch der ordnungsgemäße Betrieb des Scheibenhalters und der Führungen verhindert wird
• Versagen des Wiederaufsetzens nach dem Aufspringen aufgrund von Verschmutzung, Korrosion oder Ablagerungen auf dem Sitz oder beweglichen Teilen oder durch Feststoffe im Gasstrom, die den Ventilteller schneiden
• Rattern und vorzeitiges Öffnen, da der Betriebsdruck zu nahe am Ventilsollwert liegt.

 

Utilities

Wasser. Abhängig vom Standort und den Ressourcen der Gemeinde können Raffinerien auf öffentliche Wasserversorgungen für Trink- und Prozesswasser zurückgreifen oder müssen ihr eigenes Trinkwasser pumpen und aufbereiten. Die Behandlung kann eine Vielzahl von Anforderungen umfassen, von der Entsalzung über die Filtration bis hin zur Chlorung und Prüfung.

Abwasser. Je nach Verfügbarkeit kommunaler oder privater externer Behandlungsanlagen müssen Raffinerien möglicherweise auch für die Genehmigung, Sammlung, Behandlung und Entsorgung ihrer Sanitärabfälle sorgen.

Elektrische Leistung. Raffinerien beziehen Strom entweder aus externen Quellen oder produzieren ihren eigenen Strom, indem sie elektrische Generatoren verwenden, die von Dampfturbinen oder Gasmotoren angetrieben werden. Bereiche werden in Bezug auf die Art des elektrischen Schutzes klassifiziert, der erforderlich ist, um zu verhindern, dass ein Funke Dämpfe entzündet oder eine Explosion in elektrischen Geräten eindämmt. Elektrische Umspannwerke, die sich normalerweise in nicht klassifizierten Bereichen befinden, entfernt von Quellen brennbarer Kohlenwasserstoffdämpfe oder Wasserspritzern von Kühltürmen, enthalten Transformatoren, Leistungsschalter und Einspeisekreisschalter. Unterstationen speisen Strom zu Verteilerstationen innerhalb der Bereiche der Verarbeitungseinheit. Verteilerstationen können sich in klassifizierten Bereichen befinden, sofern die Anforderungen an die elektrische Klassifizierung erfüllt sind. Verteilerstationen verwenden typischerweise einen flüssigkeitsgefüllten Transformator, der mit einer ölgefüllten oder luftunterbrochenen Trennvorrichtung ausgestattet ist.

Zum Schutz vor Stromschlägen sollten normale elektrische Sicherheitsvorkehrungen wie Trittsicherheit, „Hochspannungs“-Warnschilder und Schutzvorrichtungen getroffen werden. Die Mitarbeiter sollten mit den sicheren Arbeitsverfahren für elektrische Raffinerien vertraut sein. Lockout/Tagout und andere geeignete sichere Arbeitspraktiken sollten implementiert werden, um ein Einschalten zu verhindern, während Arbeiten an elektrischen Hochspannungsgeräten durchgeführt werden. Beim Arbeiten in der Nähe von Transformatoren und Schaltern, die eine dielektrische Flüssigkeit enthalten, können gefährliche Expositionen auftreten, die besondere Vorsichtsmaßnahmen erfordern. Diese Themen werden an anderer Stelle ausführlicher erörtert Enzyklopädie.

Betrieb von Turbinen, Gas- und Luftkompressoren

Luft- und Gaskompressoren

Abluft- und Luftversorgungssysteme von Raffinerien dienen zum Auffangen oder Verdünnen von Gasen, Dämpfen, Stäuben und Dämpfen, die Arbeitsräume oder die Außenatmosphäre kontaminieren können. Aufgefangene Verunreinigungen werden nach Möglichkeit zurückgewonnen oder nach Reinigung oder Verbrennung Entsorgungssystemen zugeführt. Luftversorgungssysteme umfassen Kompressoren, Kühler, Luftbehälter, Lufttrockner, Steuerungen und Verteilerleitungen. Gebläse werden auch verwendet, um bestimmte Prozesse mit Luft zu versorgen. Anlagenluft wird für den Betrieb von luftbetriebenen Werkzeugen, Katalysatorregeneration, Prozesserhitzern, Dampf-Luft-Entkokung, Sauerwasseroxidation, Benzinsüßung, Asphaltblasen und anderen Verwendungen bereitgestellt. Instrumentenluft wird zur Verwendung in pneumatischen Instrumenten und Steuerungen, Luftmotoren und Spülanschlüssen bereitgestellt. Betriebsgas, wie Stickstoff, wird zum Inertisieren von Behältern und anderen Verwendungen bereitgestellt. Für Gas und Druckluft werden sowohl Kolben- als auch Zentrifugalkompressoren eingesetzt.

Luftkompressoren sollten so aufgestellt werden, dass beim Ansaugen keine brennbaren Dämpfe oder korrosiven Gase angesaugt werden. Bei einem Leck in Gaskompressoren besteht Brandgefahr. Knockout-Trommeln werden benötigt, um zu verhindern, dass Flüssigkeitsstöße in Gaskompressoren eindringen. Wenn Gase mit Feststoffen verunreinigt sind, werden Schmutzfänger benötigt. Der Ausfall automatischer Kompressorsteuerungen wirkt sich auf die Prozesse aus. Wenn der maximale Druck potenziell höher sein könnte als der Auslegungsdruck des Kompressors oder der Prozessausrüstung, sollte eine Druckentlastung vorgesehen werden. Für freiliegende bewegliche Teile an Kompressoren ist ein Schutz erforderlich. Kompressorgebäude sollten ordnungsgemäß elektrisch klassifiziert und Vorkehrungen für eine ordnungsgemäße Belüftung getroffen werden.

Wenn Betriebsluft als Backup für die Instrumentenluft verwendet wird, müssen Verbindungen vor dem Instrumentenlufttrocknungssystem angebracht werden, um eine Kontamination der Instrumente mit Feuchtigkeit zu verhindern. Bei Stromausfällen oder Kompressorausfall können alternative Quellen für die Instrumentenluftversorgung erforderlich sein, z. B. die Verwendung von Stickstoff. Treffen Sie geeignete Sicherheitsvorkehrungen, damit Gas, Betriebsluft und Instrumentenluft nicht als Quelle zum Atmen oder für die Druckbeaufschlagung von Trinkwassersystemen verwendet werden.

Turbines

Turbinen sind normalerweise gas- oder dampfbetrieben und werden verwendet, um Pumpen, Kompressoren, Gebläse und andere Ausrüstungen für Raffinerieprozesse anzutreiben. Dampf tritt mit hohen Temperaturen und Drücken in Turbinen ein, breitet sich aus und treibt rotierende Schaufeln an, während er von feststehenden Schaufeln geleitet wird.

Dampfturbinen, die für Abgase im Vakuumbetrieb verwendet werden, benötigen ein Sicherheitsventil auf der Druckseite zum Schutz und zur Aufrechterhaltung des Dampfes im Falle eines Vakuumausfalls. Wo der maximale Betriebsdruck größer als der Auslegungsdruck sein könnte, benötigen Dampfturbinen Entlastungsvorrichtungen. Es sollte erwogen werden, Regler und Vorrichtungen zur Überdrehzahlkontrolle an Turbinen vorzusehen.

Pumpen, Rohrleitungen und Ventile

Zentrifugal- und Verdrängungspumpen (Kolbenpumpen) werden verwendet, um Kohlenwasserstoffe, Prozesswasser, Löschwasser und Abwasser durch die Raffinerie zu bewegen. Pumpen werden von Elektromotoren, Dampfturbinen oder Verbrennungsmotoren angetrieben.

Prozess- und Versorgungsrohrsysteme verteilen Kohlenwasserstoffe, Dampf, Wasser und andere Produkte in der gesamten Anlage. Sie sind aus Materialien bemessen und konstruiert, die von der Art der Anwendung, dem Druck, der Temperatur und der Art der Produkte abhängen. Es gibt Entlüftungs-, Abfluss- und Probenahmeanschlüsse an den Rohrleitungen sowie Vorkehrungen zum Blindstopfen. Je nach Einsatzzweck kommen unterschiedliche Arten von Armaturen zum Einsatz, darunter Absperrschieber, Bypassventile, Absperr- und Kugelhähne, Kükenhähne, Absperr- und Entlüftungsventile und Rückschlagventile. Diese Ventile können manuell oder automatisch betätigt werden.

Ventile und Instrumente, die eine Wartung oder andere Arbeiten erfordern, sollten auf Klassenebene oder von einer Bedienplattform aus zugänglich sein. Ferngesteuerte Ventile, Brandschutzventile und Absperrventile können verwendet werden, um den Produktverlust an Pumpenansaugleitungen im Falle eines Lecks oder Feuers zu begrenzen. Betriebsentlüftungs- und Entleerungsanschlüsse können mit doppelten Absperrventilen oder einem Absperrventil und Stopfen oder Blindflansch zum Schutz gegen Freisetzungen versehen sein. Je nach Produkt und Service kann ein Rückflussverhinderer aus der Druckleitung erforderlich sein. Es können Vorkehrungen für die Ausdehnung, Bewegung und Temperaturänderungen der Rohrleitung getroffen werden, um einen Bruch zu vermeiden. Pumpen, die mit reduziertem oder keinem Durchfluss betrieben werden, können überhitzen und platzen. Der Ausfall automatischer Pumpensteuerungen könnte zu einer Abweichung des Prozessdrucks und der Temperatur führen. Wo Pumpen unter Überdruck stehen können, sollte eine Druckentlastung in der Druckleitung vorgesehen werden.

Tanklagerung

Atmosphärische Lagertanks und Drucklagertanks werden in der gesamten Raffinerie zur Lagerung von Rohölen, Zwischenkohlenwasserstoffen (die für die Verarbeitung verwendet werden) und Endprodukten, sowohl Flüssigkeiten als auch Gasen, verwendet. Außerdem sind Tanks für Löschwasser, Prozess- und Behandlungswasser, Säuren, Luft und Wasserstoff, Additive und andere Chemikalien vorgesehen. Art, Konstruktion, Fassungsvermögen und Standort von Tanks hängen von ihrer Verwendung und der Art, dem Dampfdruck, den Flammpunkten und den Pourpoints der gelagerten Materialien ab. In Raffinerien werden viele Arten von Tanks verwendet, die einfachsten sind oberirdische Tanks mit Kegeldach zur Lagerung von brennbaren (nicht flüchtigen) Flüssigkeiten wie Dieselkraftstoffen, Heizölen und Schmierölen. Oben offene und abgedeckte (interne) Schwimmdachtanks, die brennbare (flüchtige) Flüssigkeiten wie Benzin und Rohöl lagern, begrenzen den Raum zwischen der Oberseite des Produkts und dem Tankdach, um einen dampfreichen Zustand aufrechtzuerhalten Atmosphäre, um eine Entzündung zu verhindern.

Brandgefahr besteht, wenn Lagertanks für Kohlenwasserstoffe überfüllt sind oder Lecks entwickeln, durch die Flüssigkeiten und Dämpfe entweichen und Zündquellen erreichen können. Raffinerien sollten manuelle Mess- und Produktannahmeverfahren einführen, um Überfüllungen zu kontrollieren, oder automatische Überlaufkontroll- und Signalisierungssysteme an Tanks bereitstellen. Tanks können mit festen oder halbfesten Schaum-Wasser-Brandschutzsystemen ausgestattet sein. An Tanks können ferngesteuerte Ventile, Absperrventile und Brandschutzventile zum Abpumpen oder Schließen im Falle eines Brandes innerhalb des Tanks oder im Tankdeich oder Lagerbereich vorgesehen sein. Tankentlüftungs-, Reinigungs- und Zugangsprogramme zu engen Räumen werden verwendet, um Arbeiten innerhalb von Tanks zu kontrollieren, und Heißarbeitserlaubnissysteme werden verwendet, um Zündquellen in und um Lagertanks zu kontrollieren.

Handhabung, Versand und Transport

Das Laden von Gasen und flüssigen Kohlenwasserstoffen in Pipelines, Kesselwagen, Tanklastwagen und Seeschiffe und Lastkähne für den Transport zu Terminals und Verbrauchern ist der letzte Raffinerievorgang. Produkteigenschaften, Vertriebsanforderungen, Versandanforderungen, Brandschutz sowie Umweltschutz und Betriebskriterien sind wichtig bei der Konstruktion von Schiffsdocks, Ladegestellen und Rohrleitungsverteilern. Betriebsverfahren müssen vom Versender und Empfänger festgelegt und vereinbart werden, und die Kommunikation muss während des Produkttransfers aufrechterhalten werden. Tankwagen und Eisenbahnkesselwagen können entweder von oben oder von unten beladen werden. Das Be- und Entladen von Flüssiggas (LPG) erfordert besondere Überlegungen, die über die von flüssigen Kohlenwasserstoffen hinausgehen. Wo erforderlich, sollten Dampfrückgewinnungssysteme an Ladegestellen und Schiffsanlegestellen bereitgestellt werden.

Sichere Arbeitspraktiken und geeignete persönliche Schutzausrüstung können beim Be- oder Entladen, beim Reinigen von Verschüttungen oder Lecks oder beim Messen, Inspizieren, Probennehmen oder Durchführen von Wartungsarbeiten an Ladeeinrichtungen oder Dampfrückgewinnungssystemen erforderlich sein. Die Lieferung sollte im Falle eines Notfalls, wie z. B. einer Überfüllung eines Tanklastwagens oder Tankwagens, gestoppt oder umgeleitet werden.

In Raffinerien werden eine Reihe verschiedener gefährlicher und giftiger Chemikalien verwendet, die von kleinen Mengen an Testreagenzien für Labors bis hin zu großen Mengen an Schwefelsäure und Flusssäuren für die alkalische Verarbeitung reichen. Diese Chemikalien müssen ordnungsgemäß empfangen, gelagert und gehandhabt werden. Chemikalienhersteller stellen Materialsicherheitsinformationen bereit, die von Raffinerien verwendet werden können, um Sicherheitsverfahren, technische Kontrollen, persönliche Schutzanforderungen und Notfallmaßnahmen für den Umgang mit Chemikalien zu entwickeln.

Die Art der Gefährdung an Be- und Entladeanlagen hängt von den zu ladenden Produkten und den zuvor im Tankwagen, Tanklastwagen oder Seeschiff transportierten Produkten ab. Das Bonden gleicht die elektrische Ladung zwischen dem Ladegestell und dem Tankwagen oder Tankwagen aus. Die Erdung verhindert das Fließen von Streuströmen an LKW- und Bahnverladeanlagen. Isolierflansche werden an Schiffsstegrohrverbindungen verwendet, um den Aufbau und die Entladung statischer Elektrizität zu verhindern. Flammensperren werden in Ladegestellen und Schiffsdampfrückgewinnungsleitungen installiert, um einen Flammenrückschlag zu verhindern. Wo Schalterbelastung zulässig ist, sollten sichere Verfahren festgelegt und befolgt werden.

An Top- und Bottom-Loading-Racks und Marine-Docks sollten automatische oder manuelle Abschaltsysteme an Versorgungsköpfen für den Fall von Lecks oder Überfüllungen bereitgestellt werden. Absturzsicherungen wie Handläufe können für Docks und Toploading-Racks erforderlich sein. Entwässerungs- und Rückgewinnungssysteme können an Ladegestellen für die Sturmentwässerung, an Docks und zur Handhabung von Verschüttungen und Lecks bereitgestellt werden. An LPG-Ladeanlagen sind Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, um Kesselwagen und Lastwagen nicht zu überladen oder unter Überdruck zu setzen.

Aktivitäten und Einrichtungen zur Unterstützung der Raffinerie

Abhängig vom Standort der Raffinerie und den verfügbaren Ressourcen sind zur Unterstützung der Raffinerieprozesse eine Reihe verschiedener Einrichtungen, Aktivitäten und Programme erforderlich, von denen jede ihre eigenen spezifischen Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen hat.

Administrative Tätigkeiten

Abhängig von der Philosophie des Raffinerieunternehmens und der Verfügbarkeit von Gemeinschaftsdiensten sind eine Vielzahl von administrativen Unterstützungsaktivitäten erforderlich, um den kontinuierlichen Betrieb einer Raffinerie sicherzustellen. Die Funktion, die Ölbewegungen in die, innerhalb und aus der Raffinerie steuert, ist einzigartig in Raffinerien. Die administrativen Funktionen lassen sich wie folgt aufgliedern. Der tägliche Betrieb der Prozesseinheiten ist die Betriebsfunktion. Eine weitere Funktion ist dafür verantwortlich, sicherzustellen, dass Vorkehrungen für eine kontinuierliche Versorgung mit Rohöl getroffen wurden. Andere funktionale Aktivitäten umfassen medizinische Dienstleistungen (sowohl Notfall- als auch kontinuierliche Gesundheitsversorgung), Lebensmittelservice, Ingenieurdienstleistungen, Hausmeisterdienste und routinemäßige Verwaltungs- und Managementfunktionen, die in den meisten Branchen üblich sind, wie Buchhaltung, Einkauf, menschliche Beziehungen und so weiter. Die Raffinerie-Schulungsfunktion ist verantwortlich für die Ausbildung von Vorgesetzten und Mitarbeitern in Fähigkeiten und Handwerk, einschließlich Erst-, Auffrischungs- und Abhilfeschulungen, sowie für die Orientierung und Schulung von Mitarbeitern und Auftragnehmern in Notfallmaßnahmen und sicheren Arbeitspraktiken und -verfahren.

Bau und Wartung

Der fortgesetzte sichere Betrieb von Raffinerien hängt von der Einrichtung und Umsetzung von Programmen und Verfahren für die regelmäßige Wartung und vorbeugende Wartung sowie von der Sicherstellung des Austauschs bei Bedarf ab. Turnarounds, bei dem die gesamte Raffinerie oder ganze Prozesseinheiten für die gesamte Ausrüstung und den Austausch auf einmal abgeschaltet werden, ist eine Art vorbeugendes Wartungsprogramm, das für die Prozessindustrie einzigartig ist. Aktivitäten zur mechanischen Integrität wie Inspektion, Reparatur, Prüfung und Zertifizierung von Ventilen und Entlastungsvorrichtungen, die Teil des Prozesssicherheitsmanagementprogramms sind, sind für den kontinuierlichen sicheren Betrieb einer Raffinerie wichtig, ebenso wie Wartungsaufträge für die kontinuierliche Wirksamkeit von das Raffinerieprogramm „Management of Change“. Arbeitserlaubnisprogramme regeln Heißarbeiten und sichere Arbeiten, wie Isolierung und Aussperrung sowie das Betreten geschlossener Räume. Wartungs- und Instrumentierungswerkstätten haben folgende Zwecke:

• heikle und präzise Arbeit zum Testen, Warten und Kalibrieren von Prozesssteuerungen, Instrumenten und Computern in Raffinerien
• Schweißen
• Reparatur und Überholung von Geräten
• Fahrzeugwartung
• Tischlerei und so weiter.

 

Sicherheit und Gesundheitsschutz bei Bau und Instandhaltung hängen von einigen der folgenden Programme ab.

Isolation

Die sichere Wartung, Reparatur und der Austausch von Geräten innerhalb von Prozesseinheiten erfordern häufig die Isolierung von Tanks, Behältern und Leitungen, um die Möglichkeit auszuschließen, dass brennbare Flüssigkeiten oder Dämpfe in einen Bereich gelangen, in dem heiße Arbeiten durchgeführt werden. Die Isolierung wird normalerweise erreicht, indem alle Rohrleitungen, die zu oder von einem Behälter führen, getrennt und verschlossen werden; Verschließen oder Verschließen des Rohrs an einer Verbindung in der Nähe des Tanks oder Behälters; oder Schließen eines doppelten Satzes Absperrventile an der Rohrleitung, falls vorhanden, und Öffnen eines Entlüftungsventils zwischen den beiden geschlossenen Ventilen.

Sperren/Kennzeichnen

Lockout- und Tagout-Programme verhindern die unbeabsichtigte Aktivierung von elektrischen, mechanischen, hydraulischen oder pneumatisch betriebenen Geräten während der Reparatur oder Wartung. Bei allen elektrisch betriebenen Geräten sollte der Leistungsschalter oder Hauptschalter verriegelt oder gekennzeichnet sein und getestet werden, um die Nichtfunktionsfähigkeit sicherzustellen, bevor mit der Arbeit begonnen wird. Mechanische, hydraulische und pneumatische Geräte sollten vor Arbeitsbeginn stromlos gemacht und ihre Stromquelle gesperrt oder gekennzeichnet werden. Ventilschließleitungen, an denen gearbeitet wird oder die isoliert sind, sollten ebenfalls gesperrt oder gekennzeichnet werden, um ein unbefugtes Öffnen zu verhindern.

Metallurgie

Metallurgie wird verwendet, um die kontinuierliche Festigkeit und Unversehrtheit von Leitungen, Behältern, Tanks und Reaktoren zu gewährleisten, die der Korrosion durch Säuren, Ätzmittel, Sauerwasser und Gase und andere Chemikalien ausgesetzt sind, die durch die Verarbeitung von Rohöl entstehen und verwendet werden. In der gesamten Raffinerie werden zerstörungsfreie Prüfmethoden eingesetzt, um übermäßige Korrosion und Verschleiß zu erkennen, bevor es zu einem Ausfall kommt. Es sind angemessene Sicherheitsvorkehrungen erforderlich, um eine übermäßige Exposition von Arbeitern zu vermeiden, die mit radioaktiven Testgeräten, Farbstoffen und Chemikalien umgehen oder diesen ausgesetzt sind.

Lager

In Lagern werden nicht nur die für den laufenden Raffineriebetrieb benötigten Teile, Materialien und Ausrüstungen gelagert, sondern auch verpackte Chemikalien und Zusatzstoffe, die für Wartung, Verarbeitung und Mischung verwendet werden. Lager können auch Vorräte an erforderlicher persönlicher Schutzkleidung und -ausrüstung halten, einschließlich Schutzhelme, Handschuhe, Schürzen, Augen- und Gesichtsschutz, Atemschutz, Sicherheits- und undurchlässiges Schuhwerk, flammfeste Kleidung und Säureschutzkleidung. Eine ordnungsgemäße Lagerung und Trennung von brennbaren und brennbaren Flüssigkeiten und gefährlichen Chemikalien ist erforderlich, um Verschüttungen, Brände und das Mischen inkompatibler Produkte zu verhindern.

Laboratories

Labore sind dafür verantwortlich, die Werte und die Konsistenz der Rohöle vor der Verarbeitung zu bestimmen und die für die Qualitätskontrolle des Endprodukts erforderlichen Tests durchzuführen. Das Laborpersonal sollte geschult werden, um die Gefahren zu erkennen, die mit der Handhabung und dem Mischen von giftigen Chemikalien und brennbaren Flüssigkeiten verbunden sind, und sich selbst und andere zu schützen.

Sicherheit und Umwelt- und Arbeitshygiene

Weitere wichtige Aktivitäten zur Unterstützung von Raffinerien sind Sicherheit, Brandverhütung und -schutz, Umweltschutz und Arbeitshygiene. Diese können als separate Funktionen bereitgestellt oder in den Raffineriebetrieb integriert werden. Sicherheit, Notfallvorsorge und -maßnahmen sowie Brandverhütungs- und -schutzaktivitäten liegen häufig in der Verantwortung derselben Funktion innerhalb einer Raffinerie.

Die Sicherheitsfunktion nimmt an Prozesssicherheitsmanagementprogrammen als Teil der Teams für Entwurfsprüfung, Vorkonstruktion und Konstruktionsprüfung und Prüfung vor der Inbetriebnahme teil. Die Sicherheit unterstützt häufig den Qualifizierungsprozess von Auftragnehmern, überprüft die Aktivitäten von Auftragnehmern und untersucht Vorfälle, an denen Mitarbeiter und Auftragnehmer beteiligt sind. Das Sicherheitspersonal kann für die Beaufsichtigung von genehmigungspflichtigen Tätigkeiten, wie z. B. das Betreten geschlossener Räume und Heißarbeiten, sowie für die Überprüfung der Verfügbarkeit und Einsatzbereitschaft von tragbaren Feuerlöschern, Dekontaminationseinrichtungen, Notduschen, Augenspülstationen, fest installierten Detektionsgeräten und Alarmen sowie für Notfälle verantwortlich sein umluftunabhängige Atemschutzgeräte, die im Falle einer Freisetzung giftiger Gase an strategischen Stellen platziert werden.

Sicherheitsprogramme. Die Sicherheitsfunktion der Raffinerie ist normalerweise für die Entwicklung und Verwaltung verschiedener Sicherheits- und Unfallverhütungsprogramme verantwortlich, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die folgenden:

• Entwurfskonstruktion und Sicherheitsüberprüfungen vor der Inbetriebnahme
• Untersuchung und Meldung von Unfällen, Vorfällen und Beinaheunfällen
• Notfallpläne und Reaktionsprogramme
• Sicherheitsprogramm des Auftragnehmers
• sichere Arbeitspraktiken und Verfahren
• Sperre/Tagout
• Betreten von beengten und inerten Räumen
• Gerüst
• elektrische Sicherheit, Geräteerdung und Fehlerschutzprogramm
• Maschinenschutz
• Sicherheitszeichen und Hinweise
• Heißarbeit, sicheres Arbeiten und Zugangserlaubnissysteme.

 

Feuerwehr. Raffineriefeuerwehren und Einsatzkräfte können hauptamtliche Feuerwehrangehörige sein; benannte Raffineriemitarbeiter, wie Bediener und Wartungspersonal, die zusätzlich zu ihren regulären Pflichten geschult und beauftragt sind, zu reagieren; oder eine Kombination aus beidem. Neben Bränden reagieren Brigaden traditionell auch auf andere Vorfälle in Raffinerien wie Säure- oder Gasfreisetzungen, Rettungen aus Schiffen oder Tanks, Verschüttungen und so weiter. Die Brandschutzfunktion kann für die Inspektion und Prüfung von Brandmeldern und -signalen sowie ortsfesten und tragbaren Brandschutzsystemen und -ausrüstungen, einschließlich Löschfahrzeugen, Feuerlöschpumpen, Löschwasserleitungen, Hydranten, Schläuchen und Düsen, verantwortlich sein.

Die Brandbekämpfung in Raffinerien unterscheidet sich von der normalen Brandbekämpfung, da es oft vorzuziehen ist, bestimmte Brände weiterbrennen zu lassen, anstatt sie zu löschen. Darüber hinaus hat jede Art von Kohlenwasserstoffflüssigkeit, -gas und -dampf einzigartige brandchemische Eigenschaften, die gründlich verstanden werden müssen, um ihre Brände optimal zu kontrollieren. Beispielsweise würde das Löschen eines Kohlenwasserstoffdampffeuers ohne vorheriges Stoppen der Dampffreisetzung nur eine kontinuierliche Dampfgaswolke mit der Wahrscheinlichkeit einer Wiederentzündung und Explosion erzeugen. Brände in Tanks, die Rohöl und schwere Rückstände enthalten, müssen mit speziellen Brandbekämpfungstechniken behandelt werden, um die Möglichkeit einer Explosion oder eines Überkochens des Tanks zu vermeiden.

Kohlenwasserstoffbrände werden häufig gelöscht, indem der Produktfluss gestoppt und das Feuer ausbrennen gelassen wird, während Kühlwasser angewendet wird, um angrenzende Ausrüstung, Tanks und Behälter vor Hitzeeinwirkung zu schützen. Viele ortsfeste Brandschutzsysteme sind für diesen speziellen Zweck konzipiert. Die Brandbekämpfung in Prozesseinheiten unter Druck erfordert besondere Aufmerksamkeit und Schulung, insbesondere wenn Katalysatoren wie Flusssäure im Spiel sind. Spezielle Feuerlöschchemikalien wie Trockenpulver und Schaum-Wasser-Lösungen können zum Löschen von Kohlenwasserstoffbränden und zur Kontrolle von Dampfemissionen verwendet werden.

Notfallvorsorge. Raffinerien müssen Notfallpläne für eine Reihe verschiedener potenzieller Situationen entwickeln und umsetzen, darunter Explosionen, Brände, Freisetzungen und Rettungen. Die Notfallpläne sollten den Einsatz von externer Hilfe, einschließlich Auftragnehmern, staatlicher und gegenseitiger Hilfe, sowie die Verfügbarkeit von Spezialvorräten und -ausrüstung wie Feuerlöschschaum und Auffang- und Adsorptionsmaterialien umfassen.

Gas- und Dampfprüfung

Die Überwachung, Probenahme und Prüfung von Gasen, Partikeln und Dämpfen in Raffinerien wird durchgeführt, um sicherzustellen, dass Arbeiten sicher durchgeführt und Prozesse ohne toxische oder gefährliche Belastungen, Explosionen oder Brände betrieben werden können. Atmosphärische Tests werden mit einer Vielzahl von Instrumenten und Techniken durchgeführt, um den Sauerstoffgehalt, Kohlenwasserstoffdämpfe und -gase zu messen und gefährliche und toxische Expositionsniveaus zu bestimmen. Die Instrumente müssen vor der Verwendung von qualifizierten Personen ordnungsgemäß kalibriert und eingestellt werden, um zuverlässige und genaue Messungen zu gewährleisten. Abhängig vom Arbeitsort, den möglichen Gefahren und der Art der auszuführenden Arbeiten können Tests, Probenahmen und Überwachungen vor Beginn der Arbeiten oder in bestimmten Abständen während der Arbeit oder kontinuierlich während des Arbeitsverlaufs durchgeführt werden.

Bei der Festlegung von Raffinerieverfahren zur Probenahme und Prüfung entzündlicher, inerter und toxischer Atmosphären sollte die Verwendung persönlicher Schutzausrüstung, einschließlich eines geeigneten Atemschutzes, in Betracht gezogen werden. Es ist zu beachten, dass Atemschutzgeräte mit Kanister für sauerstoffarme Atmosphären ungeeignet sind. Die Prüfanforderungen sollten von dem Gefährdungsgrad abhängen, der bei einem Geräteausfall bestehen würde.

Die Prüfung der folgenden Substanzen kann mit tragbaren Geräten oder stationären Instrumenten durchgeführt werden:

Sauerstoff. Gaszähler für brennbare Gase funktionieren, indem sie eine winzige Probe der zu testenden Atmosphäre verbrennen. Um einen genauen Messwert für brennbare Gase zu erhalten, müssen mindestens 10 % und höchstens 25 % Sauerstoff in der Atmosphäre vorhanden sein. Die in der Atmosphäre vorhandene Sauerstoffmenge wird unter Verwendung eines Sauerstoffmessgeräts vor oder gleichzeitig mit der Verwendung des Messgeräts für brennbare Gase bestimmt. Das Testen auf Sauerstoff ist bei Arbeiten in engen oder geschlossenen Räumen unerlässlich, da das Betreten ohne Atemschutz (sofern keine toxischen Expositionen vorliegen) normale Atemluft-Sauerstoffkonzentrationen von etwa 21% erfordert. Sauerstoffmessgeräte werden auch verwendet, um die in inertisierten Räumen vorhandene Sauerstoffmenge zu messen, um sicherzustellen, dass nicht genug vorhanden ist, um die Verbrennung während heißer Arbeiten oder anderer Vorgänge zu unterstützen.

Kohlenwasserstoffdämpfe und -gase. „Heiße Arbeit“ ist Arbeit, die eine Zündquelle erzeugt, wie Schweißen, Schneiden, Schleifen, Strahlen, Betreiben eines Verbrennungsmotors usw. in einem Bereich, in dem die Möglichkeit besteht, brennbaren Dämpfen und Gasen ausgesetzt zu werden. Um Heißarbeiten sicher durchführen zu können, werden Messgeräte für brennbare Gase verwendet, um die Atmosphäre auf Kohlenwasserstoffdämpfe zu prüfen. Kohlenwasserstoffdämpfe oder -gase brennen nur, wenn sie in bestimmten Anteilen mit Luft (Sauerstoff) gemischt und entzündet werden. Befindet sich zu wenig Dampf in der Luft, ist das Gemisch „too mager to burn“, ist zu viel Dampf (zu wenig Sauerstoff) vorhanden, ist das Gemisch „too rich to burn“. Die Grenzanteile werden als „obere und untere Zündgrenzen“ bezeichnet und in Prozent des Dampfvolumens in der Luft ausgedrückt. Jedes Kohlenwasserstoffmolekül oder -gemisch hat unterschiedliche Entflammbarkeitsgrenzen, die typischerweise von etwa 1 bis 10 % Dampf in Luft reichen. Benzindampf beispielsweise hat eine untere Zündgrenze von 1.4 % und eine obere Zündgrenze von 7.6 %.

Giftige Atmosphären. Spezielle Instrumente werden verwendet, um den Gehalt an toxischen und gefährlichen Gasen, Dämpfen und Partikeln zu messen, die in der Atmosphäre vorhanden sein können, in der Menschen arbeiten. Diese Messungen werden verwendet, um das Niveau und die Art des erforderlichen Schutzes zu bestimmen, die von der vollständigen Belüftung und dem Austausch der Atmosphäre bis zur Verwendung von Atem- und persönlicher Schutzausrüstung durch die in dem Bereich arbeitenden Personen reichen können. Beispiele für gefährliche und toxische Expositionen, die in Raffinerien auftreten können, sind Asbest, Benzol, Schwefelwasserstoff, Chlor, Kohlendioxid, Schwefel- und Flusssäure, Amine, Phenol und andere.

Gesundheits- und Sicherheitsprogramme

Die Grundlage für die industrielle Hygiene in Raffinerien ist ein administratives und technisches Kontrollprogramm, das die Exposition der Anlage gegenüber toxischen und gefährlichen Chemikalien, Laborsicherheit und -hygiene, Ergonomie und medizinische Überwachung abdeckt.

Aufsichtsbehörden und Unternehmen legen Expositionsbegrenzungen für verschiedene giftige und gefährliche Chemikalien fest. Die Arbeitshygienefunktion führt Überwachungen und Probennahmen durch, um die Exposition der Mitarbeiter gegenüber gefährlichen und giftigen Chemikalien und Substanzen zu messen. Industriehygieniker können technische Kontrollen, vorbeugende Arbeitspraktiken, Produktersatz, persönliche Schutzkleidung und -ausrüstung oder alternative Schutz- oder Reduzierungsmaßnahmen entwickeln oder empfehlen.

Medizinische Programme. Raffinerien verlangen in der Regel vorab durchgeführte und regelmäßige ärztliche Untersuchungen, um die Fähigkeit des Mitarbeiters festzustellen, die Arbeit zunächst und später auszuführen, und um sicherzustellen, dass die Anforderungen und Expositionen der fortgesetzten Arbeit die Gesundheit oder Sicherheit des Mitarbeiters nicht gefährden.

Personenschutz. Persönliche Schutzprogramme sollten typische Raffineriebelastungen wie Lärm, Asbest, Isolierung, gefährliche Abfälle, Schwefelwasserstoff, Benzol und Prozesschemikalien einschließlich Ätzmitteln, Fluorwasserstoff, Schwefelsäure usw. abdecken. Die Arbeitshygiene kann die geeignete persönliche Schutzausrüstung für verschiedene Expositionen benennen, einschließlich Unterdruck- und luftversorgter Atemschutzgeräte sowie Gehör-, Augen- und Hautschutz.

Produktsicherheit. Das Bewusstsein für Produktsicherheit umfasst das Wissen über die Gefahren von Chemikalien und Materialien, denen am Arbeitsplatz ein Expositionspotenzial besteht, und über die zu ergreifenden Maßnahmen im Falle einer Exposition durch Verschlucken, Einatmen oder Hautkontakt. Toxikologische Studien von Rohöl, Raffinerieströmen, Prozesschemikalien, Endprodukten und vorgeschlagenen neuen Produkten werden durchgeführt, um die potenziellen Auswirkungen einer Exposition auf Mitarbeiter und Verbraucher zu bestimmen. Die Daten werden verwendet, um Gesundheitsinformationen über zulässige Expositionsgrenzen oder akzeptable Mengen gefährlicher Materialien in Produkten zu entwickeln. Diese Informationen werden in der Regel durch Materialsicherheitsdatenblätter (MSDS) oder ähnliche Dokumente verteilt, und die Mitarbeiter werden in Bezug auf die Gefahren der Materialien am Arbeitsplatz geschult oder geschult.

Umweltschutz

Umweltschutz ist eine wichtige Überlegung im Raffineriebetrieb, da die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und die Notwendigkeit von Einsparungen bei steigenden Ölpreisen und -kosten eskalieren. Ölraffinerien produzieren ein breites Spektrum an Luft- und Wasseremissionen, die für die Umwelt schädlich sein können. Einige davon sind Verunreinigungen im ursprünglichen Rohöl, während andere das Ergebnis von Raffinerieprozessen und -vorgängen sind. Zu den Emissionen in die Luft gehören Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Stickoxide und Kohlenmonoxid (siehe Tabelle 2). Abwasser enthält typischerweise Kohlenwasserstoffe, gelöste Materialien, suspendierte Feststoffe, Phenole, Ammoniak, Sulfide, Säuren, Laugen und andere Verunreinigungen. Es besteht auch das Risiko des versehentlichen Verschüttens und Auslaufens einer breiten Palette von brennbaren und/oder giftigen Chemikalien.

Zu den Kontrollen, die eingerichtet wurden, um die Freisetzung von Flüssigkeiten und Dämpfen einzudämmen und die Betriebskosten zu senken, gehören:

• Energieeinsparung. Zu den Kontrollen gehören Dampfleckkontrolle und Kondensatrückgewinnungsprogramme, um Energie zu sparen und die Effizienz zu steigern.
• Wasserverschmutzung. Zu den Kontrollen gehören die Abwasserbehandlung in API-Separatoren und nachfolgenden Behandlungsanlagen, die Regenwassersammlung, -rückhaltung und -behandlung sowie Eindämmungs- und Kontrollprogramme zur Verhinderung von Verschüttungen.
• Luftverschmutzung. Da Raffinerien kontinuierlich arbeiten, ist die Lecksuche, insbesondere an Ventilen und Rohrverbindungen, wichtig. Zu den Kontrollen gehören die Reduzierung von Kohlenwasserstoffdampfemissionen und -freisetzungen in die Atmosphäre, Dichtheitsprogramme für Raffinerieventile und Armaturen, Schwimmdachtankdichtungen und Dampfeindämmungsprogramme sowie Dampfrückgewinnung für Be- und Entladeeinrichtungen und zum Entlüften von Tanks und Behältern.
• Bodenverschmutzung. Das Verhindern von Ölaustritt durch Verunreinigung des Bodens und Verunreinigung des Grundwassers wird durch die Verwendung von Deichen und die Bereitstellung von Entwässerungen zu bestimmten, geschützten Eindämmungsbereichen erreicht. Eine Kontamination durch Verschütten innerhalb von Deichbereichen kann durch den Einsatz sekundärer Eindämmungsmaßnahmen verhindert werden, wie z. B. undurchlässige Kunststoff- oder Tondeichauskleidungen.
• Spill-Antwort. Raffinerien sollten Programme entwickeln und umsetzen, um auf das Auslaufen von Rohöl, Chemikalien und Fertigprodukten auf Land und Wasser zu reagieren. Diese Programme können sich auf geschulte Mitarbeiter oder externe Agenturen und Auftragnehmer verlassen, um auf den Notfall zu reagieren. Der Bereitschaftsplan sollte die Art, die benötigte Menge und die Verfügbarkeit von Materialien und Geräten zur Beseitigung und Wiederherstellung von Verschüttungen, entweder vor Ort oder auf Abruf, enthalten.

 

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