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Der Steamcracker könnte in 2 Testteilen abgefragt werden. Der 2. Testteil gibt jedoch so wenig her das er mit höchster Warscheinlichkeit nicht gefragt wird.
1. Testteil
Ethen und Propen gehören heute mengenmäßig zu den wichtigsten Grundstoffen, da sie in zahlreichen Synthesen in verwertbare und wichtige Zwischenprodukte überführt werden. Da Ethen und Propen im Erdöl nahe zu nicht vorkommt muss es großtechnisch hergestellt werden.
Spalten:
Als Einzelstoff wird in Steamcrackern Naphtha ( Rohbenzin mit einem Siedebereich von 30°C – 180°C ) eingesetzt. Moderne Spaltöfen bestehen aus 8 Senkrecht angebrachten Rohrschlangen, die direkt mit Gasbrennern auf 1200°C erhitzt werden. Das Naphtha wird vorgewärmt und mit überhitztem Wasserdampf vermischt. Es tritt Gasförmig mit ca. 600°C in die 70m langen und 8cm bis 10cm weiten Rohre ein und tritt nach ca. 0,2s Verweilzeit mit ca. 840°C wieder aus. Die Hauptspaltprodukte sind Pyrolysebenzin, Ethen, Propen und Methan.
Quenchen
Um Rückreaktionen zu unterbinden, wird unmittelbar nach Austritt aus den Reaktorröhren gequencht. Das heißt das Reaktionsgas wird schlagartig unter Gewinnung von Prozessdampf ( dient zum Antrieb der Rohgaskompressoren ) auf 400°C indirekt abgekühlt und die Reaktion somit „eingefroren“. Im darauf folgenden Quenchkühler wird direkt mit Pyrolyseöl auf 220°C gekühlt. Das Prozessgas gelangt jetzt in die Spaltgaskolonne.
Reinigung und Verdichten
In der Spaltgaskolonne (Gegenstrom) die direkt mit Pyrolysebenzin gekühlt wird sinkt die Proßessgas Temp. am Kopf auf 105°C, unten fällt bei 180°C Pyrolyseöl aus. Anschließend gelangt das Proßessgas in den mit Wasser gekühlten Direktkühler (Gegenstrom). Dabei fällt bei einer Sumpftemp. von 85°C Wasser und Pyrolysebenzin aus, das im Phasentrenner getrennt wird. Das Pyrolysebenzin wird als Kühlmittel in der Spaltgaskolonne eingesetzt, das Wasser wird in 2 Teilströme geteilt. Der eine wird wieder Verdampft und als Verdünnungsmittel den Spalteinheiten zugeführt, der Andere über Luftkühler abgekühlt und als Kühlmittel dem Direktkühler wieder Rückgeführt. Das Rohgas wird vom Kolonnenkopf mit 35°C abgeführt und in einem 5 Stufigen Turboverdichter auf 32 bar verdichtet, wobei nach jeder Verdichtungsstufe gekühlt werden muss, da über 95°C Polymerisate entstehen würden. Bei jeder Verdichtungsstufe fällt Pyrolysebenzin an. Zusätzlich wird zwischen der 4. und der 5. Stufe in einer Säuregaswäsche mit 1% - 5%iger Natronlauge CO2 und H2S ausgewaschen. ( H2S = Katalysatorgift ; CO2 würde im anschließenden Verfahren ausfrieren )
Trocknung und Destillation
Um Eisbildung in der nachfolgenden Tieftemperaturdestillation zu verhindern wird das Prozessgas über Molekularsiebe bis zu einem Taupunkt von mindestens –70°C gekühlt. Anschließend wird das getrocknete Rohgas mehrstufig auf –150°C weitergekühlt und in einer C2-/C3+ Kolonne getrennt.
2. Testteil
C2- Fraktion
Der C2- Fraktion wird in einer „Cold Box“ bei –154°C der Wasserstoff entzogen und in der anscheißenden C1/C2 Kolonne das Methan. Das in der C2 Fraktion enthaltene Ethin wird mit einer Dimethylformamid Extraktion entfernt, so das zum Schluss nur noch mit einer sehr Aufwändigen und großen Kolonne (ca. 100 Böden ) mit hohem Rücklauf das Ethen vom Ethan getrennt wird. Das Sumpfprodukt Ethan wird zur Spalteinheit Rückgeführt.
C3+ Fraktion
Die Sumpfphase der C2-/C3+ Kolonne gelangt in die C3/C4+ Kolonne. Der C3 Kopfphase wird mittels selektiver Hydrierung Propin und Propadien in Propen und Propan überführt und anschließend in einer weiteren Kolonne nach Propen und Propan getrennt. Das Propan wird zur Spalteinheit rückgeführt. Das Sumpfprodukt der C3/C4+ Kolonne wird nochmals in einer weiteren Kolonne in eine C4 – und eine Pyrolysebenzinfraktion überführt.
Pyrolysebenzin
Die Pyrolysebenzinströme aus Direktkühler und Kompressor werden gestrippt und mit dem Sumpfprodukt der C4-/C5+ Kolonne katalytisch Hydriert um Verharzungen durch Diolefine zu verhindern. Aufgrund des hohen Benzolgehalts des Pyrolysebenzins ist es ein wichtiges Einsatzprodukt für die Benzolgewinnung.
Manchmal wird das Pyrolysebenzin in einen weiteren C5 Schnitt (Vergaserkraftstoff), Aromatenschnitt ( BTX = Benzol, Toluol, Xylol) und einen C9 Schnitt (Heizöl) getrennt.
Zusätzliche Fragen!
Nennen Sie die Haupt und Koppelprodukte.
Hauptprodukt = Ethen, Propen
Nebenprodukte = H2, CH4, Ethan, Butan, Ethin, Pyrolyseöl, Pyrolysebenzin
Was versteht man unter Steamcracking?
Das Endtherme Spalten langkettiger gesättigte KW (außer Aromaten) in kurzkettige ungesättigte, unter zu Hilfenahme von Wasserdampf
Was sind Oligomere?
Langkettige ungesättigte KW mit mehreren Doppelbindung, bis zu Aromaten.
Was passiert beim Steamcracking?
Langkettige KW zerbrechen zu kurzkettigen Radikale, die sich sofort Reaktionspartner suchen und neue Molokühle bilden. Dieser Crackvorgang kann sich beim Durchströmen des Reaktorrohrs mehrfach wiederholen.
Nennen Sie Folgeprodukte von Ethen.
Ethanol, Styrol, Polyethylen, PVC, Ethylenoxid (Oxiran)
Nennen und erklären Sie die Einflussmöglichkeiten auf den Crackvorgang.
- Edukte
- Temperatur
- Verweilzeit
- Druck und Verdünnungsmittel
- Quenchen
Edukte:
Die höchste Ethenausbeute erhält man beim Einsatz von n-Alkanen. Bei i-Alkanen nimmt die Ethenausbeute um so mehr ab, je verzweigter das Molokyl ist. Je verzeigter, desto mehr H2 und CH4 entsteht. Bei Aromaten werden die Seitenketten abgespalten, sonst werden sie kaum angegriffen.
n-Alkane > Cycloalkane ~ i-Alkane >> Aromaten
Temperatur:
Ab etwa 400°C werden Alkane bevorzugt in der Mitte gespalten. Mit steigender Temperatur verschiebt sich die Spaltung zum Kettenende. Es entstehen mehr niedere Alkane. Die höchste Ethen und Propenausbeute liegt bei 800°C bis 850°C. Bei noch höheren Temperaturen verschiebt sich die Ausbeute zum Methan und weiter zu den einzelnen Elementen. Über 1000°C kommt es zu Verkokungen
Verweilzeit:
Bei kurzer Verweilzeit ( ca. 0,2s ) kommt es überiegend zu Primärreaktionen die zu den gewünschten Alkenen führen. Bei längerer Verweilzeit kommen Sekundärreaktionen zum Zuge. Z.B. Oligomerisierung und Koksabscheidung.
Partialdruck und Verdünnungsmittel:
Ein niederer Partialdruck begünstigt die Alkanausbeute, da aus 1 mol eingesetztem KW 2 bis 3 mol Spaltprodukte entstehen. Um den Partialdruck weiter zu senken, mischt man Fremdgas bei, meist Wasserdampf da dieser gleichzeitig die Kohlenstoffabscheidung im reaktor verringert. Höhere Wasserdampfmengen begünstigen die Entstehung von Wertproduckt, blockieren jedoch Reaktorvolumen und erforden zusätzliche Heiz- und Kühlenergie.
Quenchen:
Von vielen Leuten wird das Quenchen als. 5. Einflußgröße gesehen, da es die Reaktion einfriert und Sekunäreaktionen unterbindet.
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