Aardolie raffinage en industrie

• spm1520 • wat is ‘energie’; vormen van energie; • wet van behoud van energie; energiebalans; Zumdahl, hfst. 6• energie-eenheden• bronnen en voorraden• gebruik van energie• energie-conversiesystemen;

• spm1530• Aardolieraffinage• (Grootschalige Proces Industrie)• Stof:

• Collegemateriaal & Raffinageweb – via blackboard• Zumdahl hfst. 22

Energiegebruik in Nederland• Proces-industrie (Chemical Process Industry - CPI) = grootste eindgebruiker (NL); +/- 37%

• 37% of total; = 3200 [PJ] * .37 = 1184 [PJ] = 1184 [PJ] / 42 [GJ/ton] = 28 Miljoen TOE;

• Energierekening:1000 [kg/TOE]

28 * 1.000.000 [TOE] ---------------------------- * 90 [$/vat]0.85 [kg/l] *159 [l/vat]

= 0.2 Miljard [vat] * 90 [$/vat] = 18 Miljard [$] * 0.75 [€/$] = +/- 13.5 miljard Euro

• Elke $/vat prijsstijging kost de Nederlandse procesindustrie zo’n 150 Miljoen Euro.

• Dat is een probleem • als dit niet kan worden doorberekend in de afzetprijzen• er concurrenten zijn die geen last hebben van dit soort prijsstijgingen• (prijzen van 60 [$/vat] gehaald, scheelt dus 3 miljard euro!)

• Grootschalige procesindustrie =• raffinage• petrochemie• kunstmest• basismetaal• bulk-plastics

Waarom energie-conversie?• Waarvoor gebruiken we “energie”

• “warme voeten”• “verplaatsen van A naar B”• “verlichting; electrische tandenborstel ...comfort”• “industriële produktie”• “schoonmaken”

• In welke vorm is “energie” beschikbaar• aardolie, aardgas, steenkool, uranium, zonlicht...

• ….. Ergo: transformatie nodig!

Food

Textile

Paper

Fertilizer

Oth. chemical

Building material

Basic metal

Oth. metal

Oth. industry

Transport

Homes

Cokes factories

Refineries

Power plants

Winning

Import

Export

The Netherlands

Import

Export

The Dutch Industrial Economy

Winningsbedrijven Energie-bedrijven Eindgebruikers

Food

Textile

Paper

Fertilizer

Oth. chemical

Building material

Basic metal

Oth. metal

Oth. industry

Transport

Homes

Cokes factories

Refineries

Power plants

Winning

Import

Export

The Netherlands

Import

Export

Energie-gebruiksfuncties

Energie-vormen of

energie-dragers

Energiebronnenof

voorraden

aardolie

steenkool

aardgas

electriciteit

warmteTlaag

kracht voort-stuwing

warmteThoog

aardolie-produkten

aandrijving

voort-stuwing

aandrijving

verlichting

ruimte-verwarming

warmteTmidden

proces-warmte

1 5

4

3

2 6

7

8

9

10

Conventioneel EnergiesysteemConventioneel Energiesysteem

• Technisch processen of sub-systemen1) conversie/scheiding, olieraffinaderij2) verbranding, E-centrale3) verbranding, Industrieel fornuis4) verbranding, CV-ketel vuurhaard5) omzetting warmte naar kracht6) kracht naar elektrische stroom, generator 7) kracht naar aandrijving, machines8) kracht naar voortstuwing, schip, auto, vliegtuig9) warmteoverdracht, industrieel warmtenet

10) warmteoverdracht, CV-installatie

Conventioneel energiesysteem

Aardolie - het Systeem

zie voor uitgebreide beschrijving Raffinageweb - spm1530!

• Systeem: Winning, Transport, Raffinage, Distributie, Vervoer

Winning

Bewerking

Transport & Handel

Olieveld

BinnenlandseGebruikers

Olieveld Olieveld

Winning

Bewerking

Winning

Bewerking

Aardgas-Infra

Transport

'Associated Gas'

Export

Raffinage Raffinage Raffinage Raffinage

Aardolieprodukten

Aardolie

• Elk aardolie ‘veld’ cq. bron leverteen unieke kwaliteit aardolie

• Afhankelijk van condities ter plaatse en leeftijd sterk variërendefysische en chemischemateriaaleigenschappen

• van vloeibaar tot zeer visceus, bijna vast• van alkaanrijk (parrafinic) tot aromaatrijk (naftenic)• van zwavelarm tot zwavelrijk

• Komt o.m. tot uitdrukking in de kookpuntscurve

• American Petroleum Index (API)• Zwaardere crudes hebben eenlagere API

Aardolie – een fossiele grondstof

Waarom aardolie-raffinage?

• Primaire doel:• Ruwe-olie scheiden in kookpuntsfrakties (‘cuts’)

• Kookpuntscurve:• massa fractie gedestilleerd• tegen de kooktemperatuur

Aardolie Raffinage

• Capaciteit (Wereld): 3600 [MTA]• Benuttingsgraad: +/- 85 %• Energie Efficiency: 85-95 %

(Nederland, 1993: 93.1 %)

www.shell.com

www.portofrotterdam.com

Ruwe Olie - Europa

Bron: Meijknecht et. al. 2012

Aardolieraffinage: hoe?

Systeemdiagram

• scheiding• conversie• reiniging + conversie (milieu)• eindconversie (kwaliteit)• menging (producten)

Light Gases

Naphtha

Kerosene

Gasoil

Heavy Gasoil

Residue

Distiller

Crude

Aardolieraffinage- Scheiding: d.m.v. destillatie

Scheiding in “Crude Distiller”?

• Voeding: ruwe olie• Verhitten: voeding in industrieel fornuis• Internals: “schotels” met gaatjes• Condensatie: condensors per produkt• Druk: atmosferisch

• In feit is de crude distiller een stapeling van meerder destillatiekolommen.

Light Gases

CC-Naphtha

CC-Kerosene

CC-Gasoil

CC-Heavy Gasoil

CC-Residue

Distiller

CC-Product

CatCrackerShort Residue

Conversie

• Reactor voor conversie (omzettting)

• Gevolgd door scheiding in kookpuntsfracties

Conversie – drie hoofdtypen

• Thermische omzettting• Aanleggen van hoge T, energietoevoer• Thermische kraker, visbreaker, FlexiCoker

• Katalytische omzetting• CatCracker

• Idem, in aanwezigheid van waterstof (H2)• Hydrocracker• Hycon

Thermische conversie processen

• “Severity” = intensiteit reactiecondities

• druk, temperatuur

• “Heaviness feedstock” = zwaarte van de voeding

• gemiddeld molgewicht componenten• kookpuntsfractie (zwaarder hogere kookpunten)

Conversie Processen die gebruikmaken van waterstof - H2

• “Severity” = intensiteit reactiecondities

• druk, temperatuur

• “Heaviness feedstock” = zwaarte van de voeding

• gemiddeld molgewicht componenten• kookpuntsfractie (zwaarder hogere kookpunten)

Conversie + reiniging

• Katalytische processen• Toevoer van waterstof

• Ontsluiten van m.n. zwavel (S) en conversie tot H2S

• Hydrotreating (HDT)• Hydrodesulphurisation (HDS)

• De H2S wordt in het zgn. Claus proces omgezet tot vast Zwavel (S)

Eindconversie

• Conversie om de producten de gewenste kwaliteit te geven – bijv. Benzine: RON (Research Octane Number)

• Reforming (Platformer)• In aanwezigheid van Pt katalysator aromatiseren, onder produktie

van waterstof (H2)• Alkylering

• Kleine alkanen verbinden met grotere alkanen• Bijv. H3C-CH2-CH2-CH3 + CH3-CH=CH2 3-methyl-hexaan

• Isomerisatie• Lineaire alkanen omzetten in vertakte

Menging

• “Blending• Letterlijk: mengen van tussenprodukten uit de raffinaderij tot af

te leveren eindprodukten

• Belanrijkste blenders• Benzine• Diesel

• Doel: behalen van de kwaliteitsspecificatie met optimale mix van tussenprodukten uit de raffinaderij

Aardolieraffinage: hoe?

Systeemdiagram

• scheiding• conversie• reiniging + conversie (milieu)• eindconversie (kwaliteit)• menging (producten)

• Zeer veel configuraties mogelijk!!

Hydroskimming refinery

• Eenvoudige raffinaderij• Meestal wel een eenvoudig thermische kraker

Integrated refinery to (semi-) complex refinery• Integrated:

• + Vacuum distillatie• + Katalytische kraker• + Isomerisatie/alkylatie

• Semi-Complex• + Hydrocracker

• Complex• + Long Residue Catcracker• + Hycon or Flexicoker

Olieraffinage in Europa

Bron: Meijknecht et. al. 2012

Olieraffinage in Europa

Bron: Meijknecht et. al. 2012

OlieraffinageOntwikkeling

Bron: Meijknecht et. al. 2012

Olie - waardeketen

Bron: Meijknecht et. al. 2012