Fyld en reaktor spillet

Transkript

1 Fyld en reaktor spillet Velkommen i dit nye job som katalysatorsælger hos Haldor Topsøe. I dag skal du stå for at loade en hydrotreating reaktor med nye katalysatorer. Udfordringen lyder på at optimere ydeevnen af reaktoren, hvilket vil gøre raffinøren glad. Maximal ydeevne opnås ved at vælge de rigtige katalysatorer til de pågældende formål samt at loade dem i den bedste rækkefølge. Den samlede pris har selvfølgelig også indflydelse på, om du kan overbevise raffinøren om at købe katalysatorer af dig. Held og lykke! Funktion af de 4 forskellige lag i en reaktor Grading: - Fordeler olien, så den flyder jævnt ned gennem reaktoren - Virker som en grov si, der fjerner større partikler i olien - Udformning, størrelse og materiale afgør virkningsgraden - Grading har ingen katalytisk aktivitet Guard: - Fjerner metaller (Ni, V, As) og silicium fra olien, da disse ellers ville forgifte bulk katalysatoren - Virker typisk ved absorption (ikke katalytisk) - Fjerner de mest reaktive komponenter i olien (lav katalytisk aktivitet). Dette mindsker risikoen for, at der dannes kul på bulk katalysatoren, hvilket ellers ville deaktivere katalysatoren hurtigt Bulk katalysator: - Det primære formål er at fjerne svovl og nitrogen - Svovl i olien omdannes til SO 2 H 2SO 4 ved afbrænding - Nitrogen er en katalysatorgift, når den tunge olie efterfølgende skal opgraderes til benzin, jet fuel eller diesel ved krakning Upgrade: - Forbedring af flydeegenskaber (cold flow properties): Sikrer at olien ikke stivner ved lav temperatur - Hydrocracking: Krakker olien ved reaktion med brint, således at lange kulbrintekæder laves kortere (herved fremstilles diesel, jet fuel og benzin) - Justering af farve: Fjerner eventuelle små mængder af polyaromater, som giver diesel en svagt gullig farve. Nogle lande har skrappe krav til farven af den diesel, de benytter NB: Der kan godt være mere end én katalysator i hvert lag af en reaktor.

2

3 Opgave 1 Straight Run diesel ULSD Lav Straight Run diesel (SR diesel) om til diesel med under 10 ppm svovl (Ultra Low Sulphur Diesel: ULSD). Beskrivelse af Straight Run diesel (SR diesel) Denne oliefraktion isoleres ved atmosfærisk destillation af råolien. SR diesel ligner meget den diesel, man tanker til bilen, og man kunne derfor være tilbøjelig til at tro, man sagtens ville kunne benytte denne oliefraktion direkte som transportbrændstof. Imidlertid indeholder SR diesel en del urenheder (primært svovl- og nitrogenforbindelser), som skal fjernes af miljøhensyn. SR diesel er forholdsvis let at distribuere i reaktoren og indeholder kun få partikler (f.eks. rust). I dette tilfælde ligger raffinaderiet i Japan, hvor de er meget kritiske mht. farven på dieselen. Her er det vigtig at inkludere en katalysator, der kan fjerne eventuelle aromater, der giver dieselen en svagt gullig farve. I Japan skal dieselen have samme farve som vand. Specifikationer Straight Run diesel ULSD Komponent Typisk indhold Typisk indhold S 1-2 wt % 10 wt ppm N wt ppm 0 Ni wt ppm 0 V 0 0 As 0 0 Aromater wt % 3-15 wt % Farve Lys gul Farveløs Du må max. benytte 20 klodser (størrelse 4)

4 Opgave 2 VGO ULSD Lav Vakuum Gas Olie (VGO) om til diesel med under 10 ppm svovl (Ultra Low Sulphur Diesel: ULSD). Beskrivelse af VGO Denne oliefraktion isoleres ved vakuum destillation af råolie, efter at de lette komponenter (gas, benzin, diesel) er fjernet under destillation ved atmosfærisk tryk. VGO er en meget tyktflydende olie (den minder lidt om asfalt), der skal varmes op til C bare for at kunne pumpes rundt i raffinaderiet. Den har ikke særlig stor markedsværdi i forhold til f.eks. benzin eller diesel, da den ikke kan benyttes som transportbrændstof. Der ligger derfor et stort økonomisk potentiale i at omdanne VGOen til enten benzin eller diesel ved at krakke olien. VGO indeholder en stor del urenheder: Svovl, nitrogen, metaller og partikler. Disse skal fjernes, inden olien kan krakkes (opgraderes), da disse ellers vil forgifte katalysatoren. I denne opgave ligger raffinaderiet i Finland og fremstiller diesel. Diesel har en tilbøjelighed til at størkne i koldt vejr, hvis den har et højt indhold af n-paraffiner = voks. Man siger at denne type diesel har dårlige flydeegenskaber. Det er derfor vigtigt for raffinøren, at du har tænkt på flydeegenskaberne, så han ikke får vrede kunder, når vinteren kommer, og temperaturen falder. Specifikationer for oile VGO ULSD Komponent Typisk indhold wt % Typisk indhold S wt ppm N 0,1-0,5 0 Ni V As < Aromater wt % Du må max. benytte 25 klodser (størrelse 4)

5 Lidt om flydeegenskaber (cold flow properties): En af de vigtige parametre, der benyttes for at sikre, at dieselen har gode flydeegenskaber, er bestemmelse af oliens Cold Filter Plug Point (CFPP). CFPP er den laveste temperatur, hvor man stadig kan pumpe olien gennem et 10 µm filter. Kravene til CFPP er sæsonbetinget og kan desuden variere meget fra land til land, hvilket kan ses af nedenstående tabel. Man skal derfor være opmærksom på, hvor i verdenen man eksporter sin diesel til. Værdierne er taget fra EN 590 Direktivet, som angiver en række krav til transport diesel, som skal benyttes i EU. Land CFPP [ C] Periode Danmark -10 Sommer 1/4-30/9-15 Efterår 1/10-30/11-20 Vinter 1/12-31/3 Finland -5 Sommer 1/4-31/10-26 Vinter 1/11-31/3 Spanien 0 Sommer 1/4-30/9-10 Vinter 1/10-31/3 Tyskland 0 Sommer 15/4-30/9-10 Efterår 1/10-15/11-20 Vinter 16/11-28/2-10 Forår 1/3-14/4 Det er primært indholdet af n-paraffiner (voks), som giver diesel dårlige flydeegenskaber. Disse kan enten fjernes katalytisk, hvad denne opgave går ud på, eller man kan forsøge at fortynde sig ud af problemet ved at blande diesel med et højt CFPP med diesel med et rigtigt lavt CFPP (hvis man altså har sådan noget). Om man vælger den ene eller den anden fremgangsmåde kan være bestemt af, hvor langt fra den ønskede CFPP, man ligger, når dieselen kommer ud af reaktoren, og hvor meget diesel med lavt CFPP man har til rådighed.

6 Opgave 3 VGO Jet fuel Lav Vakuum Gas Olie (VGO) om til jet fuel med under 1000 ppm svovl. Ligesom i opgave 2, VGO ULSD, er der her tale om raffinering af VGO Lovgivningen for svovlindhold i jet fuel er ikke så streng som for diesel, så her vil raffinøren gerne have max 1000 ppm svovl i produktet. Raffinaderiet ligger i EU, hvor der er en kronisk mangel på diesel, så jo mere diesel raffinøren kan producere som biprodukt ved processen, jo gladere bliver han. Jet fuel skal bruges i fly, som typisk flyver km over jorden, hvor det er meget meget koldt ( -50 C). Man skal derfor være meget opmærksom på flydeegenskaberne af det færdige produkt, da det sidste man vil have er, at brændstoffet fryser, mens man flyver over Atlanterhavet! Specifikationer for oile og produkt VGO Jet fuel Komponent Typisk indhold wt % Typisk indhold S wt ppm N 0,1-0,5 0 Ni V As < Aromater wt % Du må max. benytte 25 klodser (størrelse 4)

7 Opgave 4 Meget forurenet VGO ULSD Lav VGO om til diesel med under 10 ppm svovl (Ultra Low Sulphur Diesel: ULSD). I denne opgave får man leveret en meget forurenet VGO. De mange urenheder i olien stiller store krav specielt til guard materialet i reaktoren. Denne VGO kunne typisk komme fra vakuum destillation af en meget sour olie. Når en olie betegnes som sour, så er det fordi, den indeholder meget svovl, hvilket gør den svær at raffinere. I modsætning til dette er olien, man pumper op fra Nordsøen, sweet, idet den indeholder meget lidt svovl. Igen skal der fremstilles ULSD, denne gang til et raffinaderi i Tyskland, hvor EU-lovgivningen kræver under 10 ppm svovl i dieselen. Specifikationer for oile og produkt VGO ULSD Komponent Typisk indhold wt % Typisk indhold S wt ppm N 0,1-0,5 0 Ni V As 0,1-1 0 Aromater wt % Du må max. benytte 25 klodser (størrelse 4)

8 I tabellen er givet analyseresultater for denne meget forurenede olie, som benyttes i dette sidste eksempel. Egenskab Værdi Krav til færdigt produkt Cloud point 47 C -10 C (vinter DK) CFPP C (vinter DK) Flammepunkt 231 C >55 C Densitet 1,215 g/ml 0,82-0,86 g/ml Svovl indhold 1,28 wt % <10 wt ppm Nitrogen indhold 183 wt ppm Intet krav Arsen indhold 0,12 wt % 0 Nikkel indhold 2,63 wt % 0 Vanadium indhold 0,17 wt % 0 Aromater 64,4 wt % (kun begrænsning på benzen)