Hydrocracken

Hydrocracken(auchHydrospalten) ist einkatalytischesCrackverfahrenderPetrochemiein Gegenwart von Wasserstoff, um höhermolekulare Kohlenwasserstofffraktionen in Zwischenprodukte zur Herstellung vonMotorenbenzin,KerosinundDieselkraftstoffumzuwandeln. Der Prozess wird mit einem wasserstoffreichen Gas unter einem Druck von bis zu 200 bar und bei Temperaturen bis 480 °C durchgeführt. Die entstehenden Produkte sind weitgehendolefinfrei,gegenüber den EduktenAromatenabgereichert und enthalten kaum Schwefel- oder Stickstoffverbindungen.

Geschichte

Schon in den 1920 und 1930er Jahren gab es Untersuchungen und Versuche zum Hydrocracken. Durch die damit verbundenen hohen Kosten waren die Verfahren nicht wirtschaftlich. Erst zu Beginn der 1960er Jahre konnte sich das Verfahren technisch und ökonomisch durchsetzen. Die Gründe lagen zum einen an verbesserten Katalysatoren aufZeolith-Basis als auch am wachsenden Interesse an schwefel- und stickstoffarmen Dieselkraftstoffen sowie an Komponenten zur Herstellung von Motorenbenzin.Weiterhin konnten die Rückstände desFluid Catalytic Crackings(Light Cycle Oil (LCO), von „fines “gereinigtes Heavy Cycle Oil (HCO), gereinigter Slurry) mittels Hydrocracken aufgearbeitet werden. Weitere – immer wichtiger werdende Quellen – sindKoker-SchwergasölundDeasphalted Oil (DAO).Im Jahr 2001 waren weltweit über 150 Hydrocracker mit einer Kapazität von mehr als 500.000 Tonnen pro Tag installiert.

Rohstoffe

• H₂
• SchweresVakuumgasöl(„Standard “-Feed)
• LeichtesVakuumgasöl(seltener)
• SchweresGasöl(seltener, wenn ökonomisch sinnvoll)
• LCO(selten, wenn verfügbar und ökonomisch sinnvoll)
• HCO(selten, wenn verfügbar, muss von „fines “gereinigt sein, sonst droht Erosion der Pumpen und Verstopfung der Reaktoren)
• Slurry(selten, wenn verfügbar, muss ebenfalls gereinigt sein)
• DAO(selten, wenn verfügbar)
• Koker-Schwergasöl(selten, wenn verfügbar)
• Visbreaker Flashed Distillate(häufig, wenn verfügbar, Feedanteil jedoch durch den sogenanntenConradson Carbon Test(CCT) begrenzt)

Verfahren

Beim Hydrocracken werden bifunktionelleKatalysatoreneingesetzt, die sowohl über eine hydrierende Metallfunktion als auch über einen Träger wieAlumosilicatemit Säurefunktion verfügen. Für schwefelhaltige Einsatzstoffe werden meist die MetallkombinationenKobaltundMolybdän(sog. CoMo-Cat) aber auchNickel/Molybdän (NiMo-Cat) und Nickel/Wolframeingesetzt, bei dem schwefelfreien Edukt der 2. Stufe (s. u.) können auch platindotierte Katalysatoren eingesetzt werden. Zur Prozessdurchführung sind Mengen von bis zu 500 m³ an Wasserstoff pro Tonne Einsatzstoff notwendig. Das Verfahren erfordertWasserstoffpartialdrückevon bis zu 200 bar Druck und Temperaturen von bis zu 480 °C.

Das Verfahren kann einstufig oder zweistufig imFestbettreaktordurchgeführt werden. Der einstufige Prozess hat den Vorteil, dass das teure wasserstoffresistente Hochdruckequipment (HCU, engl. Hydrocracker Unit) nicht zweimal installiert werden muss. Im einstufigen Prozess werden nur schwefelresistente Kobalt-Molybdän-Katalysatoren eingesetzt. Diese haben den Nachteil einer eher geringen Aktivität, entfernen aber die Heteroverbindungen und deaktivieren kaum. Nicht umgesetztes Produkt (sogenannte HCU-Bottoms oder unkonvertiertes Öl, siehe auchHydrowax) wird normalerweise alsAlternative Feedstockfür einenSteamcrackerverwendet.

Um die höhere katalytische Aktivität von Nickel- oder Platinhaltigen Katalysatoren auszunutzen, werden vermehrt mehrstufige Prozesse eingesetzt. Dabei wird wie beim Einstufen-Prozess im ersten Schritt meist ein CoMo-Katalysator eingesetzt. Die entstehenden, von Schwefel und Stickstoff befreiten HCU-Bottoms werden im zweiten Schritt mit anderen hochaktiven Katalysatoren umgesetzt (rezirkuliert bis zum „Verschwinden “).

Produkte

• wasserstoffreiches Gas(falls ein „Bleed “erforderlich ist)
• Raffineriegas
• LPG
• HCU-Leichtnaphtha(Siedebereich: ~25–70/85 °C, direkt alsBlendingkomponentefürBenzin,aber auch alsSteamcracker-Feed)
• HCU-Schwernaphtha(Siedebereich: ~70/85–170 °C, alsReformer-Feed, aber auch alsSteamcracker-Feed)
• HCU-Kerosin(Siedebereich: ~170–250 °C, direkt alsJet-A1-Komponente, aber auch als Diesel-Blendingkomponente)
• HCU-Gasöl(Siedebereich: ~250–340/360 °C, direkt als Diesel-Blendingkomponente)

und bei einem einstufigen Prozess:

HCU-Bottoms(Siedebereich: ~340/360–560 °C, alsSteamcracker- oderFCC-Feed, aber auch zur Herstellung von halbsynthetischemSchmieröl)

Varianten

Beim Mild Hydrocracken wird nur ca. 20–60 % (bei 50–100 bar)des Eduktes gecrackt. Das Verfahren dient vorwiegend zur Gasölproduktion sowie zur Herstellung von FCC-Feed.

DasGtL-Verfahrenerfordert einen speziellen Hydrocracker-Prozess zum isomerisierenden Cracken des hochparaffinösen Feedstocks.

Literatur

• J. Scherzer, A. J. Gruia:Hydrocracking Science and Technology.Verlag Marcel Dekker Inc, 1996,ISBN 978-0-8247-9760-7.
• K. H. Schmidt, I. Romey, F. Mensch:Kohle, Erdöl, Erdgas: Chemie und Technik.Vogel Verlag, 1981,ISBN 978-3-8023-0684-6.
• W. Keim,A. Behr,G. Schmitt:Grundlagen der industriellen Chemie. Technische Produkte und Prozesse.Verlag Salle, Frankfurt 1991,ISBN 978-3-7935-5490-5.