Die entscheidende Rolle der Viskosität von Rückständen aus Erdölprodukten

Ein besseres Verständnis der Erdölrückstände

Im Raffinerieprozess von Erdöl entstehen Rückstände als Nebenprodukt der Destillation von Rohöl, wobei die schwereren Fraktionen bei hohen Temperaturen kondensieren. Die Erdölrückstände sind die viskosesten Fraktionen, die bei dieser Raffination entstehen. Diese dichten, hochmolekularen Kohlenwasserstoffe werden in den Produktionsbereichen von Bitumen, Koks und leichteren Fraktionen durch Cracken und Viskoreduktion weiterverarbeitet.
Aufgrund ihres hohen Energiegehalts sind sie auch ein wertvoller Rohstoff für die Energieproduktion und den Schiffsverkehr. Wie viele andere Produkte in dieser Branche spielt die Viskosität eine entscheidende Rolle. Bei den schweren Fraktionen beeinflusst sie den ordnungsgemäßen Ablauf und die Effizienz der Prozesse.
Eine präzise Messung der Viskosität ist daher entscheidend für eine effiziente Behandlung und Nutzung.

Quellen und Produktionsprozess der schweren Rückstände

Schwere Rückstände entstehen hauptsächlich in drei Schritten:
• Durch atmosphärische Destillation von schweren und extra-schweren Rohölen
• Durch Vakuumdestillation
• Und schließlich durch katalytisches Cracken und Viskoreduktion.

Ähnliche Rückstände entstehen auch in anderen Industrien und stammen aus der destruktiven Destillation von Kohle oder organischen Materialien wie Holz. Der Begriff “schwere Rückstände” umfasst auch Produkte wie “Teer” oder “Pitch”.
Die Natur und Menge der Rückstände hängen von der Qualität des Rohöls ab, das während seiner Raffination verarbeitet wird. Ein Rohöl wird anhand seiner API-Schwere klassifiziert, eine grundlegende Eigenschaft, die seine Dichte und Viskosität definiert, zwei entscheidende Merkmale für die Erdölindustrie.
Die API-Schwere ermöglicht die Unterscheidung von vier Rohöltypen:
• Leichtes Rohöl mit einer Dichte unter 31,1° API, das sich leicht bewegt und wenig Verarbeitung erfordert.
• Mittelschweres Rohöl mit einer Dichte zwischen 31,1° und 22,3° API, das eine moderate Viskosität aufweist.
• Schweres Rohöl mit einer Dichte zwischen 22,3° und 10° API, das deutlich viskoser ist.
• Extra-schweres Rohöl mit einer Dichte über 10° API, das bei Raumtemperatur fast fest ist und eine intensive Behandlung erfordert.
Je nach API-Schwere des destillierten Rohöls variiert die Menge der Rückstände; extra-schweres Rohöl produziert mehr Rückstände als leichtes Rohöl.

Die Produktionsstufen der Rückstände

Die Hauptprozesse, die Rückstände bei der Raffination von Rohöl erzeugen, sind:

Fraktionierte Destillation

Rohöl wird zunächst erhitzt, und seine Bestandteile werden gemäß ihren Siedepunkten getrennt. Die flüchtigen Fraktionen werden an der Spitze des Destillationsturms aufgefangen, während die schwereren am Boden der Kolonne gesammelt werden.
Die fraktionierte Destillation erfolgt in zwei Schritten. Die erste Destillation wird bei atmosphärischem Druck durchgeführt und ermöglicht eine erste Trennung. Die Rückstände der atmosphärischen Destillation werden dann in eine zweite Destillationskolonne unter Vakuum überführt.
Der Betrieb unter Vakuum verringert die Siedetemperaturen und ermöglicht eine weitere Fraktionierung, ohne die Bestandteile zu zersetzen. Die Rückstände aus beiden Destillationsschritten, insbesondere der Vakuumdestillation, sind die Hauptquelle für Rückstände.

Katalytisches Cracken

Dieser Prozess zielt darauf ab, die hochmolekularen Kohlenwasserstoffe, die durch die Destillation entstehen, in kleinere Moleküle zu zerlegen. Das Cracken reduziert die Viskosität und steigert den Mehrwert der Produkte.

Visbreaking

Ähnlich wie das katalytische Cracken handelt es sich hierbei um einen thermischen Crackprozess mit ähnlichen Zielen und Ergebnissen.

Bitumenproduktion

Bitumen, auch Asphalt genannt, besteht aus Fraktionen, die hohe Siedetemperaturen (ca. 500°C) haben. Der erste Schritt bei der Bitumenproduktion ist die Behandlung des Destillationsbodens, um die Verbindungen mit niedrigeren Siedetemperaturen zu entfernen.

Kokerei

Die Kokerei ist ein weiteres Verfahren zur Umwandlung schwerer Rückstände, bei dem leichte Kohlenwasserstoffe extrahiert und Koks produziert werden, der hauptsächlich aus Kohlenstoff besteht und in fester Form vorliegt.

Mischen

Das Mischen besteht darin, schwere Rückstände mit einer viel leichteren, weniger viskosen Fraktion zu verdünnen, die zum Beispiel aus einem der Crackprozesse stammt.
Ziel dieses Schritts ist es, das Gemisch in den richtigen Verhältnissen zu produzieren, um residuelles Heizöl oder schweres Öl zu erhalten. Diese Produkte mit standardisierter Viskosität werden entweder als Brennstoff in der Industrie und in Heizkraftwerken oder als Treibstoff, insbesondere für Schiffsmaschinen, verwendet.

Einfluss der Viskosität auf industrielle Umwandlungen und die Verwendung von schweren Rückständen

Die Viskosität beeinflusst mehrere Aspekte der Umwandlung, Handhabung und Verwendung von Rückständen und ihren daraus resultierenden Produkten:

Pumpeneffizienz

Die Viskosität variiert je nach Temperatur und Qualität des Rohöls sowie der vorgelagerten Umwandlungsprozesse.
Die Viskosität von Rückständen ist besonders hoch. Um den Fluss und den Transport von einem Punkt zum anderen innerhalb der industriellen Anlage zu gewährleisten, muss die Viskosität in den beim Anlagendesign definierten Bereichen liegen, um eine effiziente Förderung zu ermöglichen. Die beste Lösung zur Kontrolle der Viskosität ist die direkte Messung in der Leitung mit einem Prozessviskosimeter.

Überwachung und Kontrolle der Umwandlungsprozesse

Dieser Punkt betrifft insbesondere die Crackprozesse, die bei der Viskoreduktion, Desasphaltherstellung, Fluidisierung (“cutback bitumen”), Flussmodifikation (“fluxed bitumen”) und Polymermodifikation (PMB und CRMB) auftreten, die zu Bitumen führen. Die Inline-Viskositätsmessung ermöglicht es, die Qualität des Rohmaterials zu überwachen, das die Fertigungseinheit speist, und die Qualität des Endprodukts zu charakterisieren.

Mischkontrolle

Wenn die Rückstände keine andere Verwendung haben, werden sie durch Verdünnung mit leichten Fraktionen in schweres Heizöl oder Brennstofföl umgewandelt. Die Messung der Viskosität, insbesondere der Viskosität bei Referenztemperatur, ist dann entscheidend, um die Zugabe von Lösungsmitteln oder leichten Fraktionen zu steuern und das Endprodukt mit der richtigen Viskosität zu erhalten.

Zerstäubung und Verbrennung

Wenn sie als Brennstoff oder Treibstoff verwendet werden, werden die Erdölrückstände und ihre Derivate in der Regel entweder in der Brennkammer eines Heizkessels oder in einem Verbrennungsmotor zerstäubt.
Für jedes Einspritz- und Zerstäubungssystem hängt die Tropfengröße von der Viskosität des Fluids ab. Eine zu hohe Viskosität kann die Zerstäubung behindern, was zu unvollständiger Verbrennung, übermäßigem Verbrauch, höheren Schadstoffemissionen und häufigeren Wartungsanforderungen führt. Eine effiziente Zerstäubung ist entscheidend für eine optimale Verbrennung in Kraftwerken und Industrieöfen. Inline-Viskosimeter, die die Viskosität bei Prozess-Temperatur messen, werden weit verbreitet eingesetzt, um die Viskosität auf dem gewünschten Wert zu halten.

Wie Sofraser-Viskosimeter das Management von Erdölrückständen optimieren

Die vibrierenden Viskosimeter von Sofraser ermöglichen die Echtzeitüberwachung der Viskosität von Erdölrückständen und deren Derivaten, um eine optimale Behandlung und betriebliche Effizienz sicherzustellen. Sie bieten mehrere Vorteile:
• Hohe Präzision auch bei extremen Temperaturen.
• Schnelle Reaktion auf Prozessänderungen, wodurch Abfall und Energieverbrauch reduziert werden.
• Robuste Konstruktion, die für schwierige industrielle Umgebungen geeignet ist.
• Verbesserte Steuerung des Mischens und Raffinierens durch Aufrechterhaltung optimaler Viskositätswerte.
• Laufende Überwachung in Echtzeit, um Ineffizienzen beim Transport und bei der Verbrennung zu vermeiden.

Lösungen aus der Sofraser-Produktrange

Die Sofraser-Viskosimeter sind ideal für die Umwandlung und Nutzung von Rückständen und ermöglichen die Auswahl der am besten geeigneten Lösung für die jeweilige Installation. Zwei verschiedene Lösungsansätze können in Betracht gezogen werden:
MIVI-Viskosimeter und THERMOSET-Analysegeräte
Beide können sich an alle Flüssigkeiten und Prozessbedingungen anpassen, da eine große Auswahl an Optionen und Konfigurationen verfügbar ist. Sie bieten den Nutzern eine zuverlässige und langlebige Messung unter sicheren Bedingungen.

Das MIVI-Viskosimeter

Mit seinen Zulassungen ATEX, IECEx, FM, JIS und KGS und der Verwendung von Schutzarten wie explosionsgeschützt und intrinsisch sicher, ist dieses MIVI Viskosimeter die Lösung für Anwendungen in allen explosiven Bereichen, die in Raffinerien sowie in den Lager-, Umwandlungs- und Nutzungsanlagen von Erdölprodukten vorkommen.

Mit der Option für hohe Temperaturen lässt sich der MIVI-Sensor leicht an den heißesten Strömen anpassen und ermöglicht eine maximale Sensibilität bei der Messung, unabhängig von der Viskosität, die von niedrigen bis hin zu hochviskosen Anwendungen reicht.
Die Vorteile dieses Sensors für Anwendungen mit schweren Rückständen:
• Keine Sensorabnutzung, der Sensor kann jahrelang oder sogar jahrzehntelang ohne Wartung betrieben werden.
• Die Schwingung des Sensors verzögert die Verkrustung und erleichtert die Inline-Reinigung.
• Keine Messdrift
• Kein Ausbau während geplanter Wartungsstopps erforderlich

THERMOSET-Analysegeräte

Die Viskositätsanalysegeräte vom Typ THERMOSET bieten alle Vorteile des MIVI-Sensors, benötigen jedoch weder Ölbad noch Ofen.

• Der THERMOSET LT ist die kostengünstige Lösung auf dem Markt zur Messung der dynamischen Viskosität und arbeitet mit einem Temperaturzyklus, der die Viskosität zum Zeitpunkt des Erreichens des Referenzwertes speichert.
• Der THERMOSET CF ist die Komplettlösung, die das Design vereinfacht und unter Umständen auf die Probe gestellt werden kann.
• Der THERMOSET KV ist dafür konzipiert, kontinuierlich, direkt und gleichzeitig die kinematische Viskosität, die dynamische Viskosität und die Dichte zu messen. Dies ermöglicht eine direkte Korrelation mit der ASTM D445, ohne dass ein zusätzlicher Dichtemeter erforderlich ist.

Ähnliche Produkte und Derivate der Rückstände:

• Rostschutzmittel und Schmierstoffe
• Bitumen
• Straßenbitumen
• Restöl
• Schweräl
• Teer
• Kesselöl und Prozessbrennstofföl
• Isolierung und Schutz von Fundamenten
• Asphalt-Schmierstoffe
• Dachmaterialien
• Petrolatum
• Pech
• Kabelbeschichtungsprodukte
• Wasserfeste Produkte