Katalytisches Cracken von Bioölen in einer FCC-Pilotanlage mit zirkulierender Wirbelschicht

Abstract

Fossile Rohstoffe besitzen heute weltweit eine enorme wirtschaftliche und gesellschafts-politische Bedeutung. Zusätzlich erlangen Energieträger aus biogenen Quellen, insbesondere im Zusammenhang mit den schwindenden Rohölreserven und dem Treibhauseffekt, immer mehr an Bedeutung. Pflanzliche Öle werden heute vor allem zur Herstellung von Biodiesel durch Umesterung verwendet. Daneben stellt das klassische katalytische Cracken, welches eines der wichtigsten Verfahren zur Herstellung von Benzin ist, eine weitere Möglichkeit dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, Öle biogenen Ursprungs in einer FCC-Technikumsanlage zu cracken und so zu Benzin und leichten Kohlenwasserstoffgasen umzusetzen.<br /> Bei der verwendeten Technikumsanlage handelt es sich um eine voll-kontinuierliche Pilotanlage mit intern zirkulierender Wirbelschicht, die am Institut für Verfahrenstechnik der TU-Wien entwickelt wurde. Untersucht wurden dabei raffinierte pflanzliche Bioöle, wie Rapsöl, Sojaöl, Palmöl und Sonnenblumenöl sowie unraffiniertes Raps- und Sojaöl. Diese wurden zu Vakuumgasöl, welches als Standard-Einsatzstoff für FCC-Anlagen dient, in Konzentrationen von 10 % und 20 % beigemischt.<br />Es wurde beobachtet, dass die Gesamtkonversion bei 20 % Bioölzumischung etwa 3% unter dem Wert bei Standardbetrieb mit Vakuumgasöl liegt, wobei die Gasausbeute von diesem Rückgang stärker betroffen ist als die Benzinausbeute. Als wesentlicher Grund dafür kann die bei steigendem Bioölanteil zunehmende Bildung von CO2 und H2O aus den Carboxylgruppen der Fettsäuren angenommen werden.<br />Aus technischer Sicht empfiehlt sich vor allem der Einsatz von Rapsöl, da bei diesem die geringsten Einbußen zu verzeichnen waren.<br />Grundsätzlich kann aber davon ausgegangen werden, dass das katalytische Cracken von den hier untersuchten und allen ähnlichen Bioölen problemlos ohne wesentliche Modifikation bestehender Anlagen möglich ist und ebenso wie beim Cracken von Vakuumgasöl die gewünschten Produkte Benzin, Ethylen und Propylen gebildet werden.

While the importance of fossil fuels concerning economical and social aspects is still unbroken, problems like the greenhouse effect or the finiteness of crude oil reserves are making renewable energy - for example bio fuels - to play a bigger role in the future.<br />Vegetable oils are mainly used nowadays for the production of biodiesel by transesterification. Aside from this catalytic cracking - one of the most important methods for producing gasoline - is another possibility for using vegetable oils as a source for energy. The task of this work was to investigate the cracking and conversion of different vegetable oils to gasoline and light hydrocarbons by using a FCC-pilot-plant.<br />The experiments were conducted in a fully continuously operated pilot-scale FCC-unit with internal circulating fluidized bed design, which was developed at the Institute of Chemical Engineering of the Vienna University of Technology. The investigated vegetable oils were refined rapeseed oil, soy bean oil, palm oil and sun flower oil as well as unrefined rapeseed oil and unrefined soybean oil. Test runs were carried out with 10 and 20 percent mass of vegetable oils mixed with vacuum gas oil, which is the most common input for FCC-units.<br />The experiments showed that the overall conversion was lowered by about 3 percent mass related to feed input at a vegetable oil rate of 20 % compared to standard vacuum gas oil test runs. A higher amount of vegetable oils leads to increased formation of carbon dioxide and water, originating from the carboxylic groups of the fatty acids. The decrease of the gas yield was much stronger than the decrease of the gasoline yield.<br />From the technical point of view the appliance of rapeseed oil can be recommended, as it showed the best results. Basically it can be said, that all here investigated vegetable oils could be cracked into the desired products like gasoline, ethylene and propylene without problems.<br />Overall the use of vegetable oils is a good alternative input for catalytic cracking and it can be performed without having to essentially modify existing FCC-plants.