Samenvatting 6-petrochemie (1718FTIPCP)

1



Samenvatting Petrochemie
Hoofdstuk 1 : niet te kennen

Hoofdstuk 2 : C1-basisproducten en intermediairen
Synthesegas
= gasmengsel van CO, N2 en H2

Alternatieve benamingen naargelang de:

- Productiewijze
o Watergas : door de watergasreactie tussen steenkool en water
o Kraakgas : door de steamreforming van methaan
- Toepassing
o Methanolsynthesegas
o Synthesegas voor aamoniaksynthese
o Oxogas bij het oxoproces of hydroformylering

Productie van syngas
- Door de vergassing van steenkool
o Revival na de oliecrisissen van ‘70’
- Aardolie en aardgas waren interessanter
o Relatief hoog H-gehalte voor de productie van H 2
- Alternatieve grondstoffen worden onderzocht
o Hout
o Turf
o Biomassa = organische materialen en hernieuwbare grondstoffen van plantaardige of
dierlijke oorsprong die bestemd zijn voor industriële toepassingen (niet-voeding
gebruik) en voor energieopweking (warmte, elektriciteit, motorbrandstof)
 Houtafval
 Mest
 Energieteelten
 Het organische gedeelte van restafval

Steenkoolvergassing
Bestaat uit 2 reacties:

1) Exotherme onvolledige verbanding

2 C + O2  2 CO + 246 kJ/mol

2) Endotherme heterogene watergasreactie

C+ H2O + 119 kJ/mol  CO + H2

Dit process heft een hoge energiebehoefte vanwege:

- De endothermiciteit van de heterogene watergasreactie
- De hoge reactietemperatuur (900-1000°C) om voldoende hoge reactiesnelheden te bekomen
- De productie van stoom

, 2


Ongeveer 1/3 van de steenkool wordt verband om het proces van de nodige warmte te voorzien

- Daarom zoekt men naar alternatieve vormen van warmtevoorziening

Verschillende vergassingsprocessen verschillen op vlak van :

1) Het type kolen (steenkool, bruinkool) naast de fysische en chemische eigenschappen ervan
2) Warmtevoorziening (autotherm of allotherm)
3) De reactortype (vast bed-/wervelbedreactor)
4) De vergassingsreagentia (H2O, lucht, O2 of H2)
5) De procesomstandigheden (P, T)

Synthesegas uit aardgas en aardoliefracties
Volgens 2 principes:

A) Allotherme steamreforming : de noodzakelijke warmte wordt geleverd door rookgassen die
afkomstig zijn van de verbanding van extern aardgas of zware stookolie

Best gekende procedé is het ICI-proces dat uit 3 stappen bestaat:

1) Het ontzwavelen van de voeding : anders zal de katalysator gedeactiveerd worden
a. Bij 350-400°C
b. Gekatalyseerd door CoO-MoO3/Al2O3

-S- + H2  H2S

c. Het gevormde H2S word dan geabsorbeerd door ZnO, zo kan het S-gehalte
teruggebracht worden tot 1 ppm

H2S + ZnO  ZnS + H2O

2) De primaire reformer : waar het katalytisch kraken plaatsvind
a. Bij 700-850°C
b. Bij een druk tussen 15 en 40 bar

CH4 + H2O + 247 kJ/mol  CO + 3 H2

CnH2n+2 + nH2O + x kJ/mol  n CO + (2n+1) H2

3) Secundaire reformer : het gasmengsel wordt nog verder behandeld waar een gedeelte van
het gas verbrand wordt door toevoeging van O 2
a. Door de hierdoor bereikte hogere temperaturen gaat het residuele CH 4 met stoom
reageren

CH4 + H2O + 205 kJ/mol  CO + 3 H2

Voordelen van een allotherme steamreforming:

- Er is geen roetvorming
o Regeneratie van katalysator is niet meer nodig
 Tijdswinst
 Kostenbesparend
- Gelijk welke koolwaterstoffen kunnen gebruikt worden als voeding

, 3


B) Autotherme steamreforming
a. Voeding zijn vooral zware oliefracties
b. Vindt plaats bij 1200-1500°C
c. 30-80 bar
d. Geen katalysator nodig
e. Door de gedeeltelijke verbranding van de KWS wordt de nodige warmte bekomen
f. Door nevenreacties is er roetvorming

Zuivering van synthesegas
Synthesegas afkomstig van beide steenkoolvergassing of steamreforming is gecontamineerd met
andere gasvormige componenten:

- H2S
- COS
- CO2

Dit zijn katalysatorgiften: deactiveren de katalysator

De verwijdering hiervan gebeurd door het syngas te wassen te wassen met solventen:

- Methanol
- Poly(etheenglycol)dimethylether : CH3-(OCH2-CH2)n-OCH3

De verwijdering gebeurd meer bepaald door absorptie van de katalysatorgiften. Het absorptiemiddel
wordt gerecupereerd door een temperatuursverhoging al dan niet gecombineerd met een
drukverlaging.

Isolatie en toepassingen van CO
Word geïsoleerd door:

- Lage temperatuurscheiding (-180°C en 40 bar)
o Vereist een voorafgaande verwijdering van CO 2 (door absorptie)

CO2 + H2O + H2NCH2CH2OH  HCO3- H3N+CH2CH2O

o Resterend CO2 en H2O wordt verwijdert door absorptie op moleculaire zeven of
zeolieten (= gehydrateerde aluminoslicaten)
 H2O is om ijsvorming te vermijden in de volgende fase
- Selectieve absorptie van CO in een CuCl-oplossing (Cosorb proces)

CO kan dan gebruikt worden voor reppe carbonylatie




Of voor de productie van fosgeen:

CO + Cl2  COCl2  isocyanaten  polyurethanen

H2
50*106 ton per jaar volgens 3 processen

, 4


1) Petrochemisch
2) Steenkoolvergassing
3) Chlooralkali-elektrolyse

De belangrijkste bron van H2 is synthesegas dat een aantal opeenvolgende bewerkingen ondergaat
om H2 hieruit te isoleren:

- CO-conversie

CO + H2O  CO2 + H2 + 42 kJ/mol

- Absorptive van het gevormde CO2
- Verwijdering van de laatste sporen CO door methanatie
o Bij 300-400°C
o Ni-katalysator

CO + 3 H2  CH4 + H2O

- Uiteindelijke isolatie van H2 gebeurt door gefractioneerde condensatie bij lage temperaturen

Bij Monsanto is er een nieuw procedé waarbij met semi-permeabele membranen gebruikt die
selectief kleine moleculen zoals H2 te scheiden van andere gassen zoals CH 4, CO, O2 en N2

De elektrochemische productie van H2

2 H2O  2 H2 + O2

2 HF  H2 + F2

2 HCl  H2 + Cl2

2 NaCl + 2 H2O  H2 + Cl2 + NaOH

- In de chlooralkali industrie is H2 een bijproduct waardoor de hoge elektriciteitskosten worden
gecompeseerd
- Alle H2 die elektrochemisch bekomen wordt heeft een zeer hoge zuiverheid

H2O kan ook thermisch ontbonden worden voor de productie van H 2

2H2Ol +285 kJ  2H2,g + O2,g + 285 kJ/mol

Toepassingen van H2:

- Productie van NH3
- Hydrotreating
- Hydrokraken (katalytisch kraken + H2)
- Hydrogenatiereacties

Eigenschappen van H2 als brandstof:

1) Onuitputtelijke propere brandstof met zero emissie
2) Onstekingsgebied is 4-75%
3) Lage energiedichtheid dus groot tankvolume nodig