Hydrodesulfurierung – Wikipedia

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Hydrodesulfurierung (HDS) ist ein katalytisches chemisches Verfahren, das häufig verwendet wird, um Schwefel (S) aus Erdgas und aus raffinierten Erdölprodukten wie Benzin oder Benzin, Düsentreibstoff, Kerosin, Dieselkraftstoff und Heizölen zu entfernen.[1][2][3] Der Zweck der Entfernung des Schwefels und der Herstellung von Produkten wie ultra-schwefelarmem Diesel besteht darin, das Schwefeldioxid zu reduzieren (SO
2
) Emissionen, die aus der Verwendung dieser Kraftstoffe in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Eisenbahnlokomotiven, Schiffen, Gas- oder Ölkraftwerken, Wohn- und Industrieöfen und anderen Formen der Kraftstoffverbrennung resultieren.

Ein weiterer wichtiger Grund für die Entfernung von Schwefel aus den Naphthaströmen innerhalb einer Erdölraffinerie ist, dass Schwefel selbst in extrem niedrigen Konzentrationen die Edelmetallkatalysatoren (Platin und Rhenium) in den katalytischen Reformierungsanlagen vergiftet, die anschließend zur Erhöhung der Oktanzahl der Naphtha-Ströme.

Die industriellen Hydrodesulfurierungsverfahren umfassen Einrichtungen zur Abscheidung und Entfernung des entstehenden Schwefelwasserstoffs (h
2
S
) Gas. In Erdölraffinerien wird das Schwefelwasserstoffgas anschließend in das Nebenprodukt elementaren Schwefel oder Schwefelsäure umgewandelt (h
2
SO
4
). Tatsächlich war die überwiegende Mehrheit der im Jahr 2005 weltweit produzierten 64.000.000 Tonnen Schwefel Nebenprodukt-Schwefel aus Raffinerien und anderen Kohlenwasserstoff-Verarbeitungsanlagen.[4][5]

Eine HDS-Anlage in der Erdölraffinerieindustrie wird oft auch als a . bezeichnet Hydrotreater.

Geschichte[edit]

Obwohl bereits einige Reaktionen bekannt waren, die die katalytische Hydrierung organischer Substanzen beinhalten, entdeckte der französische Chemiker Paul Sabatier 1897 die Eigenschaft von feinteiligem Nickel, die Fixierung von Wasserstoff an Kohlenwasserstoff-Doppelbindungen (Ethylen, Benzol) zu katalysieren.[6][7]

Durch diese Arbeit fand er heraus, dass ungesättigte Kohlenwasserstoffe in der Dampfphase durch die Verwendung von Wasserstoff und einem katalytischen Metall in gesättigte Kohlenwasserstoffe umgewandelt werden konnten, was den Grundstein für den modernen katalytischen Hydrierungsprozess legte.

Bald nach Sabatiers Arbeit fand der deutsche Chemiker Wilhelm Normann, dass sich ungesättigte Fettsäuren oder Glyceride in der flüssigen Phase durch katalytische Hydrierung in gesättigte umwandeln lassen. 1902 wurde ihm in Deutschland ein Patent erteilt[8] und in Großbritannien im Jahr 1903,[9] das war der Beginn einer heute weltweiten Industrie.

Mitte der 1950er Jahre wurde das erste katalytische Edelmetallreformierungsverfahren (das Platformer-Verfahren) kommerzialisiert. Gleichzeitig wurde auch die katalytische Hydrodesulfurierung der Naphtha-Beschickung zu solchen Reformern kommerzialisiert. In den folgenden Jahrzehnten wurden verschiedene proprietäre katalytische Hydrodesulfurierungsverfahren, wie das im folgenden Flussdiagramm dargestellte, kommerzialisiert. Derzeit verfügen praktisch alle Erdölraffinerien weltweit über eine oder mehrere HDS-Einheiten.

Bis 2006 wurden Miniatur-Mikrofluidik-HDS-Einheiten zur Behandlung von JP-8-Flugzeugtreibstoff implementiert, um sauberes Ausgangsmaterial für einen Brennstoffzellen-Wasserstoffreformer herzustellen.[10] Dieser war bis 2007 in eine in Betrieb befindliche 5-kW-Brennstoffzellen-Erzeugungsanlage integriert.[11]

Prozesschemie[edit]

Hydrierung ist eine Klasse chemischer Reaktionen, bei denen das Nettoergebnis die Zugabe von Wasserstoff (H) ist. Hydrogenolyse ist eine Art der Hydrierung und führt zur Spaltung der chemischen CX-Bindung, wobei C ein Kohlenstoffatom und X ein Schwefel- (S), Stickstoff- (N) oder Sauerstoffatom (O) ist. Das Nettoergebnis einer Hydrogenolysereaktion ist die Bildung chemischer CH- und HX-Bindungen. Somit ist die Hydroentschwefelung eine Hydrogenolysereaktion. Mit Ethanthiol (C
2
h
5
NS
), eine in einigen Erdölprodukten enthaltene Schwefelverbindung, kann die Hydrodesulfurierungsreaktion beispielsweise einfach ausgedrückt werden als

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