Aromatisierung

Aromatisierung ist ein chemischer Prozess, der die Molekülstruktur von Erdölraktionen umordnet und lineare sowie verzweigte aliphatische Kohlenwasserstoffe (Paraffine und Naphthene) in aromatische Verbindungen umwandelt, vor allem Benzol, Toluol und Xylole (BTX). Dies geschieht in der Raffinerie bei Temperaturen zwischen 450 und 550 Grad Celsius, typischerweise über einen Platin- oder Palladium-Katalysator in einem Festbettreaktor. Der Prozess ordnet Kohlenstoff- und Wasserstoffatome neu an, ohne sie hinzuzufügen oder zu entfernen: ein geradkettiges Molekül wird zu einer Ringstruktur.

Die Wirtschaftlichkeit der Aromatisierung ist der Grund für ihren Einsatz in der gesamten Raffinerieindustrie. Aromatische Kohlenwasserstoffe erzielen höhere Marktpreise als ihre aliphatischen Ausgangsstoffe, da sie Rohstoffe für Kunststoffe, Kunstfasern, Waschmittel und Lösungsmittel sind. Ein Barrel Rohöl enthält von Natur aus nur einen bescheidenen Anteil an aromatischen Verbindungen, daher nutzen Raffinerien die Aromatisierung, um die Ausbeute an hochwertige Produkte zu steigern. Der Prozess erzeugt gleichzeitig Wasserstoffgas als Nebenprodukt, das in der Raffinerie für das Hydrocracken und die Entschwefelung wiederverwendet wird.

Katalytisches Reforming ist die häufigste Aromatisierungsroute in einer modernen Raffinerie. Leichtes Rohbenzin (typisch 95 bis 190 Grad Celsius Siedebereich) wird in einen mehrstufigen Reaktor eingespeist, in dem auf chlorierter Alumina verteiltes Platin die Dehydrierung und Ringschliessung aktiviert. Der Betriebsdruck liegt üblicherweise zwischen 8 und 25 bar absolut. Die Ausbeute und Selektivität der aromatischen Produkte hängen stark von der Zusammensetzung des Einsatzstoffs, der Temperatur und dem Regenerationszyklus des Katalysators ab, der allmählich durch Kokabscheidung deaktiviert wird.

Dehydrierung und Isomerisierung

Während des katalytischen Reformings laufen zwei chemische Schritte parallel ab. Die Dehydrierung wandelt Naphthene (sechsgliedrige Ringe) durch Wasserstoffentfernung in Aromaten um; die Isomerisierung ordnet verzweigte Paraffine in weniger verzweigte oder zyklische Formen um, die dann dehydriert werden können. Ein Paraffin-Molekül mit sechs Kohlenstoffen kann über beide Schritte zu Benzol werden. Diese gleichzeitige Aktivität bedeutet, dass die Reaktorleistung das Gleichgewicht zwischen diesen Pfaden und die Wirksamkeit des Katalysators in jeder Stufe widerspiegelt.

Der Name Aromatisierung selbst leitet sich vom klassischen chemischen Begriff "aromatisch" für Verbindungen auf Basis von Benzolringen ab, die historisch als Aromaten bezeichnet wurden, da viele von ihnen duftend sind. In der Raffinerieterminologie grenzt sich der Prozess vom Cracken (das Moleküle bricht) und vom Sättigen (das Wasserstoff hinzufügt) ab. Der Prozess ist energieintensiv und erzeugt erhebliche Wärme, daher ordnen thermisch fortgeschrittene Raffinerieanlagen den Reformer unterhalb der Rohöldestillation und oberhalb von Hydrocracking-Einheiten an, um den Fluss von Zwischenfraktionen zu optimieren und die Prozesswärme effizient zurückzugewinnen.