Petrol rafinerileri nasıl çalışıyor?
Güncelleme Tarihi:
Kaynak: Scientific American, Haziran 2006
Oluşturulma Tarihi: Haziran 24, 2006 00:00
Benzin, gaz, motorin, jet yakıtı ve plastikler... Bu ürünler ve daha pek çokları, ham petrolün, rafinerilerde çok sayıda işlemden geçirilip arıtılmasıyla elde edilir.
Ham petrol yüzlerce farklı hidrokarbon içerir. Buna karşın rafineriler, ham petrolün yarısını benzine dönüştürür Ğbu yakıt 2,2,4 Ğtrimetilpentan (birbirine zincirlenmiş 8 karbon atomu) ve heptan (7 karbon atomu) harmanıdır.
Zincir ne kadar karmaşık ise, motorun daha yüksek sıkıştırma oranında çalışmasına izin verecek şekilde, molekül daha fazla sıkıştırılır. Benzinin oktan derecesini değerlendiren test karışımı 2,2,4-trimetilpentan ve heptan’ı (87 oktan için yüzde 87-13) bir araya getirir.
Rafineriler oktan derecesini yükseltmek için zaman içinde bazı katkı maddeleri denediler. Tetraetil kurşun "kurşunlu benzin"de işe yaradı, ancak bir süre sonra kullanılmaktan vazgeçildi, çünkü katalitik konverter’lere zarar veriyordu.
Üreticiler, bunun üzerine metil tertiyer bütil etil’e (MTBE) geçtiler, ancak bu karışımın da yeraltı sularını kirlettiği ortaya çıktı. Dolayısıyla yetkililer tarafından MTBE’nin katkı maddesi olarak kullanılması yasaklandı.
Şimdi alternatif olarak etanol kullanılıyor. Bunun oktan derecesi 108 ile 110 arasındadır; yüzde 10 etanol içeren benzin, ABD’de "gasohol" adı altında pazarlanıyor.
Petrol fiyatı ve rafine
Kamuoyunun çevre kirliliği yaratacağı kaygısı ve çevre yasaları nedeniyle gelişmiş ülkelerde yeni rafine kuruluşları ya askıya alınıyor ya da mesela ABD’de olduğu gibi son 30 yıl içinde yeni rafineriler kurulamıyor. Bunun yerine daha az duyarlı ülkelere yatırım yapılıyor..
Ancak petrol fiyatlarındaki artışlardan rafineriler sorumlu tutulamaz.
ABD Enerji Dairesi’nin bildirdiğine göre nihai yakıt fiyatlarında rafineri aşamasının payı yalnızca yüzde 18’dir. (Fiyatlarda ham petrol fiyatının payı yüzde 47, vergilerin payı yüzde 23, dağıtıcı ve perakendecilerin payı yüzde 12’dir).
Düşük kárlar ve kamuoyunun karşı çıkışı nedeniyle şirketler yeni bir tesis için gerekli olan 2 milyar doları yatırmaya sıcak bakmıyor.
RAFİNERİ’de ham petrol kaynar ve çıkan buhar arıtma sütununa girer. Arıtma sütununda yükselir ve kaynama noktasının altında soğuduğu zaman yoğunlaşır. Uzun, hidrokarbon zincirleri dibe yakın bölgelerde, yüksek sıcaklıklarda yoğunlaşır; kısa, basit hidrokarbonlar, daha üst kısımlarda, daha düşük sıcaklıklarda yoğunlaşır. İkincil işlemler ürünü biraz daha arıtmaya yarar.
Delikli tepsiler buharın kapakların altında kabarcıklar oluşturarak yoğunlaşmasına ve besleme borularına akmasına yol açar.
Katalitik Reformer, ısıtılmış katalist üzerinden akan bölünmemiş hidrokarbon moleküllerini toplar. Bu reaksiyon, atomları yeniden düzenler. Böylece moleküller dallara ayrılır. Bunların oktan derecesi artar ve tümüyle yanar.
Katalitik Kraker ısıtılmış hidrokarbonları sıcak katalist ile karıştırır ve bu şekilde sıvılaşmış bir yatak oluşturur. Temas durumunda, katalist molekülleri uzun hidrokarbonları kısa zincirler haline getirir. Daha sonra reaktör, sonuçta ortaya çıkan hareketsiz katalisti ayırır ve bunu rejeneratöre gönderir. Bu arada kısaltılmış hidrokarbonlar yukarı doğru çekilir. Rejeneratör artakalan karbonu yakar.
BUNLARI BİLİYOR MUYDUNUZ?
Balina yağı 1850’lerde giderek azalmaya başlayınca Kanadalılar yerden sızan yağı gaza dönüştürdüler. Rusya deneme amaçlı petrol kuyuları açtı. Ancak bu sanayi, Amerikalı sanayici George Bissell’in Edwin Drake ile işbirliği yapıp Oil Creek yakınlarında bir kuyu açmaya karar vermesiyle 1859’da tetiklenmiş oldu. Bu kuyudan çıkan ham petrolden parafin üretildi. Parafin de gaza dönüştürüldü. Bu işlemin sonunda elde edilen benzin, pis koktuğu için çöpe gidiyordu.
Ham petrolün bir kısmı erimiş halde propan ve butan içerir. Bu gazlar arıtma sütununun en üzerinde birikir. Propan daha sonra tekstilde, gıda paketlemesinde ve otomotiv parçaları yapımında kullanılan propilene dönüştürülür. Butan, sentetik kauçuk üretmek için butadiyene dönüştürülür. Plastik konteynır ve paketlerde bulunan polietilenin kaynağı olan etilenin pek çoğu yüksek sıcaklıkta, alçak basınç altında "termal kraker" lerde arıtılır. Kraker, hidrokarbonları, her seferinde bir çift karbon atomu oluşturacak şekilde açar.
Arıtma kapasitesi OPEC ülkelerinde giderek genişliyor. Kuveyt’teki tesislerde günde 600.000 varil petrol işlenir. Suudi Arabistan’da bu rakam 450.000 varildir. Çin, Hindistan, Güney Kore işletim kapasitelerini genişletmeye çalışıyor. Arizona Clean Fuels adı verilen proje aşamasındaki rafinerinin günde 150.000 varil işlemesi planlanıyor, ancak finansman görüşmeleri henüz sonuçlanmış değil.
Zincir ne kadar karmaşık ise, motorun daha yüksek sıkıştırma oranında çalışmasına izin verecek şekilde, molekül daha fazla sıkıştırılır. Benzinin oktan derecesini değerlendiren test karışımı 2,2,4-trimetilpentan ve heptan’ı (87 oktan için yüzde 87-13) bir araya getirir.
Rafineriler oktan derecesini yükseltmek için zaman içinde bazı katkı maddeleri denediler. Tetraetil kurşun "kurşunlu benzin"de işe yaradı, ancak bir süre sonra kullanılmaktan vazgeçildi, çünkü katalitik konverter’lere zarar veriyordu.
Üreticiler, bunun üzerine metil tertiyer bütil etil’e (MTBE) geçtiler, ancak bu karışımın da yeraltı sularını kirlettiği ortaya çıktı. Dolayısıyla yetkililer tarafından MTBE’nin katkı maddesi olarak kullanılması yasaklandı.
Şimdi alternatif olarak etanol kullanılıyor. Bunun oktan derecesi 108 ile 110 arasındadır; yüzde 10 etanol içeren benzin, ABD’de "gasohol" adı altında pazarlanıyor.
Petrol fiyatı ve rafine
Kamuoyunun çevre kirliliği yaratacağı kaygısı ve çevre yasaları nedeniyle gelişmiş ülkelerde yeni rafine kuruluşları ya askıya alınıyor ya da mesela ABD’de olduğu gibi son 30 yıl içinde yeni rafineriler kurulamıyor. Bunun yerine daha az duyarlı ülkelere yatırım yapılıyor..
Ancak petrol fiyatlarındaki artışlardan rafineriler sorumlu tutulamaz.
ABD Enerji Dairesi’nin bildirdiğine göre nihai yakıt fiyatlarında rafineri aşamasının payı yalnızca yüzde 18’dir. (Fiyatlarda ham petrol fiyatının payı yüzde 47, vergilerin payı yüzde 23, dağıtıcı ve perakendecilerin payı yüzde 12’dir).
Düşük kárlar ve kamuoyunun karşı çıkışı nedeniyle şirketler yeni bir tesis için gerekli olan 2 milyar doları yatırmaya sıcak bakmıyor.
RAFİNERİ’de ham petrol kaynar ve çıkan buhar arıtma sütununa girer. Arıtma sütununda yükselir ve kaynama noktasının altında soğuduğu zaman yoğunlaşır. Uzun, hidrokarbon zincirleri dibe yakın bölgelerde, yüksek sıcaklıklarda yoğunlaşır; kısa, basit hidrokarbonlar, daha üst kısımlarda, daha düşük sıcaklıklarda yoğunlaşır. İkincil işlemler ürünü biraz daha arıtmaya yarar.
Delikli tepsiler buharın kapakların altında kabarcıklar oluşturarak yoğunlaşmasına ve besleme borularına akmasına yol açar.
Katalitik Reformer, ısıtılmış katalist üzerinden akan bölünmemiş hidrokarbon moleküllerini toplar. Bu reaksiyon, atomları yeniden düzenler. Böylece moleküller dallara ayrılır. Bunların oktan derecesi artar ve tümüyle yanar.
Katalitik Kraker ısıtılmış hidrokarbonları sıcak katalist ile karıştırır ve bu şekilde sıvılaşmış bir yatak oluşturur. Temas durumunda, katalist molekülleri uzun hidrokarbonları kısa zincirler haline getirir. Daha sonra reaktör, sonuçta ortaya çıkan hareketsiz katalisti ayırır ve bunu rejeneratöre gönderir. Bu arada kısaltılmış hidrokarbonlar yukarı doğru çekilir. Rejeneratör artakalan karbonu yakar.
BUNLARI BİLİYOR MUYDUNUZ?
Balina yağı 1850’lerde giderek azalmaya başlayınca Kanadalılar yerden sızan yağı gaza dönüştürdüler. Rusya deneme amaçlı petrol kuyuları açtı. Ancak bu sanayi, Amerikalı sanayici George Bissell’in Edwin Drake ile işbirliği yapıp Oil Creek yakınlarında bir kuyu açmaya karar vermesiyle 1859’da tetiklenmiş oldu. Bu kuyudan çıkan ham petrolden parafin üretildi. Parafin de gaza dönüştürüldü. Bu işlemin sonunda elde edilen benzin, pis koktuğu için çöpe gidiyordu.
Ham petrolün bir kısmı erimiş halde propan ve butan içerir. Bu gazlar arıtma sütununun en üzerinde birikir. Propan daha sonra tekstilde, gıda paketlemesinde ve otomotiv parçaları yapımında kullanılan propilene dönüştürülür. Butan, sentetik kauçuk üretmek için butadiyene dönüştürülür. Plastik konteynır ve paketlerde bulunan polietilenin kaynağı olan etilenin pek çoğu yüksek sıcaklıkta, alçak basınç altında "termal kraker" lerde arıtılır. Kraker, hidrokarbonları, her seferinde bir çift karbon atomu oluşturacak şekilde açar.
Arıtma kapasitesi OPEC ülkelerinde giderek genişliyor. Kuveyt’teki tesislerde günde 600.000 varil petrol işlenir. Suudi Arabistan’da bu rakam 450.000 varildir. Çin, Hindistan, Güney Kore işletim kapasitelerini genişletmeye çalışıyor. Arizona Clean Fuels adı verilen proje aşamasındaki rafinerinin günde 150.000 varil işlemesi planlanıyor, ancak finansman görüşmeleri henüz sonuçlanmış değil.