1. PETROL
KİMYASI
Ham petrol, 1’den 60’a kadar karbon atomu içeren hidrokarbon
moleküllerin karışımıdır. Hidrokarbonların özellikleri, moleküllerindeki karbon
ve hidrojen atomlarının sayısına ve düzenlenmesine bağlıdır.
Ham petrol, örneğin, su gibi tek bir bileşik değildir;
bazıları büyük, bazıları küçük hidrokarbon moleküllerinin bir karışımıdır. Bir
laboratuvar beherinde ısıtılan suyun sıcaklığı 212°F’a ulaşıncaya kadar
yükselir, sonra kaynamaya başlar. Suyun tamamı buharlaşıp tükeninceye kadar
sıcaklık aynı derecede kalır; çünkü suyun içindeki her molekül H2O’dur.
Ham petrol oda sıcaklığında (70°F dolayı) kaynamaya başlar,
ısıtmaya devam edildiği süre boyunca kaynama devam edeceğinden, sıvı üzerinde
buharın sıcaklığı yükselir; nedeni, sıcaklık arttıkça hampetroldeki çeşitli
hidrokarbon molekülleri buharlaşarak veya kaynayarak sıvıyı terk etmesidir. Kalan
karışımın kaynayabilmesi için daha yüksek sıcaklıklara gereksinim olur.
Hidrokarbon molekülleri propanın kaynama noktası olan -44°F’dan, asfalt için
gereken 1500°F’a kadar geniş bir aralığı kapsar.
Ham petrolün bileşimi ve görünüşü bulunduğu bölgeye ve yere
göre farklıdır; akışkanlığı su gibilikten katranımsı katılara kadar, rengi
açıktan siyaha kadar değişir. ‘Ortalama’ bir hampetrol %84 karbon, %14
hidrojen, %1-3 kükürt ve %1’den az azot, oksijen, metaller ve tuzlardan oluşur.
Tablo-1’de hampetrollerin içerdiği hidrokarbonlar sınıflandırılarak her
sınıfı temsil eden hidrokarbon tiplerinden birer örnek verilmiştir.
Tablo-1: Hampetrol Türleri, İçerdikleri
Tipik Hidrokarbon Tipleri
Ham
petrolün kaynağı
|
Hidrokarbon
tipi
|
S, %
ağ.
|
API
yaklaşık
|
Naften
verimi, % hac.
|
Oktan
no
(tipik)
|
||
Paraf.,
% hac.
|
Arom.
% hac.
|
Naften,
% hac.
|
|||||
Nijerya-hafif
|
37
|
9
|
54
|
0.2
|
36
|
28
|
60
|
Suudi-hafif
|
63
|
19
|
18
|
2
|
34
|
22
|
40
|
Suudi-ağır
|
60
|
15
|
25
|
2.1
|
28
|
23
|
35
|
Venezüella-ağır
|
35
|
12
|
53
|
2.3
|
30
|
2
|
60
|
Venezüella-hafif
|
52
|
14
|
34
|
1.5
|
24
|
18
|
50
|
USA-Midcont.
|
-
|
-
|
-
|
0.4
|
40
|
-
|
-
|
USA-W.
Texas
|
46
|
22
|
32
|
1.9
|
32
|
33
|
55
|
North
Sea-Brent
|
50
|
16
|
34
|
0.4
|
37
|
31
|
50
|
İçerdiği hidrokarbon moleküllerine bağlı olarak hampetrolün
rengi, bileşimi ve akışkanlığı değişir. Petrol çıkarılan bölgeler değiştikçe hampetrolün
özellikleri de değişir. “Hafif” ve “ağır” sözcükleri, bir hampetrolün
yoğunluğunu ve akmaya karşı direncini, yani viskozitesini tanımlar. Hafif
hampetrol metal ve sülfür içeriği düşük, açık renkli, hafif kıvamlı ve
kolaylıkla akabilen petroldür. Daha ucuz olan düşük kaliteli petrollerin metal
ve sülfür miktarları yüksektir ve akışkan hale gelebilmesi için ısıtılmaları
gerekir; bunlar ağır hampetroller olarak tanımlanır. Önemli miktarlarda
hidrojen sülfür veya diğer reaktif sülfür bileşikleri içeren hampetrollere
‘sour’ (acı), az kükürtlü olanlara “sweet” (tatlı) hampetrol denir. Bu kuralın
istisnaları West Texas ile Arap hampetrolleridir; birincisi içerdiği H2S’e
bağlı olmaksızın daima “sour”dur, diğeri içerdiği kükürtlü bileşikler yüksek
reaktivitede olmadığından “sour”olarak tanımlanmaz.
Ağır hampetrol çok viskozdur ve kolaylıkla akmaz. Tipik
özellikleri yüksek spesifik gravite, düşük H/C oranı, yüksek karbon kalıntısı
ve yüksek miktarlarda asfaltenler, ağır metaller, sülfür ve nitrojendir (Tablo-2).
Göreceli olarak basit denemelerle, hampetrol parafinik,
aromatik, naftenik ve karışık bazlı olarak sınıflandırılır. Hampetrolde
doymamış hidrokarbonların miktarı çok azdır, bu nedenle genellikle
sınıflandırmaya alınmazlar (Tablo-3).
Tablo-2-: Tipik Bir Hampetrolün Bileşimi
Element
|
Bileşimi, %
|
Element
|
Bileşimi, %
|
Karbon
|
84-87
|
Nitrojen
|
0-1
|
Hidrojen
|
11-14
|
Oksijen
|
0-2
|
Sülfür
|
0-3
|
Tablo-3: Tipik Bir Hampetroldeki
Hidrokarbonların Dağılımı
Hidrokarbon tipi
|
% ağ.
|
Hidrokarbon tipi
|
% ağ.
|
Parafinler
|
28
|
Aromatikler
|
18
|
Naftenler
|
45
|
Asfaltenler
|
9
|
·
Parafinik bazlı hampetrollerde çoğunlukta olan
hidrokarbonlar n-alkanlar, dallanmış alkanlar ve sikloalkanlardır (naftenler),
asfaltik (veya bitum) maddeler çok azdır veya yoktur
·
Aromatik bazlı hampetroller tek halkalı veya
kondens halkalı aromatik hidrokarbonlarca zengindir
·
Naftenik veya asfaltik bazlı hampetrollerde
asfaltik maddeler çoktur, sülfür, nitrojen ve oksijenli bileşikler vardır, parafinler
azdır veya hiç yoktur
·
Karışık bazlı hampetroller hem parafinik ve hem
de naftenik yapılı hidrokarbonlar içerir. Ham petrollerin çoğu bu gruba girer
Ham petrolün yapısı hakkında bilgi veren bazı deneme
yöntemleri vardır. Bunlardan biri API gravitelerine göre tanımlamadır. API
hampetrolü viskozitelerine göre sınıflandıran Uluslararası bir sistemdir.
Sistemde, ağırlık/hacim birimiyle ifade edilen yoğunluk yerine spesifik gravite
değerlerinin fonksiyonu olan yerine API gravite dereceleri esas alınmıştır.
Spesifik gravite bir maddenin belirli bir hacminin ağırlığının, sıcaklık aynı
olmak koşuluyla, aynı hacimdeki suyun ağırlığına oranıdır. Spesifik gravite,
API graviteye çevrilir.
rör.(60°F)
Spes. gravite (60/60°F) = –––––––––
rsu (60°F)
141.5
API = –––––––––––––––––––– - 131.5
Spes. gravite
(60/60°F)
API gravite değerleri yükseldikçe hampetrol incelir; örneğin
hafif (ince) hampetrollerin API graviteleri yüksek, spesifik graviteleri düşüktür.
Düşük karbonlu, yüksek hidrojenli ve yüksek API graviteli hampetroller,
genellikle, parafinlerce zengindir ve daha büyük oranlarda benzin ve hafif
petrol ürünleri üretme eğilimindedirler; yüksek karbon, düşük hidrojen ve düşük
API gravite değerleri ise hampetrolün, naftenik bileşiklerce zengin olduğunu
gösterir. Hampetrol API derecelerine göre üç grupta toplanabilir (Tablo-4).
Naftenik hampetrollerin API derecesi 45 dolayındadır. Ağır
hampetrollerde bu değer 20 ye, hatta 11’e kadar düşer. Örneğin, API gravitesi
35 olan bir hampetrolün ortalama bileşimi, %50 naftenler, %7 aromatikler, %8
asfaltenler, %25 doymuşlar ve %10 diğer bileşikler şeklinde dağılır.
Tablo-4: Hampetrol İçin API Sınıflandırma Sistemi
API Derecesi
|
Tanım
|
Viskozite
|
Renk
|
Ana bileşimi
|
0o
– 22.3o
|
ağır
|
çok
viskoz
|
koyu
|
asfalt
|
22.3o
– 31.3o
|
orta
|
orta
|
kahve
|
benzin +
dizel
|
31.3o
– 47o
|
hafif
|
akışkan
|
açık sarı
|
kondensat
/ benzin
|
Hampetrollerin yapısını tanımlayan diğer bir yöntem,
korelasyon indeksi denilen, BMCI veya CI (United States Bureau of Mines)
değeridir. BMCI, bir distilasyon fraksiyonunun ortalama kaynama noktası ve
yoğunluğuyla ilişkilidir ve parafinler için sıfır, benzen için 100 kabul
edilmiştir. Değerin hesaplanmasında kullanılan eşitlik saf hidrokarbonların
kaynama noktaları ve yoğunlukları kullanılarak çıkarılmıştır. Düşük BMCI
değerleri fraksiyonun (veya doğrudan hampetrolün) parafinlerce zengin olduğunu,
yüksek değerler aromatik yapılı bileşenlerin daha fazla bulunduğunu gösterir.
Daha kapsamlı incelemelerde hampetrolün bazı değerleri (verimi, ürünlerin
kalitesi gibi) ve işlenme parametreleri saptanır.
BMCI veya CI
48640 473.7
BMCI= –––––––+ –––––––-456,8
K d
K: fraksiyonun %50’sinin distillendiği kaynama noktası (Kelvin
derecesi), d: fraksiyonun 60/60 0F’daki yoğunluğudur.
Eser Metaller: Hampetrolde doğal olarak az
miktarlarda, nikel, demir ve vanadyum da dahil, çeşitli metaller vardır; bunlar
rafinasyon sırasında uzaklaştırılır. Rafineri fırın ve kazanlarında ağır fuel
oillerin yanmasıyla, fırın cidarlarında ve tüplerde vanadyum oksit ve nikel
oksit kalıntılar oluşur. Eser miktarlardaki arsenik, vanadyum ve nikelin, bazı
katalizörler için zehirleyici olmaları nedeniyle, proseslere alınmadan önce
uzaklaştırılmaları önerilir.
Tuzlar: Ham petrollerde, süspansiyon veya çözünmüş
(salamura) halde, sodyum klorür, magnezyum klorür ve kalsiyum klorürü gibi
inorganik tuzlar bulunur. Bu tuzlar, katalizör zehirlenmesi, ekipman korozyonu
ve arızalanmaları önlemek amacıyla, proseslerden önce uzaklaştırılmalı veya
nötralleştirilmelidir. Tuz korozyonunun nedeni, bazı metal klorürlerin
hidrolizlenerek hidrojen klorüre (HCl), bunun da, hampetrol ısıtılınca
hidroklorik aside dönüşmesidir. Ayrıca hidrojen klorür de amonyakla birleşerek amonyum
klorür (NH4Cl), oluşturur ki bu madde de arızalanmalara ve korozyona
yol açar.
Karbon Dioksit: Karbon dioksit, hampetrolde doğal
olarak bulunan veya proses sırasında ilave edilen, veya distilasyon işleminde
kullanılan buharda bulunan bikarbonatların dekompozisyonuyla (bozunma) meydana
gelir.
1. Bileşimi
a. Hidrokarbonlar
Hidrokarbonlar, karbon ve hidrojenden içeren organik
bileşiklerdir; bunlar dört temel sınıf altında toplanır: parafinler, olefinler,
naftenler ve aromatikler.
Ham petrol, 1’den 60’a kadar karbon atomu içeren, karbon ve
hidrojenli hidrokarbon moleküllerin karışımıdır. Hidrokarbonların özellikleri,
moleküllerindeki karbon ve hidrojen atomlarının sayısına ve düzenlenmesine
bağlıdır. En basit hidrokarbon molekülü bir karbon ve dört hidrojen içeren
metandır. Tüm diğer petrol hidrokarbonları bu molekülden türer.
Genellikle, dört karbon atomuna kadar olan hidrokarbonlar
gaz halindedir; 5-19 karbon atomu içerenler sıvı, 20 ve daha fazla karbon
atomlu moleküller ise katıdır. Rafineri proseslerinde, hampetrolde doğal olarak
gruplar halinde bulunan benzer temel hidrokarbon moleküllerini ayırmak veya
birleştirmek için kim- yasal maddeler, katalizörler, ısı ve basınç uygulanır.
Proseslerle, bu moleküllerin yapıları ve bağlanma şekilleri yeniden
düzenlenebilir, farklı hidrokarbon molekülleri ve bileşikler oluşturulur. Bu
nedenlerle, rafineri prosesinde bu bileşiklerin hidrokarbon tipi (parafinik,
naftenik ve aromatik), özel kimyasal bileşik olmasından daha önemlidir.
Hampetrolde bulunan üç temel hidrokarbon grubu parafinik, naftenik ve aromatik
bileşiklerdir.
a.1. Parafinik Hidrokarbonlar
Hampetrolde bulunan parafinik hidrokarbon bileşikleri serisi
CnH1n+2 genel formülüyle gösterilir ve doymuş
hidrokarbonlardır. Bunlarda karbon atomları ya zikzak zincirler (normal) veya
dallanmış zincirler (izomer) şeklinde düzenlenmişlerdir. En hafif normal
parafin molekülleri gazlarda ve parafin vakslarda (mumlar) bulunur. Metan,
etan, propan ve bütan (gazlar 1-4 karbon atomu içerirler), pentan ve heksan
(5-6 karbon atomlu sıvılar) zikzak zincirli moleküllere örnektir.
Dört veya daha fazla karbon atomlu parafinik hidrokarbonlar
izomerik yapıda bulunabilirler; izomer, aynı sayıda karbon ve hidrojen atomu
içeren, fakat karbon atomlarının düzenlenmeleri farklı olduğundan değişik
fiziksel ve kimyasal özellikler gösteren maddelerdir.
Normal parafinlerde karbon atomları bir zincir yapısında
düzenlenirken izoparafinlerde bir zincir iskelet üzerinde dallanmış başka
zincirler bulunur. Örneğin sekiz karbon atomlu (C8H8)
normal oktan (düz zincirli) ve izooktan (2,2,4-trimetilpentan, dallanmış
zincirli) izomerik yapıya tipik bir örnektir. Dallanmış zincirli parafinler
hampetrolün daha ağır fraksiyonlarında bulunur.
a.2. Naftenik Hidrokarbonlar
Naftenler, CnH2n Genel formüllü ve
bazı karbon atomları halkalı (siklik) yapıda düzenlenmiş doymuş
hidrokarbonlardır. Ham petrolün, çok hafifleri hariç, her fraksiyonunda
bulunurlar; daha çok beş ve altı karbon atomlu tek-halkalı naftenler
(monosiklo-parafinler) şeklindedirler. Tek halkalı naftenlerin genel formülleri
olefinler gibi CnH2n şeklindedir. İki halkalı naftenler
(disikloparafinler) nafta ürününün ağır fraksiyonunda bulunur.
a.3. Aromatik Hidrokarbonlar
Naftenik hidrokarbonlarda olduğu gibi, aromatik bileşiklerde
de bazı karbon atomları bir halka şeklindedir, fakat birbirlerine tek bağla
değil, aromatik bağlarla bağlanmışlardır. Aromatik yapının genel formülü CnH2n–6.dır;
örneğin en basit aromatik bileşik benzenin formülü C6H6
dır.
En kompleks aromatikler olan polinükleer (veya polisiklik
aromatik hidrokarbonlar, PCA veya PAH) aromatik bileşikler hampetrolün oldukça
ağır fraksiyonlarında bulunur. Aromatik hidrokarbonlar grubundan olan bu
sınıfının önemli bir özelliği çözünürlüğüdür. Asfaltenler karbon disülfürde
(veya DMSO gibi sülfürlü hidrokarbonlarda) çözünürler, fakat n-pentan ve n-heptan
gibi hafif hidrokarbonlarda çözünmezler. Birbirlerine yapışık aromatik halkalar
içerirler, halkaların kenarlarında alifatik ve/veya naftenik zincirler,
aromatik halkalarda nitrojen, sülfür, oksijen atomları ve vanadyum ve nikel
kompleksleri bulunabilir.
Asfaltenler uçucu olmayan, yüksek molekül ağırlıklı petrol
fraksiyonlarıdır. Birbirine yapışık aromatik halkalardan oluşurlar ve homojen
olmayan düz levhalar şeklindedirler Ayrıca heptanda çözünmediklerinden
hampetrolde sıvı halde değil, katı dispersiyon halinde bulunurlar; birbirlerine
doğru çekilerek aglomerizasyon yapma eğilimindedirler.
Asfaltenler hampetrolde dispersiyon halinde bulunurlar ve
reçinemsi bir yapıdadırlar. Bunlar, petrolün en yüksek molekül ağırlıklı ve en
büyük yapılı bileşenleridir, belirli bir erime noktaları olmadığından yüksek
karbon kalıntısı verirler, aglomere olarak kitap-yaprakları görünümünde yapılar
oluştururlar.
a.4. Diğer Hidrokarbonlar
Alkenler: Genel formülleri CnH2n
olan mono-olefinlerdir ve zincirde tek karbon-karbon çift bağı içerirler. En
basit alken etilende, çift bağla bağlanmış iki karbon atomu ile dört hidrojen
atomu vardır. Parafinlerde olduğu gibi, dört veya daha fazla karbon atomu
içeren olefinler yapısal izomerler oluştururlar. Olefinler hampetrolde çok
azdır, çoğunlukla termal ve katalitik kraking işlemleriyle meydana gelirler.
Dienler ve Alkinler: Dienler diolefinlerdir, iki
karbon-karbon çift bağları vardır. Diğer bir doymamış hidrokarbonlar grubu da
alkinlerdir, molekül içinde karbon-karbon üçlü bağ içerirler. Bu her iki
hidrokarbonlar serisinin de genel formülleri CnH2n-2.dir.
1,2-Bütadien ve 1,3-bütadien gibi diolefinler ve asetilen gibi alkinler, C5
lerde ve krakingden çıkan hafif fraksiyonlarda bulunur.
Olefinler, diolefinler ve alkinler doymamış bileşiklerdir,
karbon atomlarının tüm valenslerini doyurabilecek sayıda hidrojenden
yoksundurlar; parafinler ve naftenler-den daha reaktiftirler ve hidrojen, klor
ve brom gibi diğer elementlerle kolaylıkla birleşirler. Aşağıda tipik bazı
dienler ve alkinlerin formülleri verilmiştir.
b. Hidrokarbon Olmayanlar
Hampetrolde karbon ve hidrojenden oluşan hidrokarbonlardan
başka diğer bazı elementler içeren bileşikler de bulunur; bu elementlere
heteroatomlar (“diğer atomlar”) denir. Heteroatomlar bağlanmış karbon ve
hidrojenli bir bileşik hidrokarbon değildir. Hampetrolde bulunan başlıca heteroatomlar
sülfür ve nitrojendir, ayrıca çok az vanadyum, nikel, sodyum ve potasyum da
bulunur.
b.1. Sülfür Bileşikleri
Sülfür bileşiklerinin tipi ve miktarı hampetrolün bulunduğu
yere göre ağırlıkça %2-6 arasında değişir. %1’den dazla çözünmüş hidrojen sülfür
içeren hampetrol “sour (acı)” petrol olarak sınıflandırılır. Sülfürlü
bileşiklerin kendilerine özgü rahatsız edici kokuları vardır, ki bu özellik
onların hemen algılanmasını sağladığından, özellikle sağlık yönünden çok
tehlikeli olan bu bileşiklerden sakınmayı kolaylaştırır.
Hampetrolde kükürt ya hidrojen sülfür (H2S)
halinde, ya bileşikler (örneğin, merkaptanlar, sülfürler, disülfürler,
tiofenler, v.s.) halinde veya elementel sülfür şeklinde bulunur ve ısıl
dayanıklılıkları zayıftır; rafinasyon sırasında parçalanarak hidrojen sülfür ve
basit organik sülfür bileşiklerine dönüşürler. Hidrojen sülfürdeki bir hidrojen
atomunun yerine bir hidrokarbon grubunun girmesiyle merkaptanlar meydana gelir;
bunlar, hampetrolün distilasyonu sırasında oluşurlar. Hidrojen sülfürdeki iki
hidrojen atomu da hidrokarbon gruplarıyla yer değiştirdiğinde sülfür
bileşikleri meydana gelir; örneğin, tiyofen (C4H4S) gibi.
Her hampetroldeki sülfürlü bileşikler miktar ve tip olarak farklıdır, fakat
ağır fraksiyonlarındaki miktarları daha fazla, daha kararlı ve daha karmaşık
yapıdadırlar.
Doğal gazda,
hampetrole göre daha fazla hidrojen sülfür bulunur. Volkanlardaki sülfür
mineralleri sıcak suyla hidrolizlenerek
H2S çıkarırlar:
Metal S + H2O ® Metal O + H2S
Rafineri
akımlarındaki sülfür bileşiklerinden hidrodesülfürizasyon prosesiyle hidrojen
sülfür, bu bileşiğin kısmi yanma işleminden geçirilmesiyle de elementel
sülfür elde edilir (Claus prosesi).
Hidrojen
sülfür zehirli bir gazdır; sinir sisteminde (ve diğer bazı sistemlerde)
önemli hasarlar yaratır. Zehir etkisi hidrojen siyanürle kıyaslanabilir
düzeydedir; mitikondriyal saytokrom enzimlerdeki demirle kompleks yaparak
oksijeni bloke eder ve hücre solunumunu durdurur.
|
Hidrojen sülfür, rafineri proses ünitelerinde korozyona
neden olan koşullardan en önemlisidir. Diğer korozif bileşikler elementel
kükürt ve merkaptanlardır. Korozif sülfür bileşikleri fena kokuludur.
Rafineri ekipmanları, boru sistemleri ve tankların yapımında
kullanılan demir ve çelik malzemeye kükürtlü bileşiklerin korozif etkisiyle
piroforik demir sülfat oluşur. Kükürtlü bileşikler içeren petrol ürünlerinin
yanmasıyla, sülfürik asit ve sülfür dioksit gibi istenmeyen maddeler açığa
çıkar.
b.2. Oksijenli Bileşikler
Petrolde bulunan oksijenli bileşikler oldukça komplekstir ve
bir kısmının yapıları henüz tam olarak tanımlanamamıştır. Petrolün
distilasyonunda bazı bileşiklerin parçalanarak yan zincirlerinde karboksilik
asitler bulunan ve naftenik asitler denilen halkalı yapıların oluştuğu, kraking
prosesleri sonunda da bazı fenolik bileşiklerin bulunduğu bilinmektedir.
Rafineri akımlarından elde edilen verilerden de yararlanılarak yapılan
analizlerle, petroldeki oksijenli bileşiklerin çoğunun karmaşık yapılı
karboksilik asitler, fenoller ve kresoller olduğu, esterler, amidler, ketonlar
ve benzofuranlar gibi asidik olmayan bileşikleri daha az bulunduğu
saptanmıştır. Asfaltlar yüksek-oksijenli bileşikler içerirler.
Çoğu asidik karakterde olduğundan oksijenli bileşiklerin
hampetrol ve fraksiyonlarından uzaklaştırılmaları gerekir. Ham petrolün toplam
asit değeri %0.03-3 arasında değişebilir. Katalitik proseslere verilen
akımlarda S ve N kontrol altında tutulduğundan oksijenli bileşikler önemli bir
sorun yaratmaz.
Asidik oksijenli bileşikler:
Asidik olmayan oksijenli
bileşikler:
b.3. Nitrojenli Bileşikler
Ham petrollerin çoğunda nitrojen miktarı ağırlıkça %0.1’den
azdır. Nitrojenli bileşikler ısıya dayanıklı olduklarından hafif rafineri
akımlarında eser miktarlarda bulunurken, yüksek kaynayan fraksiyonlarda daha
fazladırlar. Nitrojen, hafif fraksiyonlarda bazik bileşikler şeklindedir, daha
ağır fraksiyonlarında ise, çoğunlukla, non bazik (baz olmayan) haldedir ve eser
miktarlarda Cu, V, Ni metaller içerebilir. Proses fırınlarında nitrojen
oksitler oluşur. Katalitik kraking ve hidrokraking proseslerinde nitrojen
bileşiklerinin bozunmasıyla amonyak ve siyanürler meydana gelerek katalizörlere
zehir etkisi yapar; bu nedenle katalitik proseslere verilen akımlar
hidrotreating prosesinden geçirilerek nitrojen içeriği zararsız seviyelere düşürülür.
2. DOĞAL GAZ
KİMYASI
1. Bileşimi ve Özellikleri
Doğal gaz metan, etan, propan, bütanlar, pentanlar ve
heksanlar karışımıdır. Bunların dışında az miktarlarda (%0-0.5 hacimce) karbon
dioksit, helyum, hidrojen sülfür ve nitrojen de içerir. Doğal gazın bileşimi
çıkarıldığı bölgeye ve rezervuara göre değişir. Kabaca en önemli bileşeni
hacimce %70-90 arasında değişen metan ve %0-20 etandır. Propan miktarı etandan
biraz daha azdır.
Hampetrol gibi doğal gaz da içerdiği sülfür miktarına göre
tatlı veya yumuşak (düşük sülfürlü) ve acı veya sert (yüksek sülfürlü) olarak
tanımlanır. Ayrıca sıvılaşabilen gazlar içeriğine göre de ıslak ve kuru (metan
>%85) doğal gaz olarak adlandırılır.
Şekil-1: İşlemlenmemiş doğal gazın temel elemanları
Doğal gazın diğer bir tanımı bulunduğu yatakta hampetrolle
birarada olup olmadığını belirtir; bağlı (associated) doğal gaz hampetrol
yataklarında bulunan doğal gazı tanımlar, bir yatakta önemli miktarlarda petrol
olmadığında doğal gaz bağımsızdır (non-associated).
Doğal gaz, temiz yanan bir yakıttır. Kömür, petrol ve diğer
fosil yakıtların kimyasal yapıları doğal gaza göre çok karmaşık olduğundan
yandıklarında çeşitli zararlı maddeler oluşur. Doğal gaz korozif ve zehirli
değildir, kolay ve kalıntı bırakmadan yanar, hava kirliliğine neden olabilecek
emisyonları çok azdır.
Doğal gazda yapılacak işlemler içindeki bileşiklere göre
değişir. Hidrojen sülfür miktarı az olan kuru bir gazda, nem miktarının
ayarlanması dışında bir rafinas- yona gerek olmaz. Gaz kuru, fakat acı ise
hidrojen sülfür ve karbon dioksitin uzaklaştırılması gerekir. Doğal gaz rafine
edilerek diğer hidrokarbonlar ayrılır ve hemen hemen saf metan (CH4)
olarak pazarlanır.
Fiziksel Özellikler
Doğal gaz renksiz, kokusuz ve tatsızdır, havadan daha
hafiftir, -161º C’nin üstündeki sıcaklıklarda gaz halindedir; kullanılırken
herhangi bir kaçak olması halinde kokusundan tanınması için merkaptan
bileşikleri ilave edilir.
Doğal gaz nem, yoğunlaşabilen hidrokarbonlar (NGL),
gerekliyse H2S ve CO2’den arındırıldıktan sonra fiziksel
özellikleri, metana çok benzer. Yoğunlaşabilen hidrokarbonlar etan, propan,
bütanlar, pentanlar ve daha ağır hidrokarbonlardır (Tablo-5).
Tablo-5: Doğal Gazda Bulunan Hidrokarbonları
Bileşik
|
K. noktası, 0C
|
Bileşik
|
K. noktası, 0C
|
Metan
|
−161.6
|
İzopentan
|
28.0
|
Etan
|
-88.6
|
n-Pentan
|
36.1
|
Propan
|
−42.1
|
Heksan
|
69.0
|
İzobütan
|
−11.7 °
|
Heptan
|
98.4
|
n-Bütan
|
−0.5
|
Kimyasal Özellikler
Doğal gazın enerjisi içerdiği hidrokarbonların tür ve
miktarlarına göre değişir; hidrokarbon gazlarda ne kadar çok karbon atomu varsa
yandığında elde edilen enerji de o kadar yüksek olur. Doğal gazın %95 kadarı yakıt olarak
kullanıldığından kalori değeri çok önemlidir. Kalori değeri, gazdaki
hidrokarbonların oranına bağlıdır ve doğal gazın satışında “1 milyon Btu/1000
ft3 gaz esas alınır.
Doğal gazın kalorifik değeri 33.4-40.9 MJ/m3
(900-1100 Btu/ft3) aralığındadır. 1 mol metan gazı yandığında karbon
dioksit ve su yanında 891 kJ enerji açığa çıkar; reaksiyonda oluşan su
buharlaşır ve gerektiğinde buhar elde edilmekte kullanılabilir.
