Fraksiyonlama, veya distilasyon, saf olmayan bir sıvıyı veya
sıvılar karışımını saflaştırmak veya ayırmak için uygulanan ve kaynama
noktaları farklılığına dayanan bir prosestir.
Rafinerilerde ilk aşama olan Tuz Giderme Prosesinden sonra
atmosferik ve vakum distilasyon kulelerinde hampetrol çeşitli fraksiyonlara
(veya straight run cut’lara) ayrılır. Elde edilen ana fraksiyonlar veya
“cut’lar, özel kaynama-noktası aralıklarındadırlar ve azalan uçuculuklarına
göre sınıflandırılırlar: gazlar, hafif distilatlar, orta distilatlar, gaz
oiller ve kalıntı.
Modern distilasyonlarda petrol boru hatlarıyla sıcak
fırınlara pompalanır ve fraksiyonlu distilasyon kulelerinde hafif hidrokarbon
molekülleri ağırlardan ayrılır. Üniteler biri atmosferik basınçta, diğeri vakum
altında çalıştırılan iki distilasyon kulesidir. Birinci kulede, propan ve bütan
gibi en hafif ürünler buharlaştırılır ve kulenin tepesine doğru yükselir. Jet
ve dizel yakıtlarını da içeren orta ağırlıktaki fraksiyonlar, kulenin orta
kısımlarına gelecek şekilde yoğunlaşırlar. Kalıntı (residu) denilen en ağır
katranımsı maddelere “varil dibi” denir, bunlar distilasyon boyunca buharlaşmayan
maddelerdir.
Distilasyon prosesleri, çeşitli ürünler elde etmek amacıyla
daha fazla rafinasyonun gerektiği hallerde, rafinerinin diğer pek çok
fabrikasında da uygulanır (Şekil-1)
DİSTİLAT
|
K.N, 0C
|
C sayısı
|
Distilat
|
K.N, 0C
|
C sayısı
|
Gaz ürünler:
|
< 30
|
1-4
|
atm. gaz oil
|
220-345
|
17-20
|
Benzin
|
30-210
|
5-12
|
ağır fuel oil
|
315-550
|
20-45
|
Nafta
|
100-200
|
8-12
|
atm. kalıntı
|
> 540
|
> 30
|
Gazyağı, jet yakıtı
|
150-250
|
11-13
|
vak. kalıntı
|
> 625
|
> 60
|
Dizel oil, fuel oil
|
160-400
|
13-17
|
Şekil-1: Bir hampetrol distilasyon kulesi ve distilasyon
fraksiyonları
1. ATMOSFERİK
DİSTİLASYON
Tuzu giderilmiş hampetrole geri kazanılan proses ısısı
kullanılarak ön ısıtma uygulanır, sonra, doğrudan ısıtılan bir ısıtıcıya
verilerek 650-700 0F arasındaki sıcaklıklarda ve atmosferik basıncın
biraz üstünde bir basınçla dikey distilasyon kulesine, tabanının tam üstünden
beslenir (hampetrol bu sıcaklıkların üstünde ısıtılırsa istenmeyen ısıl
parçalanmalar olabilir). En ağırlar dışındaki tüm fraksiyonlar buharlaşır ve
sıcak buharlar kolon boyunca yükselirken sıcaklıkları düşmeye başlar.
Ağır fuel oil veya asfalt kalıntısı kulenin dibinden alınır.
Kuleden, aşağıdan yukarıya doğru yükseldikçe, sırasıyla, yağlama yağı, ısıtma
yağı, gazyağı, benzin ve yoğunlaşmayan gazlar çekilir.
Fraksiyonlama kulesi, 120 feet kadar yükseklikte çelik bir
silindirdir; sıvıları ayırma ve toplama için yatay çelik tepsileri bulunur.
Herbir tepside, alttan gelen buharlar deliklerden ve kabarcık (bubble)
keplerinden geçer.
Bunlar, tepsinin sıcaklığına göre, bir kısım bileşiklerin
yoğunlaşmasına, bazılarının da buhar halinde bir üst tepsiye geçmesine izin
verirler. Yoğunlaşan sıvılar, tepsilerin üstlerinde bulunan taşkanlardan bir
alttaki tepsiye akar; böylece, daha yüksek sıcaklıklarla karşılaşarak tekrar
buharlaşırlar. Buharlaşma, yoğunlaşma ve yıkama (scrubbing) işlemleri,
istenilen saflıkta ürün elde edilinceye kadar defalarca tekrarlanır. Bunun
sonunda istenilen fraksiyonları alacak şekilde bazı tepsilerden yan akımlar
çekilir.
Bir fraksiyonlama kulesinden, tepeden alınan yoğunlaşamayan
gazlardan, tabandan alınan ağır fuel oillere kadar değişik ürünler elde edilir.
Kulelerde, buhar basıncını düşürmek ve kısmi bir vakum sağlamak amacıyla buhar
kullanılır.
Atmosferik
Distilasyon Prosesleri
Hammadde
|
Geldiği Yer
|
Prosesler
|
Tipik Ürünler
|
Verildiği Yer
|
Hampetrol
|
Tuz giderme
|
Ayırma
|
Gazlar
|
Atm. distilasyon
|
Naftalar
|
Reforming,
treating
|
|||
Gazyağı,
distilatlar
|
Treating
|
|||
Gaz oil
|
Katalitik
kraking
|
|||
Kalıntı
|
Vakum
distilasyonu Visbreaker
|
Şekil-2: Atmosferik distilasyon prosesi akım şeması
Distilasyon prosesi hampetroldeki temel bileşenleri straight
run ürünlere ayırır. Hampetrole, bazan, sadece hafif fraksiyonların çekildiği,
ağır kısımların ise daha sonra yüksek vakum altında distillenmek üzere
bırakıldığı ‘topping’ (üstten sıyırma) distilasyonu uygulanır.
2. VAKUM
DİSTİLASYONU
Hampetrolün atmosferik distilasyonundan alınan kalıntının
distilasyonu, daha yüksek sıcaklıklara çıkıldığında ısıl parçalanma
olacağından, vakumda (düşük basınçlarda) fraksiyonlayarak yapılır.
Vakum Distilasyonu
Prosesleri
Hammadde
|
Geldiği Yer
|
Prosesler
|
Tipik Ürüler
|
Verildiği Yer
|
Kalıntılar
|
Atmosferik
distilasyon
|
Ayırma
|
Gaz
oiller
|
Katalitik
kraker
|
Yağlar
|
Hidrotreating
Solvent
ekstraksiyon
|
|||
Kalıntı
|
Deasfalter
Visbreaker
Koklaştırıcı
|
Şekil-3: Vakum distilasyonu akım şeması
Proseste bir veya daha fazla vakum kolonu kullanılabilir.
Bazı vakum kulelerinin iç dizaynları atmosferik kulelerden farklıdır; tepsiler
yerine rastgele dolgu maddeleri ve demister (buhar tutucu) yastıklar
kullanılır. Tipik bir vakum kulesinde gaz oiller, yağlama yağları baz stokları
ve propan deasfalting için ağır kalıntı üretilebilir.
İkinci-faz bir kulede, daha düşük vakumda çalışılır ve atmosferik
kuleden alınan artık kalıntı distillenir; bu, yağlama yağları stoklarının elde
edilmesinde kullanılamaz ve birinci vakum kulesinden alınan artık kalıntı
deasfalting için uygun değildir. Vakum kuleleri, artık kalıntıdan katalitik
kraking hammaddelerini ayırmada kullanılır.
a. Baz Yağların
elde edilmesi
Hammadde bir ısı değiştiricide ısıtılır (ön-ısıtma), vakum
kolonu fırınına beslenir ve istenilen kalitede distilatlar ve kalıntı elde
edilecek şekilde kontrol altında ısıtılır. Distilatların viskoziteleri ve
alevlenme noktaları hassas olarak denetlenir.
Kalıntının aşırı ısınmaması önemlidir; yumuşama noktası ve alevlenme
noktası dizayn değerlerinde olmalıdır. Hammadde naftenik kalıntılarsa,
fraksiyonlayıcıya ayrıca bir nötralleştirme bölümü ilave edilir. Her distilat
kendi baz stok viskozite aralığını kapsayacak şekilde çekilir ve daha sonraki
işlemler için ara ürün tanklarına alınır.
Hammadde
|
Geldiği Yer
|
Prosesler
|
Tipik Ürüler
|
Verildiği Yer
|
Atm. distilasyon
dibi, Hidrokraker dibi
|
Atmosferik
distilasyon
|
Ayırma
|
Spindle
oil (düşük viskoziteli yağ)
|
|
Orta
distilat (orta viskoziteli yağ)
|
||||
Ağır
distilat (yüksek viskoziteli yağ)
|
||||
Vakum
kalıntısı (kolon dibi)
|
Şekil-4: Vakum distilasyonu
SAĞLIK VE GÜVENLİK
Sağlık: Atmosferik ve vakum distilasyonu kapalı
proseslerdir ve personelin maddelerle teması en az düzeydedir. Sour (yüksek
kükürtlü) hampetroller işlenirken, önısıtıcı ısı değiştirici ve fırında, kule
flaş bölgeleri ve tepe sistemlerinde, vakum fırını ve kulesinde,ve dip ısı
değiştiricilerde hidrojen sülfürle temas olasılığı vardır. Ön ısıtıcı ısı
değiştiricilerde, kule üst bölgeleri ve tepelerinde hidrojen klorür bulunabilir.
Atık su, hampetrol türlerine ve işlemlerde kullanılan kimyasal maddelere bağlı
olarak, yüksek konsantrasyonlarda suda çözünebilen sülfürler ve diğer bileşikler
(amonyak, klorürler, fenol, merkaptanlar gibi) içerebilir. Güvenli çalışma
eğitimlerine ve/veya kimyasal maddelerle temas, ısı, örnek alma, kontrol,
bakım, genel duruş, gibi hallerde gerekli personel koruyucu malzeme kullanımı
ile ilgili uygulamalara gerek vardır.
Güvenlik: Otomatik kontrol sistemlerinde olabilecek
herhangi bir arızalanma, basınç, sıcaklık veya sıvı seviyelerinin
dalgalanmasına neden olur. Oysa distilasyon kulelerinde ısıl parçalanmanın
önlenmesi için, sıcaklık, basınç ve geri akışın (reflux) çalışma parametreleri
içinde tutulması gereklidir. Aşırı basınçlar için relief (kurtarma) sistemler
olmalı ve operasyonlar izlenmelidir.
Proses bölümleri korozyona karşı hassastır; bunlar arasında,
ön ısıtma ısı değiştiricisi (HCl ve H2S), ön ısıtma fırını ve dip
ısı değiştiriciler (H2S ve sülfür bileşikleri), atmosferik kule ve
vakum fırını (H2S, sülfür bileşikleri ve organik asitler), vakum
kulesi (H2S ve organik asitler) ve tepedir (H2S,
HCl ve su). Sour hampetrollerin işlendiği rafinerilerde fırın tüplerinde ve
metal sıcaklıklarının 450° F’ın üstüne çıktığı atmosferik ve vakum kulelerinde
şiddetli korozyon tehlikesi vardır. Islak H2S çeliği bozar. Yüksek
miktarlarda azot içeren hampetrollerle çalışıldığında fırınların flue
gazlarında azot oksitler oluşur; bu bileşikler, ortamda su bulunması halinde
düşük sıcaklıklarda çeliğe karşı koroziftir.
Distilasyon ünitelerinde açığa çıkan hidroklorik asidin
neden olduğu korozyon, bazı kimyasal maddelerle kontrol altına alınır. Tepe
akımına, ilk yoğunlaşma noktasından önce amonyak injekte edilebilir, ve/veya
sıcak hampetrol beslemeye, dikkatle bir alkali çözeltisi konulabilir. Eğer
yeterli yıkama suyu verilmezse amonyum klorür kalıntıları oluşur ve ciddi
korozyon sorunu ortaya çıkar. Hampetrol süspansiyon halinde önemli miktarda su
içerebilir ve operasyon sırasında süspansiyon bozularak su ayrılır ve buhar
pörcünden dolayı kulede kalan su ile kulenin dibine çöker ve kaynama noktasına
kadar ısındığında, yağ ile temas halinde olduğundan, ani bir buhar patlaması
yaratır.
Yangın Önleme ve Korunma: Bunlar kapalı prosesler
olmalarına karşın yine de atmosferik ve vakum distilasyon ünitelerindeki
ısıtıcılar ve ısı değiştiriciler, herhangi bir delik veya sızıntı olması
halinde yangın çıkmasına neden olabilecek potansiyel alevlenme kaynaklarıdır.
