Petrol rafinerileri çeşitli ünitelerden oluşan birer
komplekstir; rafinasyon, karmaşık bir hidrokarbonlar karışımından diğer bazı
karmaşık hidrokarbonlar karışımları elde etme işlemidir. Bu karmaşık yapı
hakkında bir fikir edinilebilmesi için Şekil-1’de hampetrolden başlayan ve
çeşitli ürünlerin elde edilmelerine kadar giden rafinasyon zinciri şematik
olarak gösterilmiştir. Proseslerde alevlenebilen gazlar ve sıvı ürünler elde
edilirken yüksek sıcaklıklar ve yüksek basınçlar uygulanır; gerekli tüm
teçhizatın sıcaklığa, basınca, korozyona, gerilime dayanıklılıkları uzmanların
denetiminde kontrol altında tutulur.
Rafineri ürünleri çeşitlidir ve değişik şekillerde
gururlandırılabilir; örneğin, aşağıdaki gibi bir guruplama yapılabilir.
·
Yakıtlar
·
Yakıt olmayan ürünler
·
Petrokimyasal Hammaddeler
Şekil-1: Hampetrolden başlayan rafinasyon ve
elde edilen ürünlerin akım şeması
1. YAKITLAR
LPG, benzin, jet yakıtları, gazyağı, dizel yakıtları, fuel
oiller ve rafineri gazları olarak sınıflandırılabilir.
1. Sıvılaştırılmış Petrol
Gazları (LPG)
LPG, doğal gaz proseslerinden ve petrol rafinerilerinden
çıkan bir yan üründür; genellikle %90 propan, %2.5 bütan ve daha ağır
hidrokarbonlar ile az miktarlarda etan ve propilen içeren hidrokarbonlar
karışımıdır; ancak propan ve bütan oranları kullanım alanlarına ve bölgelere
göre farklı olabilir. LPG kolay depolanır ve kolay taşınır, normal basınç ve
sıcaklıkta gaz, orta derecelerdeki basınçlar altında sıvı haldedir.
LPG kolay alevlenebilir renksiz ve kokusuzdur; ancak
herhangi bir sızıntı olması halinde tanınması için satışa sunulmadan önce
rahatsız edici bir koku maddesi (merkaptanlar) ilave edilir. Havadan daha
ağırdır, suyla kıyaslandığında ağırlığı suyun yarısı kadardır. Zehirli
değildir, fakat teneffüs edildiğinde oksijen yokluğu nedeniyle boğulmaya sebep
olur. Basınç kaldırıldığında gaz haline geçer; 1 litre sıvı LPG genleştiğinde
yaklaşık olarak 250 litre gaza dönüşür.
Propan ve bütan petrol ve gaz endüstrisinde üretilen
hidrokarbonlardır. Ticari propan hemen hemen tamamen propandan (C3H8)
ibarettir. Ticari bütan C4H10 kapalı formülüyle
gösterilen normal ve izobütan karışımıdır.
Bütan –2 0C, propan –45 0C dolayında
kaynar. LP gazın enerji değeri 49.8 MJ/kg, alevi 2000 0C
dolayındadır. İçerdiği hidrokarbonların (propan ve bütan) oktan sayıları
yüksektir (propanın research oktan sayısı ~100). LP gaz, sülfür, vanadyum ve
sodyum gibi metallerle diğer sıvı yakıtlarda bulunan bazı kirlilikleri
içermediğinden temiz bir yakıttır. Tablo-1’de propan, bütan ve bu iki gazın
%50 oranlarındaki karışımının tipik bazı özellikleri verilmiştir.
Tablo-1: Ticari LP
Gazın Tipik Özellikleri
Özellikler |
Ticari Propan
|
Ticari Bütan
|
50/50 Propan +bütan
|
Relatif yoğunluk (sıvı), 15 0C
|
0.50-0.51
|
0.57-0.58
|
0.508- 0.573
|
Relatif yoğunluk (gaz), 15 0C,
1.atm.
|
1.40-1.55
|
1.90-2.10
|
1.73
|
Gaz hacmi (1 kg), 15 0C, 1
atm., L
|
537-543
|
406-431
|
|
Kaynama noktası, 1 atm, ~ 0C.
|
-45
|
-2
|
|
Buhar basıncı, kPa (g), 20 0C
|
757
|
172
|
593
|
Sülfür, % ağ.
|
eser-0.02
|
eser-0.02
|
eser-0.02
|
Kalori değerleri, brüt, MJ/kg
|
50,0
|
49,3
|
49.95
|
1 m3 gaz için gerekli hava, m3
|
24
|
30
|
Tablo-2: Motor
Benzini ve Uçak Benzininin Özellikleri
Motor Benzini
|
Uçak Benzini
Dereceler |
Test
|
|||
Özellik
|
80
|
100
|
100LL
|
ASTM
|
|
Görünüş
|
-
|
kırmızı
|
yeşil
|
mavi
|
D 2392
|
Spesifik gravite, 15/15 0C
|
0.735
|
kayıt
|
D 1298
|
||
Buhar basıncı, 38ºC, psi, maks.
|
9.0
|
7.2
|
D 323
|
||
Distilasyon, % hac., 0C
|
D 86
|
||||
50 toplanan,
maks.
|
121
|
105
|
|||
90 toplanan,
maks
|
190
|
190
|
|||
SKN, 0C, maks.
|
221
|
270
|
|||
Oktan sayısı (MON), min.
|
82
|
80.0
|
99.5
|
99.5
|
D 2699
|
Pb/L, maks.
|
yok
|
0.14
|
1.12
|
0.56
|
D 3341
|
Gum miktarı, mg/100 mL, maks.
|
5
|
D 381
|
|||
Korozyon, 3 sa., 122 0F, maks.
|
1
|
1
|
D 130
|
||
2. Benzin
Benzin, yüzlerce hidrokarbonun kompleks bir karışımıdır;
hidrokarbonlar parafinik, olefinik, aromatik yapıda ve farklı
miktarlardadırlar.. Bir benzinin özelliklerini ve performansını
bileşiminde bulunan hidrokarbonlar (ve oksijenatlar) belirler.
Motor Benzini: En önemli rafineri ürünü olan motor
benzini iç yanmalı motorlarda (uçak motorları dışında) kullanılan ve kaynama
aralığı 35–215 0C dolayında olan bir hidrokarbonlar karışımıdır;
Benzinin önemli kalite özellikleri oktan sayısı (vuruntu önleme), uçuculuk
(motorun çalışması ve buhar sıkışması) ve buhar basıncıdır (çevre kontrolü). Bu
performansın karşılanması için ve ayrıca oksidasyon ve pasa karşı da koruma
amacıyla benzine gerekli katkı maddeleri ilave
edilir.
Uçak Benzini: Pistonlu uçak motorların
geliştirilmesiyle 1940’lı yıllarda kurşun bileşikli katkı maddeleriyle
harmanlanan değişik oktan sayılı uçak benzinleri (87, 100/130 ve 115/145 oktanlı) üretildi. Günümüzdeki uçak
benzinleri oktan sayısı yükseltici kurşun bileşikleri içeren 80, 100, 100 LL
ile kurşunsuz 82 oktanlı uçak benzinleridir
(Tablo-2).
Parafinik hidrokarbonlar benzinlerin ana bileşenleridir;
kararlıdırlar, havada temiz bir alevle yanarlar, oktan sayıları içerdikleri
moleküllerin dallanma derecesine ve karbon atomlarının konumlarına göre
değişir.
Aromatik hidrokarbonlar önceleri %40 oranında kullanıldı,
daha sonra %20’nin altına kadar düşürüldü, çok toksiktir, fakat oktan sayıları
oldukça yüksektir. Benzinde alkil kurşun bileşiklerinin azaltılmasıyla
kaybedilen oktan sayısı bu tür hidrokarbonların oranını yükselterek karşılanır.
Polinükleer aromatik bileşikler benzinde eser miktarlarda bulunur, kaynama
noktaları yüksektir.
Olefinik hidrokarbonlar benzinin doymuş hidrokarbonlardan
kalan kısmını oluştururlar, kararsızdırlar, havada isli bir alevle yanarlar.
Alkenler, çift bağlı C-C atomları vardır, çok az miktarlarda (% birkaç)
kullanılır, reaktiftirler, toksiktirler, fakat oktan sayıları yüksektir.
Alkinler: C-C üçlü bağları vardır, iyi rafine edilmemiş benzinde eser miktarlarda
bulunur. Benzindeki olefinlerin artması
eksoz VOC (Uçucu Organik Maddeler) emisyonlarını azaltır, çünkü, olefinler
benzinin bileşimindeki diğer tüm hidrokarbonlardan daha kolay ve daha tam
yanar. Olefinlerin bu olumlu özelliğinin yanında eksoz gazlarında NOx leri
artırma ve buharlaşma emisyonlarında ozon oluşumuna yolaçan olefin emisyonuna
neden olma gibi bir
dezavantajı da vardır. Benzin formülasyonlarında olefinlerin düşük olması
hedeflenir.
Benzinde bulunan bazı hidrokarbonlar, aşağıda formülleri
verilen bileşiklerdir:
Bir molekülün büyüklüğünü karakterize eden en belirli
özellik “molekül ağırlığı”dır; bir hidrokarbon için, alternatif bir yöntem
moleküler yapısındaki karbon sayısıdır. Örneğin, bütanın molekül ağırlığı 58
g/g-mol, karbon sayısı 4, benzenin molekül ağırlığı 78 g/g-mol, karbon sayısı 6
dır.
Şekil-2’de iki farklı bileşimde (A ve B) kurşunsuz
benzinin C4 den C12 ye kadar C sayısı dağılımı
görülmektedir; A’da C5, B’de C8 karbonlu bileşikler
ağırlıktadır. Ortalama karbon sayıları hesaplandığında A için C6.9,
B için C7.1 bulunur. Benzinin ortalama molekül ağırlığı 92-95
aralığındadır. Şekil-3’te görüldüğü gibi, toplam karbon dağılımı, distilasyon
profili ile paralellik içindedir.
Oktan sayısı da hidrokarbon yapısının etkili olduğu bir
özelliktir; aynı karbon sayılı, fakat farklı hidrokarbon sınıflarından olan
bileşiklerin oktan sayıları da farklıdır. Tablo-3’de 6 ve 8 karbonlu dörder
bileşiğin yapıları ve oktan sayıları (RON) verilmiştir. Aynı hidrokarbonun
farklı izomerlerinin oktan sayıları da farklıdır. İzooktanın
(2,2,4-trimetilpentan) RON değeri 100 kabul edildiğinde n-oktanın sıfırdan daha
düşüktür.
Şekil-3:
Kurşunsuz benzin A ve B ’nin distilasyon profili ve
karbon sayısı dağılımı eğrileri
karbon sayısı dağılımı eğrileri
Tablo-3: Bazı
Hidrokarbonlar, İzomerleri ve
RON Değerleri
RON Değerleri
Benzinde, hidrokarbonlardan başka, %0.1’den az sülfür,
nitrojen ve oksijenli bileşikler de vardır. Bu bileşikler karbon ve hidrojen
içermelerine karşın hidrokarbon değildirler; petrolün yapısından kaynaklandığı
gibi, rafinasyonla uzaklaştırılmalarına rağmen yine de proseslerde oluşabilen
bileşiklerdir.
3. Jet Yakıtları
Jet yakıtındaki hidrokarbonların hemen hepsi parafin, naften
veya aromatik yapıdadır. Aynı tipteki jet yakıtlarının değişik bazı
özellikleri, bu üç gruptaki hidrokarbonların farklı oranlarda bulunmasından
ileri gelir; bu farklılıklar yakıtın özelliklerini ve bir türbin motorundaki
performansını etkiler. Jet yakıtlarına bazı katkı maddeleri ilave edilir; metal deaktivatör,
buzlanma önleyici, yağlayıcı, biyosid, termal stabilizörler gibi.
Monosiklik ve disiklik aromatik bileşiklerin miktarı
distilasyon değerleriyle sınırlandırılmıştır. Jet A ve Jet A1’de toplam
aromatik bileşikler %25 (hacimce) ve toplam naftalinler %3.0 maksimum
değerleriyle sınırlandırılmıştır. Heteroatomlu bileşikler de, özellikle
sülfürlü bileşikler şartname değerleriyle kontrol altında tutulur, nitrojenli
bileşikler ise sadece eser miktarda bulunur.
Ticari Jet yakıtlarının çoğunun baz hidrokarbonlar bileşimi
gazyağıyla hemen hemen aynıdır; şartnamelerdeki en önemli farklılık sülfür ve
aromatik bileşiklerin gaz yağındakinden daha düşük olmasıdır. Diğer ticari ve
askeri jet yakıtları ‘wide –cut’ tip yakıtlardır; bunlar gazyağının daha düşük
kaynama aralıklı akımlarla (straight-run nafta gibi) karıştırılmasıyla üretilir
dolayısıyla uçuculukları daha yüksektir (Tablo-4).
Jet yakıtı karışımındaki maddelerin molekül ağırlıkları ve
karbon sayıları bazı özelliklerle sınırlandırılır; bunlar, distilasyon, donma
noktası, bazen naftalin ve islenme noktası değerleridir.
Tablo-4: Bazı Jet
Yakıtlarının Özellikleri ve
Bileşimleri
Bileşimleri
Özellik ve
Bileşim
|
Ticari Jet A (gazyağı)
|
Askeri Jet yakıtları
|
|
JP-4
(wide cut)
|
IP-5
(gazyağı)
|
||
Gravite, API
|
42.3
|
54.8
|
41.0
|
Kaynama aralığı, °C
|
170-300
|
48-270
|
150-290
|
Doymuş hidrokarbonlar, % hac.
|
80.7
|
88.4
|
81.1
|
Aromatikler, % hac.
|
15.8
|
10.8
|
16.5
|
Olefinler, % hac.
|
1.8
|
0.8
|
1.4
|
Sülfür, % hac.
|
0.035
|
0.018
|
0.020
|
Aşağıda jet Yakıtında bulunan bazı hidrokarbonlar verilmiştir.
Hidrokarbon Füze
Yakıtları
Hidrokarbon füze yakıtları JP-9 ve JP-10 uçaktan atılan
füzeler için özel olarak geliştirilmiş yakıtlardır, çok pahalıdır ve fiyatın
önemli olmadığı özel koşullar için gereken miktarlarda üretilir. JP-10
ekzo-tetrahidro-di-siklopentadien, JP-9 ise aşağıda formülleri ve adları
verileni üç bileşiğin karışımıdır.
İstenilen özellikler maksimum volumetrik enerji içeriği,
temiz yanma ve iyi düşük-sıcaklık performansıdır; bu gereksinimleri karşılamak
için yüksek yoğunluklu saf naften hidrokarbonlar veya bunların karışımları
kullanılır.
Jet Yakıtının
Kararsızlığı
Termal stabilite jet yakıtının önemli bir özelliğidir;
kararsız bir yakıtta peroksitler, hidroperoksitler, çözünür gum ve çözünmeyen
maddeler veya kritik malzemelerin üzerlerini kaplayan partiküller oluşur.
Jet yakıtının kararsızlığı ile ilgili kimyasal reaksiyonlar
fazla aydınlatılamamıştır. Kararsızlığa, yakıtta bulunan çok düşüş
konsantrasyonlardaki (ppm seviyelerinde) bazı nitrojen ve/veya sülfürlü
bileşikler, organik asitler ve reaktif olefinlerin neden olduğu ve
reaksiyonların çok-kademeli oksidasyon reaksiyonları olduğu düşünülmektedir.
Oksidasyon reaksiyonlarında ortamda bulunabilecek bazı çözünmüş metaller,
özellikle bakır katalizör etkisi gösterir.
4. Gazyağı
Gazyağının bileşiminde %70’den fazla dallanmış ve düz
zincirli parafinler ile naftenler bulunur; aromatik hidrokarbonlar, çoğunluğu
alkil benzenler ve alkil naftalinler olmak üzere %25’in altındadır. Olefinlerin
miktarı normal olarak %5’i geçmez.
Gazyağı hampetrolün atmosferik distilasyonunda elde edilen
ürünlerden C5-C25 karbon sayılı hidrokarbonlar içeren
‘Orta Distilatlar’ sınıfına girer; az farklılıklarla gazyağı, stoddart solvent,
bazı jet yakıtları, dizel yakıtı ve hafif fuel oilleri kapsar. Örneğin, dizel
yakıtı No.1 ve gazyağının özellikleri gazyağının kaynama aralığının daha geniş
olması dışında hemen hemen aynıdır, örneğin, jet yakıtlarından Jet A-1 %1 kadar
katkı maddeleri içeren gazyağıdır.
5. Dizel Yakıtları
Dizel yakıtı ham petrolden elde edilir. Tüm ham petroller
parafinik, naftenik ve aromatik hidrokarbonlardan oluşur. Her hidrokarbon
sınıfı kendi içinde geniş bir molekül ağırlığı dağılımı içerir.
Normal parafinlerin setan sayıları çok yüksektir, ancak
düşük-sıcaklıkta akışkanlık özellikleri iyi değildir ve volumetrik ısı
değerleri düşüktür. (Tablo-5)
Aromatik bileşikler düşük-sıcaklık özellikleri ve volumetrik
ısı değerleri çok iyidir, buna karşın setan sayıları çok düşüktür.
İzoparafinler ve naftenlerin bu özellikleri, normal parafinler ve aromatikler
arasındadır.
Dizel yakıtı No.1 (gazyağı) hampetrolün atmosferik
distilasyonundan çekilen orta fraksiyonun hafifleridir. Bu yakıt C9-C16
arasında karbon içeren hidrokarbonlar karışımıdır; kaynama aralığı 260-570 0F,
yoğunluğu 0.81 g/cm3 tür, buharlaştırıcı tip beklerde kullanılır
Dizel yakıtı No. 2, No.1’den biraz daha ağır bileşenler
içerir (C9-C24), kaynama aralığı 320-680 0F, yoğunluğu 0.82-0.86 g/cm3
tür. Straight run distilat ve katalitik olarak parçalanmış akımların
karışımıdır; bunlar, straight-run orta distilat, sülfürü giderilmiş orta
distilat, hafif katalitik ve termal proseslerle parçalanmış (krak) distilatlardır.
No.2 yakıtı genellikle atomize tip beklerde kullanılır.
Tablo-5: Dizel
Yakıtları No.1 ve No.2’nin
Özellikleri
Özellik
|
No.1
|
No.2
|
Test ASTM*
|
API gravite, maks.
|
43
|
39
|
D 287
|
Alevlenme noktası, 0C, min.
|
38
|
52
|
D 93
|
Distilasyon, % hac., 0C, maks.
|
D 86
|
||
90 toplanan
|
288
|
338
|
|
Viskozite, 40 0C
|
1.3-2.4
|
1.9-4.1
|
D 445
|
Setan sayısı, min.
|
40
|
40
|
D 613
|
Oksidasyon stabilitesi, mg/L, maks.
|
15
|
15
|
D 2274
|
Korozyon, Cu, 3sa. 50 0C, maks.
|
No. 3
|
No. 3
|
D 130
|
Su ve tortu, %hac. maks.
|
0.05
|
0.05
|
D 2709, 1796
|
Sülfür, % ağ. maks.
|
0.50
|
0.50
|
D 2622
|
Karbon kalıntısı, son %10’da, maks.
|
0.15
|
0.35
|
D 524
|
Kül, %ağ. maks.
|
0.01
|
0.01
|
D 482
|
Bir dizel yakıtı No. 1 ve No.2’nin bileşimi aşağıda
verilmiştir (% hacimce).
Hidrokarbon tipi
|
No.1
|
No. 2
|
Hidrokarbon tipi
|
No.1
|
No. 2
|
Parafinik
|
50.5
|
55
|
Olefinik
|
-
|
5
|
Naftenik
|
30.9
|
12
|
Kalıntı
|
-
|
4
|
Aromatik
|
18.6
|
24
|
Aşağıda, tipik bir dizel yakıtında bulunan hidrokarbon
tiplerinin kimyasal formülleri verilmiştir.
Şekil-4, No.2D dizel yakıtının karbon sayısı dağılımını
göstermektedir. Dizel yakıtı, çoğu 9-24 karbon içeren ve temel olarak
parafinik, naftenik ve aromatik yapılı binlerce bileşiğin karışımıdır. Bu üç
hidrokarbon grubu farklı fiziksel ve kimyasal özelliklerdedir ve her bir dizel
yakıtında değişik oranlarda bulunurlar; bu da bir dizel yakıtının diğerinden
farklı olmasına, dolayısıyla yakıtın özelliklerine ve motor performansına
yansır.
Şekil-4: Tipik karbon sayısı dağılımı (No.2
dizel yakıtı)
Dizel Yakıtının Kararsızlığı
Dizel yakıtı atmosferdeki oksijenle uzun süre temas
ettiğinde bir miktar vernik ve karbonlu kalıntılar oluşur; yani bazı gerekli
katkı maddeleri içermeyen dizel yakıtı kararsızdır.
Bir karışımın kararsızlığı, çoğunlukla bazı moleküllerin,
çözünürlüğü az olan veya çözünmeyen daha büyük molekül ağırlıklı maddelere
dönüşmesinden kaynaklanır; bunlar bazı nitrojenli ve/veya sülfürlü bileşikler,
organik asitler ve reaktif olefinlerdir. Dönüşüm prosesi bu tip maddelerin
oksitlenmesiyle olur. Yakıtın içerdiği bazı çözünmüş metaller, özellikle de
bakır, oksidasyon katalizörü işlevi yaparak reaksiyonları hızlandırır.
Çözünmeyen maddeler, asitle katalizlenmiş ortamda
fenalenonlar ve indollerin kompleks indolilfenalen tuzlarına dönüşmesiyle
oluşurlar.
Fenalenonler bazı reaktif olefinlerin oksidasyonuyla,
indoller, dizel yakıtında bulunan bazı komponentlerden doğal olarak meydana gelirler.
Organik asitler yakıtın içinde bulunabileceği gibi, merkaptanların sülfonik
asitlere oksidasyonuyla da oluşabilir. Bu mekanizma çeşitli şekillerde
engellenebilir; örneğin, yakıt harmanında asidik bileşikleri gidermek,
hidrotreating prosesiyle oksitlenmeye yatkın bileşikleri temizlemek, veya
yakıta antioksidan veya bazik stabilizör katkı maddeleri ilave etmek gibi.
Setan sayısı yükseltici 2-etilheksil nitrat (EHN) maddesi de
dizel yakıtının kararsızlığını artırır; Çünkü EHN maddesinin parçalanması,
yüksek molekül ağırlıklı bileşenlerin oluşmasını kolaylaştırır.
Setan Sayısı
Dizel yakıtının önemli özelliklerinden biri, yakıtın tam
yanmasını ve dolayısıyla motorun kolay çalışmasını tanımlayan “setan
sayısı”dır. Dizel motorunda, piston sıkıştırma basıncı, ortam sıcaklığı veya
soğutucu sıcaklığı gibi değişkenlerin düşük olması sonucu, sıkıştırma sıcaklığı
da azalacağından, motorun kolay çalışması ve yakıtın tam yanması için yüksek
setan sayısına gerek olur; tam yanma olmazsa eksozdan duman şeklinde yakıt
atılır. Modern dizel motorlarında bu değerin en az 40 olması istenir.
6. Fuel Oiller
a. Distilat Fuel
Oiller
Ağır gaz oil (distilat fuel oiller), endüstriyel yakıt
olarak ve bazı ürünlerin elde edilmesinde ham madde (başlangıç maddesi) olarak
kullanılır. Uzun zincirli (20-70 karbon atomlu) alkanlar, sikloalkanlar ve
aromatik hidrokarbonlar içerir, kaynama aralığı 380-540 0C.
b. Ağır Fuel Oil
(Kalıntılar)
Bu gruptaki ürünler distilasyon kalıntılarıdır; yoğunlukları
> 900 kg/l, alevlenme noktaları >50 0C ve 80 0C’deki
kinematik viskoziteleri 10 cSt’dan büyüktür.
Kalıntı yakıtların bileşimini tanımlamak zordur; çünkü,
işlenen hampetrolün menşeine ve petrol ürünlerinin üretim proseslerine
bağlıdır. Yine de proses dip ürünlerindeki temel bileşenlere göre kalıntı
yakıtların bileşimi ile ilgili yaklaşık bir bilgi edinilebilir.
Kalıntı bir yakıtın başlıca bileşeni asfaltenler, reçineler
ve sıvı hidrokarbonlardır. Asfaltenler yüksek molekül ağırlıklı ve
karbon/hidrojen oranı çok yüksek olan hidrokarbonlardır, karmaşık yapıları az
miktarlarda diğer elementleri de içerir, yakıtta miseller şeklinde bulunduğu
düşünülmektedir.
Reçineler düşük molekül ağırlıklı asfaltenler gibi
düşünülebilir; bunlar moleküler dispersiyonla gerçek çözeltiler oluşturmaya
yatkın bileşiklerdir. Sıvı hidrokarbon ortamındaki reçinelere “maltenler”
denir. Sıvı hidrokarbonların C/H oranı ve molekül
ağırlıkları reçinelerde daha düşüktür, dolayısıyla diğer bileşenler için
solvent görevi yapar.
Tablo-6: Fuel
OillerinÖzellikleri
Özellik
|
No. 1
|
No. 2
|
No. 4
|
No. 5 Hafif
|
No. 5 Ağır
|
No. 6
|
Spesifik gravite, 60/60°F
|
0.8499
|
0.8762
|
...
|
...
|
...
|
...
|
API gravite, maks.
|
35 min.
|
30 min.
|
...
|
...
|
...
|
...
|
Alev. noktası, 0C, min.
|
38
|
38
|
55
|
55
|
55
|
60
|
Akma noktası, ºC, maks.
|
-18
|
-6
|
-6
|
...
|
...
|
...
|
Distilasyon, % hac., 0C
|
||||||
90 toplanan, (maks.)
|
288
|
282-338
|
...
|
...
|
...
|
...
|
Viskozite, Kin. CSt, 38 0C
50
0C
|
1.4-2.2
...
|
2.0-3.6
...
|
5.8-26.6
...
|
>26.4-65
...
|
>65-194
42-81
|
-
>92-638
|
Korozyon, Cu, 50 0C, maks.
|
No. 3
|
No. 3
|
...
|
...
|
...
|
...
|
Su ve tortu, %hac. maks.
|
0.05
|
0.05
|
||||
Sülfür, % ağ. maks.
|
0.5
|
0.5
|
...
|
...
|
...
|
...
|
Karbon kalıntısı, son %10’da, maks.
|
0.15
|
0.35
|
...
|
...
|
...
|
...
|
Kül, %ağ. maks.
|
...
|
...
|
0.10
|
0.10
|
0.10
|
kayıt
|
Bu varsayımlardan hareketle kalıntı bir yakıtın bileşiminin
aşağıda belirtilen üç elemandan meydana
geldiği söylenebilir:
·
Dispers faz; asfaltenler ve yüksek molekül
ağılıklı reçinelerle oluşan karmaşık yapılı kompleksler
·
Miseller,
sıvı hidrokarbonlar,
·
Sürekli
faz veya miseller arası faz; düşük molekül ağırlıklı maltenler (reçineler),
olarak
Bu durumda miselin
merkezinden sürekli faza doğru gidildiğinde, Şekil-5‘deki şemada gösterildiği
gibi, genel bir karbon/hidrojen oranı ve molekül ağırlığı azalması vardır.
Hipotetik (nazari) bölgeler ayrı ayrı belirtilmiş olmasına rağmen gerçekte
bunlar birbiri içine girmiştir, dolayısıyla misel ve misel-arası fazla arasında
boşluk yoktur. Şekil-5‘deki koşullarda sistem denge halindedir ve
miseller sistem içinde kolloidal olarak dağılmışlardır. Yakıta parafinik bir
seyreltici ilave edildiğinde maltenin C/H oranı ve asfalten üzerinde tutulmuş
olan reçine moleküllerinden bir kısmı sürekli faza geçer; dolayısıyla
asfaltenlerin reçinelerle sarılmış halde izolasyonu bozulur ve çamurumsu ayrılma ve çökelme olur.
Distilat yakıtlar kendilerine özgü standart bir kodlama
(veya numaralandırma) sistemiyle adlandırılır; ancak, özellikle ara yakıtlar
(AY veya IF) ile kalıntı yakıtlar bazı standartlarda ve ekipman üretici
firmalarca viskoziteleri belirtilerek tanımlanır.
Şekil-5:
Kalıntı yakıtın yapısı
7. Rafineri Gazları
Hampetrolün distilasyonu veya rafineri ünitelerindeki
işlemler sırasında çıkan ve yoğunlaşmayan gazlardır; çoğunlukla hidrojen,
metan, etan ve olefinler içerir.
2. YAKIT OLMAYAN
ÜRÜNLER
1. Yağlama Yağları
2. Petrol Koku
3. Bitüm (Asfalt, Yol Yağı)
4. Parafin Vakslar
5. Solventler
1. Yağlama Yağları
Baz yağlar distilat veya kalıntıdan üretilen hidrokarbonlar
karışımıdır; en ince (viskozitesi en düşük) spindle oilden başlayarak en kalın
baz olan silindir stoklara kadar değişik viskozite aralıklarında üretilir.
Yapısal olarak uzun zincirli (20-50
karbon atomlu) alkanlar, sikloalkanlar ve aromatik hidrokarbonlar içerir,
kaynama aralığı 300 0C’den başlayarak artar. Baz yağlar motor
yağları, gresler ve diğer yağlama yağlarının elde edilmesinde kullanılır, Yağlama
yağları baz stokları, özel proseslerle elde edilir. Baz stoklara, üretilecek
yağın özelliklerine göre, (motor yağları, endüstriyel gresler, yağlayıcılar ve
kesme yağları gibi) emülsiyon önleyici, antioksidanlar ve viskozite
düzenleyiciler gibi katkı maddeleri ilave edilir. Yağlama yağları baz stokları
için en kritik kalite özelliği yüksek viskozite indeksidir; bu özellik değişen
sıcaklık koşullarında en iyi değişmez akışkanlılığı sağlar.
Petrol esaslı baz yağlar 14 - 40+ karbon sayılı çeşitli
hidrokarbon tipleri içerirler; bunlar,
·
Parafinik bileşikler; normal (düz zincirli) ve
izo (dallanmış ) parafinler
·
Naftenik bileşikler; parafinik yan zincirli bir
veya daha fazla doymuş halkalı yapılar
·
Aromatik bileşikler; parafinik yan zincirleri
olan doymamış karbon halkalı bileşiklerdir
Baz stok üretim teknolojileri son yıllarda pek çok
nedenlerle değişmiştir. Baz stokların bileşimleri, fiziksel ve kimyasal
özellikleri, işlenen hampetrolün kaynağına ve üretimlerinde uygulanan
proseslere göre değişir. Bileşimdeki değişiklikler çok az seviyelerde olsa bile
üretilen yağlama yağının performansında etkili olur. En çok tercih edilen ham
petrol türü, fazla miktarlarda vaks
molekülleri içermesine karşın, yüksek viskozite indeksine sahip olan parafinik
ham petrollerdir. Petrol bazlı yağlama yağı stokları, parafinik ve naftenik olmak üzere
ikiye ayrılır.
Parafinik bazlar iki türdür; ince, yani düşük kaynama
noktalı fraksiyonlar içeren dolayısıyla viskoziteleri düşük olan nötral stoklar
ve yüksek viskoziteli bright stoklar. Parafinik yağların viskoziteleri,
genellikle sıcaklık değişimlerine karşı daha kararlıdır, yani bunlar yüksek
viskozite indeksli (VI>95) yağlardır, oksidasyon stabiliteleri çok iyidir ve
reaktif değildirler, fakat ısı altında vernikleşir ve sert kalıntılar
oluştururlar.
Naftenik baz yağ stokları da viskozitelerine göre nötral ve
bright stoklar olarak ayrılır. Bunların viskozite indeksleri düşüktür (VI =:
40-80), fakat düşük sıcaklıklarda çalışma performansı daha yüksek, vaks miktarı az (akma noktaları düşüktür)
ve daha iyi çözücülük özelliğine (düşük anilin noktası) sahiptir. Naftenik yağların
akma noktaları ve çözücü özellikleri parafinik yağlara göre daha üstündür; düşük
sıcaklık uygulamalarında, hidrolik, refrijenerasyon, kauçuk işleme, metal
işleme ve silinidir yağları ile gres üretimlerinde uygundur.
Endüstride kullanılan yağların çoğu parafinik yapılı baz
stoklardan üretilir. Orta ve düşük viskozite indeksinin önemli olmadığı
hallerde naftenik baz yağlar tercih edilir. Ayrıca, bazı yağlama yağları
istenilen özelliklere göre parafinik ve naftenik stokların belirlenmiş
harmanlanmasıyla hazırlanır.
Bazı parafinik hidrokarbonlar:
Bazı naftenik hidrokarbonlar:
Bazı aromatik hidrokarbonlar:
Tablo-7: Solvent
Nötral 90, 150, 350, 500 Baz
Yağlarının Özellikleri
Yağlarının Özellikleri
Baz Yağlar
|
Metot
|
||||
Özellik
|
SN 90
|
SN 150
|
SN 350
|
SN 500
|
ASTM
|
Yoğunluk, 15ºC, kg/m3
|
0.865*
|
0.875*
|
0.880*
|
0.885*
|
D 1298
|
Renk, maks.
|
1
|
1
|
2
|
2. 5
|
D 1500
|
Alevlenme noktası, 0C,
min.
|
177
|
190
|
220
|
230
|
D 92
|
Akma noktası, 0C,
maks.
|
-9
|
-6
|
-6
|
-6
|
D 97
|
Viskozite, cSt., 40 0C
|
20*
|
38*
|
75*
|
96*
|
D 445
|
100 0C
|
3.5-4.5
|
4.6-5.6
|
8.3-9.3
|
10.2-11.5
|
|
Viskozite indeks, min.
|
100
|
100
|
95
|
95
|
D 2270
|
Karbon kalıntı, %ağ., maks.
|
0.05*
|
0.06*
|
0.06*
|
0.06*
|
D 189
|
Korozyon, 100ºC, maks.
|
1A
|
1A
|
1A
|
yok*
|
D 130
|
Asitlik, mg KOH/g, maks.
|
0.05
|
0.05
|
0.05
|
0.05
|
D 664
|
Demülsibilite
|
geçer*
|
geçer*
|
geçer*
|
geçer*
|
D 1401
|
Sülfür, % ağ., maks.
|
0.15-0.6
|
0.15-0.6
|
0.15-0.6
|
0.7*
|
D 1552
|
Köpük, ml
|
yok*
|
yok
|
yok*
|
yok*
|
D- 892
|
2. Petrol Koku
Petrol koku siyah ve katı kalıntıdır, koklaştırma gibi
ünitelerde kalıtı akımlar, katran ve ziftin krakingi ve karbonlaştırılmasıyla
elde edilir; %90-95 karbondur ve kül miktarı çok düşüktür. Petrol koku çelik
endüstrisinde kok fırınları hammaddesi olarak kullanılır, ayrıca ısıtmada,
elektrot üretiminde ve kimyasal madde üretiminde kullanılır. Petrol kokunun iki
önemli türü ‘green’ kok ve ‘kalsine’ koktur; ayrıca bazı proseslerde katalizör
üzerinde biriken ve genellikle rafineride yakıt olarak
yakılan ‘katalist’ koku da vardır.
3. Bitüm (Asfalt, Yol
Yağı)
Bitüm hampetrolün rafinasyonunda vakum distilasyon kalıntısı
olarak elde edilir; katı, yarı-katı veya kolloidal yapılı viskoz
hidrokarbonlardır, rengi kahverenginden siyaha kadar değişir.
4. Parafin Vakslar
Genel formülleri CnH2n+2 olan yüksek
molekül ağırlıklı doymuş alifatik hidrokarbonlar grubu parafin vakslar olarak
tanımlanır. Bu ürünler yağlama yağları baz stokları devaksing prosesi sırasında
çıkar; karbon sayıları 12’den daha büyüktür ve kristalin yapıdadırlar. Parafin
vakslar renksiz ve kokusuzdur, erime noktaları 45 0C’nin üstündedir.
5. Solventler (Whıte
Spırıt)
Kaynama aralığı
genellikle135-200 0C olan rafine distilat ara ürünlerdir; ancak
endüstriyel amaçlı üretimlerde genellikle 30-200 0C arasındaki
fraksiyonlar tercih edilir.
3. PETROKİMYASAL
HAMMADDELER
Hampetrolden elde edilen ve petrokimya sanayiinde hammadde
olarak kullanılan temel ürünler arasında, etan, propan, bütan, doğal benzin,
kondensat, gaz oil ve nafta sayılabilir.
Hampetrol ve doğal gazın kuyulardan çıkarılmasıyla başlayan
ve petrokimyasal proseslerle binlerce ürün olarak topluma ulaşan serüvenin
doğal gaz, rafineri, petrokimya entegrasyonu Şekil-6’daki gibi bir diyagramla
tanımlanabilir. Bu ürünlerin kimyasal yapıları ve özellikleri konularına daha
önceki kısımlarda değinilmiştir.
Şekil-6: Doğal gaz fabrikası, rafineri ve
petrokimya kompleksinin basit bir entegrasyon şeması
Her kuyunun çalıştırılma masrafları hemen hemen sabit
olduğundan bu gibi durumlarda üretilen her varil için harcanan para artar ve bu
değer Pazar fiyatına eşit olduğunda ‘ekonomik sınır’a erişilmiştir olacağından
üretim durdurulur.
Konvensiyonal petrol rezervlerinden çıkarılan ürün doğal
halde akışkandır, seyreltilmeden pompalanabilir ve standart üretim teknikleri
dışında yöntemlere gerek olmaz; dolayısıyla ekonomik yönden olumlu
rezervlerdir.
Konvensiyonal olmayan petrol rezervleri ise türüne göre
değişen oranlarda daha fazla üretim harcaması gerektirir; bu rezervler üç genel
grupta toplanabilir.
1. Ağır Yağlar: Bu tür kaynaklar, konvensiyonal
rezervlerden alınan hampetrole benzerler, farkı daha kalın olmaları, daha fazla
sülfür ve ağır metal kirlilikleri içermeleridir. İstenmeyen bu özellikler
nedeniyle rafinasyon kademeleri daha fazladır ve dolayısıyla pahalıdır. Örneğin
1.2 trilyon varil dolayındaki Venezüella Orinoco rezervleri bu tür
rezervlerdir.
2. Katran Kumları: Bu tür rezervlerden petrolün elde
edilmesi yüzey kazısı, mayınlama veya uygun bir toplama yöntemiyle yapılır.
Üretim giderleri çok fazla olan bu tür yataklara en iyi bilinen örnek
Kanada’daki Athabasca katran kumlarıdır; tahmin edilen rezervler 1.8 trilyon
varil dolayındadır.
3. Yağ Şeyller: Bu tür yataklardan alınan kaynaklarda
da konvensiyonal petrol yataklarından çıkarılan hampetrole kıyasla çok daha
fazla rafinasyona ve suya gerek vardır.
Her devlet topraklarındaki ‘toplam petrol kaynaklarını
bilmek ister; bunlar, mevcut rezervler, diğer keşfedilmiş kaynaklar ve gelecekte
keşfedilebilecek potansiyel rezervlerdir .Bu nedenle tüm kaynak miktarlarını
kapsayan bir sınıflandırma sistemine gereksinim vardır. Böyle bir sistem milli
kaynakların saptanmasında hayati bir öneme sahiptir ve zaman içinde periyodik
olarak güncelleştirilmelidir. gerekir.
Sistem her devletin veya bölgenin özelliklerine göre
tanımlanmalı, aynı zamanda da Uluslar arası Organizasyonlarca
değerlendirilebilecek temelde hazırlanmalıdır.
Bu tip bir sınıflandırma sisteminde önemli kriterler
aşağıdaki verilerde oluşabilir.
·
Petrol kaynağı alanının bir bütün olarak
değerlendirilmesi,
·
Kaynaklar ve hidrokarbon birikimlerinin
tanımlanmış şartnamelere uygun olarak sıralanması,
·
Keşif, geliştirme ve üretim aşamalarını kapsayan
çalışmaların her aşamasında alınan önerilen işler ve alınan kararlar,
·
Uzun vadeli bir petrol çalışma programı
hazırlanması,
·
Petrol çalışma programının diğer endüstri
kollarına etkisinin değerlendirilmesi.
İyi hazırlanmış bir petrol kaynakları sınıflandırma sistemi
sadece konuyla ilişkili teknik elemanlarca değil, finans kuruluşları,
analistler ve politikacılarca da anlaşılır olmalıdır. Petrol kaynakları ve
rezervlerin nasıl sınıflandırılması gerektiği, jeofizikçiler, petrol
mühendisleri ve kaynak ekonomistleri arasında son 30-40 yıldır kapsamlı bir
şekilde tartışılmaktadır. Bu gibi sınıflandırmalarda değişkenlerin fazlalığı
tüm kuruluşların (devlet kuruluşları, uluslar arası organizasyonlar, petrol
şirketleri gibi) tek bir sistemde uzlaşmalarını zorlaştırdığından çeşitli
sınıflandırmalar yapılmıştır.
