Petrol, yüzyıllar boyunca olduğu gibi, yer yüzüne geldiği haliyle kullanılabilir. Oysa modern rafinasyon metotlarıyla doğal yapısı geliştirilen petrolden çeşitli yakıtlarla aspirinden fermuara kadar çok çeşitli ürün elde edilebilmektedir.
Doğal gaza uygulanan prosesler oldukça basittir. Bir “stripping” ünitesi doğal gazdaki metan ve suyu, hidrokarbonları ve mineralleri ayırır. Çıkan yan ürünler çeşitli proseslerden geçirilerek değişik endüstrilerde kullanılırlar. Saflaştırılan gaz sıkıştırılarak doğrudan pazara verilir.
Hampetrolün işlendiği rafineriler daha büyük ve komplekstir, dönümlerce toprak üzerine kurulur ve binlerce personel çalışır; görünüşü, baca-gibi kolon dizileri, silindirik kule yapılar, borular ve tüplerin bağlandığı tuğla yapıların bulunduğu bir labirente benzer. Rafineriler otomatize edilmişlerdir, zehirli kimyasal maddeleri ve tehlikeli atık maddeleri kontrol eden ve atık suyu temizleyerek çevre kirlenmesini önleyen sofistike cihazlarla donatılmışlardır.
Rafineri prosesi hampetrolü hidrokarbon bileşenlerine ayırır ve sülfür, nitrojen ve ağır metaller gibi safsızlıkları uzaklaştırır. İlk işlem fraksiyonlu distilasyondur; değişik hidrokarbonların farklı sıcaklıklarda kaynaması temeline dayanır. Genellikle, hidrokarbon molekülü ne kadar çok sayıda karbon atomu içerirse kaynaması ve buharlaşması o kadar yüksek sıcaklıklarda olur. Bir molekül Metanda 1, benzinde 4-12 ve yağlama yağında 20-40 karbon atomu vardır.
Fraksiyon kolonu denilen uzun bir kulede hampetrol kaynayıncaya kadar ısıtılır. Kule içinde aralıklarla yerleştirilmiş yatay tepsiler bulunur. Kaynayan petrol buharlaşır ve her bir hidrokarbon kendi kaynama noktasının tam altındaki bir tepsiye kadar yükselir; burada soğur ve tekrar sıvı hale geçer.
En hafif fraksiyonlar sıvılaştırılmış petrol gazları (propan ve bütan) ve pertrokimyasallardır. Bundan sonra benzin, gazyağı ve dizel oil gelir. Daha ağır fraksiyonlar evlerde, fabrikalarda ve gemilerde yakıt olarak kullanılan yağlardır. Kalanlar, asfaltik maddeler de içeren “residu (kalıntı)”dır.
Bu proses bu noktada tamamlanmıştır, fakat daha fazla değerli ürün elde etmek için başka proseslerle rafinasyon işlemlerine devam edilir. Ağır fraksiyonlar, daha hafif fraksiyonlara dönüştürülerek pertrokimyasal maddeler üretiminde ve petrol endüstrisinin en popüler yakıtı olan benzin elde etmede kullanılır. Bazı rafineriler her bir varil (42 galon) hampetrolün yarısından fazlasını benzine dönüştürür; bu miktar, geçmişte 1 varilden üretilebile 11 galon benzinle kıyaslandığında, teknolojilerdeki gelişmenin önemi açıkça görülür. Kraking prosesinde, büyük hidrokarbon moleküllerini, benzin ve jet yakıtı özelliğindeki daha küçük ve hafif moleküllere parçalamak için ısı ve basınç uygulandığından proses çoğunlukla, transformasyonla (değişim) tamamlanır.
Fluid katalitik krakingde yüksek ısı ve basınç ile kimyasal reaksiyon yaratacak bir katalizör kullanılır;hidrokrakingde, hidrojen kullanılır.
Hidrokarbon moleküllerinin yeniden-düzenlenmesi (rearragement) için uygulanan çeşitli rafineri prosesleri vardır; bunlardan alkilasyon ve polimerizasyon proseslerinde hidrokarbon molekülleri parçalanmak yerine birleştirilirler. Reformerler ve izomerizasyon üniteleri molekülleri, kimyasal yapılarını ve büyüklüklerini değiştirmeden yeniden düzenler. Koklaştırma prosesiyle kalıntılardan basınç altında sert, kömüre-benzer bir madde elde edilir.
Rafineri proseslerinin son aşaması, güncel performans ve çevre standartlarına uygun yakıtlar elde etmek için yapılan saflaştırma ve katkı maddeleri ilavesi işlemleridir. Motorları temizleyici katkı maddeleri ile oksijen içeriği yüksek alkoller (etanoller) ve eterler (metil tersiyer bütil eter-MTBE- gibi) ile geliştirilen benzin daha temiz yanar ve atmosfere daha az karbonlu bileşikler verir. Bu işlemler, otomobil dizaynında yapılan katalitik konverterler ve diğer değişikliklerle desteklenerek petrol bazlı yakıtların çevreye olan zararları çok azaltılmıştır; 1960’larda üretilen bir araba, bu günün arabasından 20 kat daha fazla zararlı atık çıkarmaktaydı.
Rafineriden Bize
Petrol ürünlerinin taşınmasında kullanılan en yaygın sistem boru hatlarıdır 1800’lü yılların başlarında doğal gaz, kuyulardan sokak lambaları ve yakınlarındaki yerleşim yerlerine, içleri oyulmuş kütüklerle taşınırdı. Amerika’da İlk boru hattı 1885’te yapıldı, 1879’da 110 mile ulaştı, bugün ise 1 milyon milden daha fazla uzunluktadır. Borular, (yer altına gömülür), hampetrol ve doğal gazı üretim alanından çapları 2 inc-4 feet arasındaki rafinerilere ve diğer kullanım alanlarına taşır.
Doğal gaz hacminin küçülmesi için basınçlandırılarak taşınır. Boru hattı boyunca sürtünme nedeniyle oluşan basınç kaybı, kurulmuş olan ara istasyonlarda kompresörlerle takviye edilir. Yerleşim mahalleri yakınına gelen boru hatlarının bazıları “giriş kapısı” denilen alana alınarak daha küçük borularla evler, okullar, kiliseler ve iş yerlerine “servise” verilir.
Benzin ve diğer sıvı yakıtlar (ev ısıtma yakıtı ve dizel yakıtı gibi) kendi boru hatlarından akarlar; saatte 3-6 mil sıvı akışı sağlayacak düzenli aralıklarla kurulmuş olan pompa istasyonları bulunur. Boru hatları, aynı anda, birbirini takip eden çok farklı yükler taşır. Yük veya “yığın (batch) gerekli hallerde küre tanklara yönlendirilerek boru hattından alınır. Hatlar, domuz (pig) denilen ve bir önceki yükten artakalan kirlilikler, tortular veya mumsu maddeleri sıyırıp alan mekanik bir malzemeyle temizlenir.
Son 25 yılda çevre bilincinin artmasıyla hidrokarbon sızıntıları ve kaçaklarını önlemeye yardımcı olacak dizaynlar ve operasyon değişiklikleri üzerinde yoğun çalışmalar yapıldı.Delik ve sızıntıların saptanmasında, önceleri, devriye gözlemleri, daha sonra hava basıncı testleri kullanıldı. Bugün, temizleme malzemesi olarak bilgisayarlı sensörler (pig, küçük domuzlar) kullanılmaktadır; borulardaki korozyon ve diğer arızalar kolayca saptanmakta ve borular, delinme aşamasına gelmeden tamir edilebilmektedir.
Rafineriler ve proses üniteleri yakıtı, güç üniteleri, kimya fabrikaları ve hava meydanları gibi büyük tüketicilere doğrudan verirler. Benzin, ev ısıtma yakıtı ve dizel yakıtı ise boru hatları, gemi tankerleri veya mavnalarla dağıtım terminallerine veya fabrikalara verilerek oralarda geçici olarak büyük tanklarda depolanır. Dağıtımın son aşamasında ürünler demir yolları ve tankerlerle dağıtım şirketlerine, satıcılara ve servis istasyonlarına gönderilir.
Petrol endüstrisinin diğer bir bölümü olan servis istasyonları da çevre korumaya özen göstermelidir. Toprak ve atık suyun kirlenmemesi önlenmeli, yer altı depo tankları ve bağlantı boruları korozyona dayanıklı malzemelerden yapılmalı, delinmeler, yakıt sızıntıları ve yakıt taşması gibi durumlar izlenmeli ve gerekli durumlarda güvenlik önlemleri ve ekipman hazır bulunmalıdır. Servis istasyonları hava kirliliğine de dikkat etmelidir; benzin terminallerden tankerlere, tankerlerden yer altı depo tanklarına ve buradan pompalarla araçlara verilir.
Petrolün taşınması
Sağlık ve Güvenlik
Petrol ve doğal gaz endüstrisinde çalışan binlerce insan operasyonların her kademesinde benzer ve/veya farklı tehlikelerle karşı karşıyadırlar; dolayısıyla sağlık ve güvenlik önlemleri bu endüstrinin en önemli kriterleridir.
Petrol endüstrisinde karşılaşılabilecek potansiyel tehlikelerle ilgili olarak her şirket kendi güvenlik programını hazırlamakla yükümlüdür. Genel bir program aşağıdaki konuları içerir:
· Genel güvenlik ve sağlık önlemleri
· Sıcak çalışma işleri; kaynak, kesme, delme, öğütme, alevlenebilir noktalar ve depolama sırasında alınacak önlemler ve dikkat edilecek hususlar
· Hidrojen sülfür gazı ile ilgili bilgilendirme, temas halinde uygulanması gereken önlemler
· Sitenin hazırlanması sırasında alınacak önlemler ve dikkat edilecek hususlar; gömülü boru hatlarının ve kabloların tahrip olmaması, toksik bitkiler, polenler ve diğer maddelere karşı eğitim
· Sondaj işlemleri sırasında sondaj donanımını hazırlanması, yerleştirilmesi ve uzaklaştırılması aşamalarında (donanım üzerindeki herbir ünite, araç, gereç de dahil olmak üzere), kasalama, kuyu kontrol, tamamlama, üretim kasasının yerleştirilmesi, kuyunun işlevsel hale getirilmesi aşamalarında eğitim
· Her tür servis operasyonları, genel ve kısmi bakım sırasında yapılacak işler, alınması gereken önlemler konularında kapsamlı teorik ve uygulamalı eğitim
GERİ (hampetrolden petrokimyasallara)
