Baz yağ üretim fabrikalarında kullanılan hammadde çoğunlukla
petrol rafinerileri atmosferik distilasyon kalıntısıdır. Üretilmek istenen baz
yağ stokuna göre hampetrolün yapısı, yani çıkarıldığı bölge önemlidir; tercih
edilen hampetrol türleri, yüksek vaks içerikli parafinik hampetroller (W.
Texas, Arab Light gibi) ve düşük vaks içerikli naftenik hampetrollerdir (S.
Louisiana hampetrolü gibi). Atmosferik distilasyon kalıntısı dışındaki
hammaddeler arasında sentetikler (PAO, polieterler, esterler) ve doğal gazdan
elde edilen vakslar (GTL vaksları) sayılabilir.
Proses Rotaları
Baz yağların üretim rotaları API baz yağ sınıflama sistemi
ve bu sistemin gerektirdiği üretim metotlarına göre incelenebilir. Önceki
kısımlarda da görüldüğü gibi API sistemi baz yağları beş grup altında toplar;
bu grupların üretim metotları genel olarak aşağıdaki verildiği gibidir.
API Grup
|
Sülfür,
%ağ.
|
Doymuşlar,
%ağ.
|
Viskozite
indeksi, VI
|
Üretim
metodu
|
I
|
> 0.03
|
< 90
|
80-119
|
Solvent
rafinasyon (ekstraksiyon, devaksing)
|
II
|
< 0.03
|
> 90
|
80-119
|
Hidroprosessing
(şiddetli hidrokraking)
|
III
|
< 0.03
|
> 90
|
> 120
|
Şiddetli
hidroprosessing (hidrokraking / Hidroizomerizasyon)
|
IV
|
Oligomerizasyon
|
|||
V
|
Çeşitli
|
1. Solvent Rafinasyon Rotası
Grup I baz yağlarının elde edildiği bu üretim rotasında
hampetrolden önce atmosferik distilasyonla benzin, dizel, v.s., gibi hafif
ürünler ayrılır ve kalıntı vakum distilasyonu kulesine verilir. Vakum kulesi
değişik viskozite aralıklarında baz yağ fraksiyonlarının alındığı ünitedir.
Buradan çekilen her fraksiyon ayrı ayrı solvent ekstraksiyon işleminden
geçirilir; Örneğin, furfural gibi bir solventle ekstraksiyon prosesiyle akımda
bulunan aromatik bileşiklerin %70-80 kadarı ayrılabilir. Solvent ekstraksiyon
prosesinden çıkan akıma (düşük sıcaklıklara soğutulur) devaksing işlemi
uygulanarak içerdiği vakslar uzaklaştırılır; bu prosesle ürüne düşük-sıcaklıkta
akışkanlık özelliği kazandırıl ılır. Rafinasyonun son aşaması baz yağın
kullanın alanları da dikkate alınarak gerekli hallerde uygulanan renk ve
kararlılığın düzeltildiği bitirme ‘finishing’ işlemidir. Çok kullanılan bir
finishing metodu hafif hidrofinishing prosesidir.
Şekil-1: Grup I yağları üretimi blok diyagramı
2. Hidroprosessing (Şiddetli Hidrokraking) Rotası
Şiddetli hidrokraking prosesinde vakum distilasyonuna
beslenecek hammaddeler yüksek (~400 0C) sıcaklık ve yüksek basınç
(~3000 psi) altında, katalizörlü ortamda hidrojenle reaksiyona sokularak
içerdiği bazı bileşikler uzaklaştırılır veya ıslah edilir; reaksiyonlar sonucu,
·
Heteroatomlar (sülfür, nitrojen ve oksijenli
bileşikler) uzaklaştırılır,
·
Aromatik bileşikler doymuş halkalı bileşiklere
dönüşür,
·
Ağır poli sikloparafinler parçalanarak hafif
doymuş hidrokarbonlar meydana gelir.
Hidrokraking prosesinden alınan akım vakum distilasyonuyla
çeşitli viskozite aralıklarında fraksiyonlara ayrılır, soğutularak devaksing
prosesinden geçirilir ve ikinci bir yüksek basınçlı hidrotreater işleminden
geçirilerek kalan doymamış hidrokarbonlar da doymuş bileşiklere dönüştürülür;
böylece eser miktarlardaki polar bileşikler ve aromatikler de uzaklaştırılarak
baz yağın kararlılığı yükseltilir.
Şekil-2: Grup II yağları üretimi blok diyagramı
3. Şiddetli Hidroprosessing (Hidrokraking /
Hidroizomerizasyon) Rotası
Bu üretim rotasında bir önceki üretim rotasındaki
hidrokraking prosesi aynen uygulanır; farklı olarak soğutularak yapılan
devaksing prosesinin yerini daha modern ve etkin vaks dönüştürme prosesi alır.
Hidroizomerizasyon prosesinde özel ve seçici bir katalizörle
vakslar (n-parafinler) izomerleştirilerek yüksek viskozite indeksli ve düşük
akma noktalı izo-parafinlere dönüştürülür.
Elde edilen baz yağların viskozite indeksleri 130 gibi çok
yüksek değerlere yükselirken, akma noktaları –25 0C’nin altına kadar
düşürülebilir. Üretim rotasının baz yağlara kazandırdığı avantajlar aşağıdaki
gibi sıralanabilir.
- Çok
yüksek viskozite indeksi (100-130),
- Düşük
uçuculuk,
- Oksidasyona
çok iyi dayanıklılık,
- Yüksek
termal stabilite,
- Fevkalade
düşük sıcaklık akışkanlığı,
- Düşük
toksisite
Bu özellikler sentetik baz yağlardan polialfaolefinlerin
(PAO) üstün özellikleriyle kıyaslanabilir düzeydedir.
Şekil-3: Grup III yağları üretimi blok diyagramı
Tipik Bir Hidroprosessing Rotası
Bir hidro-konversiyon ünitesinde ham maddedeki aromatikler,
yüksek sıcaklık ve yüksek basınçta katalizör varlığında hidrojenle reaksiyona
sokularak baz yağlara dönüştürülür. Baz yağ fabrikasının dizaynına göre
kullanılan hammadde yüksek vakum ünitesinden alınan bazı distilatlar, propan
deasfaltingden asfaltı giderilmiş yağ veya furfural ekstraksiyondan rafinat
olabilir.
Ham madde hidrojenle zenginleştirilmiş gazla karıştırılır,
yataklar şeklinde katalizörle yüklü reaktörün üstünden verilir. Katalizör, aynı
anda çok sayıda reaksiyonun ilerlemesini sağlar, bu reaksiyonun şiddeti ilk
yatakta çok yüksektir, aşağı doğru ilerledikçe kademe kademe azalır.
Reaksiyonlar ekzotermik olduğundan katalizör yataklarda sıcaklık artar.
Tehlikeli durumlarla karşılaşmamak için sıcaklığın kontrol altında tutulması
gerekir.
Katalizör yataklardaki reaksiyonlar oldukça komplekstir.
Ayırma ünitesinden sonra elde edilen son üründe aromatik miktarı ve
uzaklaştırılması gereken hafif bileşikler çok azdır. Hafifler, bir distilasyon
kolonunda ayrılarak baz yağ stoku elde edilir, daha sonraki işlemler için bir
ara tankta depolanır.
Vakum distilasyon ünitesi (VDU): Baz yağın
viskozitesi ve uçuculuğunu düzenler.
Hidrotreating ünitesi (HTU): Bazı doymamış
hidrokarbonları doymuş hidrokarbonlara dönüştürerek solvent ekstraksiyondan
önce parafinler veriminin artırılmasını sağlar. Katalizör zehirleyici maddeleri
uzaklaştırır, baz yağın oksidasyon stabilitesini, rengini ve yüzey
özelliklerini düzeltir.
Doymuş hidrokarbonların verimi, hidrotreating ve solvent
ekstraksiyon proseslerinde alınan verimlerden çok daha fazladır. Baz yağın
viskozite indeksini ve motor performansını düzenler.
Katalitik devaksing veya izodevaksing (CDU; IDW): Baz
yağa düşük sıcaklık performansı ve düşük akma noktası özelliği kazandırır.
Hidrofinishing ünitesi (HFU): Bazı nitrojen ve sülfür
bileşiklerini ayırır ve baz yağın rengini, oksidasyon stabilitesi ve termal
stabilitesini düzeltir ve yüzey özelliklerini düzeltir.
Hidrofinishing işlemleri arasında adsorblayıcı klay
(solventleri ayırır) ve baz-metal katalizörlü hidrofinishing (aromatikleri
doymuş bileşiklere dönüştürür) prosesleri sayılabilir. Hidrofinishing bazı
nitrojen ve sülfür bileşiklerini uzaklaştırır, baz stokların oksidasyon ve ısıl
kararlığını artırır rengini düzeltir.
GERİ (hampetrolden petrokimyasallara)
