Eşleştirme Projesi tr 08 ib en 03

3.15Bitüm üretimi

Bitüm, vakum damıtmayla mumlu destilatlar giderildikten sonra belirli ham petrollerden (örneğin, Orta Doğu, Meksika veya Güney Amerika ham petrolünden) türetilen bir kalıntıdır. Bitüm normalde yol yapımında, çatı kaplaması ve boru sızdırmazlığı veya kaplamada kullanılan asfaltı üretmek için diğer bileşenlerle (örneğin, çakılla) karıştırılır. Bitüm üretimi sadece bazı rafinerilerde (AB rafinerilerinin %45'inde) gerçekleştirilir. Aynı zamanda bazı rafineriler bu bileşenlerin üretiminde uzmanlaşmıştır.

Amaç ve prensipler

Bitüm için istenen özellikler damıtma koşulları ayarlanarak veya ‘üfleme’ yoluyla elde edilebilir. Sonraki proseste, sıcak bitüme hava üflenerek hidrojen giderme ve polimerleşme reaksiyonları gerçekleştirilir ve daha yüksek viskoziteye, daha yüksek yumuşama noktasına ve daha düşük penetrasyona sahip daha sert bir ürün elde edilir. (Genellikle ana kriter olarak kullanılan penetrasyon, standart koşullarda bir bitüm numunesine sokulan standart bir iğnenin penetrasyon derinliğidir.) Üflenen bitümün özellikleri yükseltgenme tankındaki alıkonma süresi, havanın debisi ve sıvı sıcaklığı tarafından belirlenir. Eğer bu parametrelerden herhangi biri arttırılırsa, penetrasyon azalır ve yumuşama sıcaklığı yükselir.

Şarj ve ürün akımları

Çoğu uygulamalarda bir bitüm üfleme ünitesinin (BÜÜ) hidrokarbon şarj akımı, bir vakum ünitesinden (Bölüm 2.2) gelen dip kalıntı akımı(rezid) ve bazı durumlarda bir asfalt giderme ünitesinden (Bölüm 2.14) gelen kalıntıdır (ekstrakt).

Normalde birkaç farklı sınıfta bitüm üretilir ve bunlar vakum rezid, ağır gazyağı veya sentetik polimerler gibi diğer yüksek kaynama noktasına sahip bileşenlerle harmanlanarak daha da değiştirilir. Bu şekilde, bir tek üfleme ünitesi kullanılarak çeşitli uygulamalar için çok çeşitli bitüm sınıfları tedarik edilebilir.

Stiren Bütadien Stiren (SBS), Etilen Vinil Asetat (EVA), kauçuk, vb. gibi polimer katkı maddeleri, ağır hizmette kullanılacak bitüm üretimi için kullanılır. Bunlar bitümün kimyasal yapısını değiştirmez ama mekanik özelliklerini değiştirir. Polimerler bitümün yumuşama veya kırılganlık noktası gibi özelliklerini değiştirir ve ömrünü uzatmayı hedefler.

Prosesin açıklaması

BÜÜ, vakum rezid şarjının kalitesine ve istenen bitüm ürün spesifikasyonuna bağlı olarak sürekli bir şekilde veya kesikli olarakçalışır. Sürekli prosesler rafinerilerde en yaygın olanıdır. BÜÜ için basitleştirilmiş bir proses akış diyagramı Şekil xx'te gösterilmiştir; bu diyagram sıcak beslemesini doğrudan vakum distilasyon ünitesinden alan tipik bir sürekli çalışan BÜÜ'yü temsil eder. Bitüm beslemesinin depodan alındığı durumlarda beslemeyi yaklaşık 200 - 250°C civarında bir sıcaklığa (ama, bu sıcaklık 550 ºC'ye kadar çıkabilir) önısıtmak için fazladan bir fırın daha gerekebilir. Kesikli çalışan bir BÜÜ'de ise vakum ünitesinden gelen sıcak şarjı depolamak için genellikle bir şarj tampon(buffer) tank kullanılır.

Şekil xx: Bir bitüm üfleme ünitesinin basitleştirilmiş proses akış diyagramı

Rezid şarjı yükseltgenme tankının tepesine pompalanır. Çalışma basıncı tankın yüksekliğine bağlı olarak yükseltgenme tankının tepesinde normalde 1 barg civarında ve dibinde 2 barg civarındadır. Tankın tabanına hava gönderilirken kalıntının yükseltgenmesi gerçekleşir ve sonuçta ısı açığa çıkar. Yükseltgenme tankının sıcaklığı belirli bir dereceye kadar bitüm sınıfını belirler ve bu normalde 260 ile 300°C arasında tutulur. Sıcaklığı ayarlamak için yükseltgenme tankına daha soğuk besleme eklemek, bitüm akışı soğutucusundan gelen soğutulmuş bitüm ürününün devridaimi ve hatta daha eski ünitelerde doğrudan suyla quench gibi farklı seçenekler kullanılır. Üflenen bitüm, yükseltgenme tankının dibinden alınır ve depolamaya gönderilmeden önce buhar üretilerek soğutulur.

Hava debisi normalde sitokiyometrik gereklerin çok üstündedir ve bu yüzden yükseltgenme tankının üst buhar alanında önemli bir miktarda oksijen mevcuttur. Buhar alanında bir patlamadan kaçınmak için çoğu ünitelerde, oksijen derişimini alevlenme alt sınırının (hacimce %5 – 6) daha altında tutmak için gerekli bir hızda buhar enjekte edilir. Bazı ünitelerde aynı zamanda buhar sıcaklığını düşürmek için yükseltgenme tankının buhar menfezine küçük bir miktarda su enjekte edilir. Bu işlem, üst sistemde ciddi bir kok oluşumuna neden olabilecek ikincil yanmayı önlemek için bazen gerekli görülür.

Yağ ve diğer yükseltgenme ürünlerini gidermek için üstteki buharlar önce bir havalandırma gazı sıyırıcıdan (scrubber) geçirilir. Çoğu durumda açık devre sıyırıcı sıvısı olarak gazyağı kullanılır. Ardından sıyırıcıdan çıkan havalandırma gazı soğutularak (bazen bir su sprey temas yoğunlaştırıcı veya sıyırıcı içinde) hafif hidrokarbonlar ve kirli su yoğunlaştırılır. Daha çok hafif hidrokarbonları, N2, O2, CO2 ve SO2 içeren geriye kalan gaz yüksek sıcaklıklarda (~800 °C) yakılarak H2S, kompleks aldehitler ve organik asitler ve oldukça nahoş bir kokusu olan fenolikler gibi küçük bileşenlerin tamamen yıkılması sağlanır.

Çoğu BÜÜ daha yüksek bitüm sınıflarını (çatı ve boru kaplamaları) üretir ve normalde yıl boyunca sürekli çalışır. Yol bitümleri üretmek için kullanılan BÜÜ'ler sadece yol asfaltı için talep yüksek olduğunda çalışır.

(Daha fazla bilgi için bkz. METReferans Dokümanı, Bölüm 2.4)

3.16Petrokimyasalların üretimi: polimerleşme

Bu bölümde olefinlerin polimerleşmesi, dimerleşmesi ve yoğunlaşması (kondenzasyonu) ele alınmaktadır.

Amaç ve prensipler

Bazen propen ve büteni yüksek oktanlı benzin harmanlama bileşenlerine dönüştürmek için polimerleşme kullanılır. Bu proses besleme ve ürünler açısından alkilasyona benzer; ama, genellikle alkilasyonun daha ucuz bir alternatifi olarak kullanılır. Ağırlıklı olarak gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar olefin tipi ve derişimine bağlı olarak değişebilir ama bunlar aşağıda gösterilen genel şekilde ifade edilebilir:

2 C₃H₆ --> C₆H₁₂ Dimerleşme

2 C₄H₈ --> C₈H₁₆ Dimerleşme

C₃H₆ + C₄H₈ C₇H₁₄ Yoğunlaşma

3 C₃H₆ --> C₉H₁₈ Polimerleşme

Şarj ve ürün akımları

Bu ünite için en yaygın kullanılan besleme akıntıları AKK ünitesinden gelen LPG akımında bulunan propen ve bütendir.

Prosesin açıklaması

Reaksiyonlar tipik olarak yüksek basınç altında ve doğal silika yüzeyine tutunmuş ve pelet veya küçük silindir biçiminde kalıptan çekilmiş bir fosforik asit katalizörü varlığında gerçekleşir. Tüm reaksiyonlar ekzotermiktir ve bu yüzden proses sıcaklık kontrolü gerektirir. Şarjın şunları içermemesi gerekir: sülfür (katalizörü zehirler); temel maddeler (katalizörü nötralize eder) ve oksijen (reaksiyonları etkiler). Propen ve büten beslemesi ilk önce merkaptanları gidermek için kostikle, sonra hidrojen sülfiti gidermek için bir amin çözeltisiyle, ardından kostikleri ve aminleri gidermek için suyla yıkanır ve son olarak bir silika jelden veya moleküler elekten geçirilerek kurutulur. Bir polimerleşme ünitesinin basitleştirilmiş bir şeması Şekil xx'te gösterilmiştir.

Şekil xx: Bir polimerleşme ünitesinin basitleştirilmiş şeması

Polimerleşme verimi düştüğünde katalizörlerin değiştirilmesi gerekir. Azot temizlemeden sonra polimerleşme ünitesi açılır ve yüksek basınçlı bir su jetiyle katalizör giderilir. Bu aynı zamanda buhar (basınçla boşaltma) kullanılarak da giderilebilir. Fosforik asit su ortamına geçerken doğal silika peletleri kırılarak genellikle pompalanabilen bir çamur oluşturur.

(Daha fazla bilgi için bkz. METReferans Dokümanı, Bölüm 2.18)