IT
USA
DE
FR
ES
TR
IT
EN
USA
DE
ZH
ES
FR
PT
JP
RU
AR
KR
PL
RO
VN
HE
CS
HR
DA
FI
UA
EL
NL
SR
SK
SV
HU
NO
HI
ID
FA
Bir petrol rafinerisinin kalbi olan damıtma sütununda devam eden birçok ilginç süreç vardır. Zorluk ise birçok farklı gazın bulunmasıdır. Bunları nasıl ayırırsınız? Yani bu soruna bir çözüm getirildiğinde ham petrol karışımı birçok faydalı bileşene ayrılabilir. Mühendisler için zorlayıcı soru şudur. Soruna en başta nasıl yaklaşılır? ve basitleştirmek için sadece üç gaz olduğunu varsayalım. Çözümlerden biri gazları soğutmak ve sonunda sıcaklığı sadece bir gazın kaynama noktasına kadar düşüreceğimizden emin olmaktır. Böylece sadece bu gaz yoğunlaşacak ve bu sıvı kolayca ayrılabilecektir. Bir sonraki gazı ayırmak istiyorsanız sıcaklığı o gazın kaynama noktasının hemen altına düşürürsünüz. Böylece işlem devam eder. Bununla birlikte bir damıtma kulesine yakından bakıldığında herhangi bir soğutma bobini görülmez. Soğutma serpantinleri olmadan mühendisler gazları nasıl yoğunlaştırabilir? Damıtma kolonunun bu akıllıca mühendisliğini anlamak için öncelikle tüm bu tepsilerin en düşük sıcaklıktaki sıvısı üstte ve en yüksek sıcaklıktaki sıvısı altta olacak şekilde yoğunlaştırılmış sıvıyla kaplandığını varsaymalıyız. Ham petrol ilk olarak bu fırına beslenir. Burada sıvının çoğu buharlaşır. Çoğunlukla buhar ve bir miktar sıvı içeren akış damıtma kolonuna girer. İlk tepsideki sıvının 370 derecede tutulduğunu ve giren akışın 400 derece sıcaklığa sahip olduğunu varsayalım. Bu akış kolana girer girmez sıvı kısmı düşer ve sadece buhar yükselir. Şimdi 400 derecede olan bu buharın izlediği yolu yakından gözlemlemeliyiz. Mantar şekilli bağlantı parçasına sahip bu tür tepsi tasarımına bolancıcık kapak tasarımı denir. Bu boran giren gaz tepsideki sıvıdan geçmek zorundadır. Unutmayın sıvı çok daha düşük bir sıcaklıktadır. Gazdaki bir bileşenin 375 derece kaynama sıcaklığına sahip olduğunu varsayalım. Bu bileşen sıvı havuzunun içinde yoğunlaşacaktır. Kaynama noktası 370 ile 400 derece arasında olan diğer tüm gaz bileşenleri gibi kaynama sıcaklığı 370 dereceden düşük olan gazlar sıvı kısmından geçerek yükselmeye devam eder. Burada bir sonraki sıvı havuzu onları daha düşük bir sıcaklıkta bekliyor. Diyelim ki 300 derece. Bir kez daha işlem tekrarlanır ve kaynama noktaları 300 ila 375 arasında değişen tüm gazlar sıvı havuzunda yoğunlaşır. Bu mühendislerin ham petrolü farklı bileşenlere ayırma yöntemidir. Pratik bir damıtma kulesi yaklaşık 15 tepsiye sahip olacaktır. Molekül ne kadar ağırsa kaynama noktası da o kadar yüksektir. Bu ham petroldeki tüm ağ bileşenlerin kulenin dibinde, üstte bulunanların ise daha hafif bileşenlerde toplandığı anlamına gelir. Örneğin kulenin tepesinde benzin ve dağıtma kulesinin alt bölgesinde endüstriyel akaryakıt bulacaksınız. Damıtma kulesinin en üstüne bir kondansatör takılmıştır. Bu aktif soğutma yapmaktadır. Bu bobinlerden geçerken en üstte bulunan gazın bir kısmını yoğunlaştıracaktır. Çok düşük kaynama noktasına sahip kalan gaz en üstte petrol gazı olarak toplanır. Ne yazık ki ham petrole ayırmanın ilginç fiziği aslında tarif edilebildiği gibi mükemmel bir şekilde gerçekleşmeyecektir. Bunun bir örneği en alttaki tepside bulunabilir. Kaynama noktası 370 dereceden yüksek olan tüm gazların burada yoğunlaşması beklenir. Bununla birlikte 370 dereceden daha yüksek kaynama noktasına sahip bazı gaz molekülleri bu sıvı havuzundan geçerek kaçabilir. Nihayetinde üst tepside yakalanacaklardır. Ancak orada bulunmamaları gerekir. Mühendislerin bir sonraki çözümü üst tepside biriken sıvıyı borular aracılığıyla alt tepsiye geri göndermektir. Daha yüksek kaynama noktasına sahip olması gereken tepsi üst tepside olması gereken molekülleri buharlaştıracak ve sadece gerekli molekülleri yakalayacaktır. Bu tür bir ayrıştırma tüm sıvıların sürekli olarak damıtma kolonunun başlangıç kısmına geri döndürülmesiyle sağlanır. Şimdi damıtma sütununun dibine düşen kalıntıya odaklanalım. bazı faydalı ürünler içermektedir. Kalıntıdaki fraksiyonlar çok yüksek sıcaklıklarda bazıları 1000 dereceden fazla kaynar.
Ancak bu sıcaklıkta moleküller kaynamadan önce parçalanır. Mühendisler hala kalıntının tüm fraksiyonlarını kaynatmak istemektedir. Ancak daha düşük sıcaklıklarda. Bu kolay bir örnekle açıklanılabilir. Su genellikle 100 derecede kaynar. Bununla birlikte suyun etrafındaki basıncı düşürürseniz sıcaklık 50 dereceye kadar düşse bile kaynamaya devam eder. Aynı yöntem kalıntıya uygulanır. Damıtma kolonunun basıncı azaltılarak kaynama noktaları düşürülebilir. Bu işlem vakumlu damıtma olarak bilinir. Burada kalıntı moleküller parçalanmadan çok daha düşük sıcaklıklarda farklı fraksiyonlara damıtılır. Vakum damıtma kolonundan en hafif fraksiyon bir katalitik konvertre gider. Bir sonraki fraksiyondan mum ve yağlama yağı toplanır. En ağır fraksiyon sıvı olarak kalır. Asfalt ve endüstriyel yakıt bu fraksiyondan yapılır. Bu kulede vakumu nasıl sürekli tuttuklarını merak edebilirsiniz. Bu cihaz olan bir buharlı ejektör çok önemli bir iş yapar. Buhar ejektörü kuleye sızan yoğuşmayan gazları ve havayı giderir. Bu cihaz venturi prensibiyle çalışır. Yüksek basınçlı buhar bu gaz kelebeği bölgesine ulaştığında hızı büyük ölçüde artar. Bernoyi prensibine göre yüksek hız düşük basınç anlamına gelir. Buhar ejektörünün düşük basınç bölgesi hava ve gazları çeker. Böylece kule içinde negatif basıncı korur. Vakumlu damıtma kolonunda tutulan basıncın oldukça düşük. Genellikle yaklaşık 10 ila 50 mm civa olduğunu bilmek sizi şaşırtacaktır. Standart atmosfer basıncının 760 mm civa olduğu hatırlanmalıdır. Açıkçası bu kadar düşük bir basınç özel türde yüksek performanslı contta ve sızdırmazlık sistemleri gerektirir. Son teknoloji grafit teknolojisinden doğan modern johta grafoil bu noktada devreye girer. Grafoil saf ve genişletilmiş grafitten yapılmıştır. Flaşların mikroskobik kusurlarına çok iyi uyum sağlar ve yüksek sıcaklığa dayanabilir. Ek yerlerini hava sızdırmaz hale getirmek için kullanılan ortak contalar spiral sargılı contalardır. Burada esnek bir malzeme ile spirel olarak sarılmış V şekilli bir metal şerit bulunur. Bu yapı yüksek sıcaklık ve basınca dayanabilen esnek bir contta oluşturur. Benzinin ana damıtma kolonundan nasıl üretildiğini zaten gördük. Ne yazık ki bu benzinin oktan sayısı çok düşüktür. Bir arabada kullanacağınız türden bir yakıt istiyorsanız motorda vuntu ile ilgili ciddi sorunlar ortaya çıkar. Bununla birlikte akaryakıtı tüm fraksiyonların en ağırında saflaştırırsanız daha yüksek oktanlı benzin üretilebilir. Ancak hala rafinerilerin en büyük gizemlerinden biri çözülmemiştir. Damıtma işleminin başlangıcında tepsilerin sıvı havuzlarıyla dolu olduğu varsayılmıştır. Bu nasıl yapılır? Bu ön ıslatma olarak da adlandırılan ön yükleme işlemi ile gerçekleştirilir. Ön yükleme kolonun üstünden bir sıvının çok yavaş bir şekilde pompalanmasıyla gerçekleşir. Sıvı hepsi dolana kadar bir tepsiden diğerine kademeli olarak kolondan aşağı akar. Bu aynı zamanda normal çalışma sırasında uygun buhar sıvı teması için gerekli sıvı sızdırmazlığını oluşturarak her bir tepsi üzerinde gerekli sıvı tutuşunu sağlar. Şimdi buharlaştırılmış ham petrol damıtma kolonuna sokulabilir. Bu aynı zamanda başlangıçta tüm tepsilerdeki sıvının aynı olduğu anlamına gelir. Ancak bu durum çok geçicidir. Buharlaşan ham petrol sisteme girdiği anda her şey değişmeye başlar. Dakikalar içinde her tepsi benzersiz bir bileşime sahip bir sıvı tutacaktır. Bir varil ham petrol 159 lredir. Bununla birlikte rafineri ürünlerinin toplam hacminin yaklaşık 170 Lre olduğu belirtilmelidir. Bu rakam işlem kazancı nedeniyle artar. Yoğun moleküllere sahip ham petrol daha hafif molekül çıktısına ayrılmıştır. Bu 170 litrenin 73 litresi benzin, 43 litresi ultra düşük kükürtlü dizel ve yaklaşık 16 Lre kerosin vejet yakıtıdır. Kalan küçük ürünlerde bu resimde temsil edilmektedir. Sanki sihirliymiş gibi bu değersiz ham petrolden değerli bileşenler ürütülmiştir. Kesirli damıtmanın mühendislik açısından etkileyici yönü budur.