Öljynjalostus

raakaöljyn teollinen käsittely
(Ohjattu sivulta Petrokemia)

Öljynjalostus on teollinen, öljynjalostamoissa käytetty petrokemiallinen prosessi, jossa raakaöljystä valmistetaan hyödyllisiä öljytuotteita. Öljy on erilaisten hiilivetyjen seos, josta öljynjalostusprosessissa erotetaan tislaamalla eri jakeita. Jakotislauksen tuotteena tulee raskaöljyä, kevyttä polttoöljyä, petrolia ja bensiiniä sekä kaasumaisia osia, joita käytetään nestekaasussa ja muovien polymeroinnissa. Öljynjalostuksen yksi vaihe on krakkaus, jossa öljyn suuria hiilivetymolekyylejä pilkotaan pienemmiksi. Jalostuksessa raakaöljystä poistetaan suola ja tislaustuotteista rikki.[1]

Shellin öljynjalostamo Kalifornian Martinezissa.

Öljynjalostuksen historiasta Muokkaa

 
Standard Oilin öljynjalostamo Clevelandissa Ohiossa vuonna 1899.

Maailman ensimmäisen öljynjalostamon perusti vuonna 1854-56 Ignacy Łukasiewicz lähelle Jasloa silloiseen Itävalta-Unkariin nykyisen Puolan alueelle. Tämä oli pieni laitos eikä silloin ollut vielä todellista kysyntää jalostetulle öljylle. Kun Łukasiewiczin öljylamppu tuli suositummaksi, jalostustoimintakin kasvoi kyseisellä alueella. Maaöljystä tehty polttoöljy korvasi eläinrasvan ja traanin eli valaanrasvan.

Ensimmäinen laajempi jalostamo avattiin Ploieștissa, Romaniassa vuonna 1856. Useita muitakin jalostamoja rakennettiin tälle öljyntuotantoalueelle amerikkalaisten yritysten investointeina ennen kuin Natsi-Saksa toisen maailmansodan aikana otti alueen haltuunsa. 1943 USA:n ilmavoimat pommittivat näitä. Myöhemmin jalostamot on korjattu.

Edwin Draken historiallisia porauksia elokuussa 1859 Titusvillessa Pennsylvaniassa USA pidetään yleisesti öljyteollisuuden alkuna. USA:n varhaisista öljymiljonääreistä kuuluisin on John D. Rockefeller.

Nesteen entinen Neste Oil Naantalin jalostamo käynnistyi 1957 ja Porvoon jalostamo käynnistyi 1966.

Öljynjalostamot eri puolilla maailmaa on rakennettu tuottamaan sijaintialueensa kulutusta vastaavia öljyjalosteita. 1960-luvulla Länsi-Euroopassa eri öljyjalosteiden kulutus kasvoi tasapainoisesti niin, että jalostuksen luonnollinen saantojakautuma eri laatujen tislelaatujen vastasi kulutusta. Yhdysvalloissa tuotettiin runsaasti maakaasua raakaöljyn sivutuotteena. Kaasun hinta oli säännösteltyä ja halpaa, jonka seurauksena sitä käytettiin talojen lämmitykseen ja kaasua riitti myös suurkuluttajille. Raskaampien polttoöljyjen osuus kulutuksesta on siellä jäänyt pieneksi ja joissakin jalostamoissa raskasta polttoöljyä, jonka luonnollinen osuus on noin 50 %, ei tuoteta lainkaan.[2]

Raakaöljyn laatujen vaihtelu Muokkaa

Raakaöljyn laatu vaihtelee huomattavasti tuotantoalueiden mukaan. Öljy voi olla paksua ja puuromaista tai hyvinkin juoksevaa. Tiheys vaihtelee välillä 0,8–0,9 g/cm3.[3] Tämä vaikuttaa myös "luonnolliseen" saantoon siten, että esimerkiksi Arabian Heavy -laadusta saadaan yli 60 % pohjaöljyä yli 343 °C, hieman yli 20 % keskitisleitä 175–343 °C ja noin 15 % bensiinejä 30–175 °C. Saharan Blend -laatu tuottaa noin 30 % pohjaöljyä, 35 % keskitisleitä ja saman verran bensiinejä.[4] Myös rikkipitoisuus vaihtelee vähärikkisten laatujen kuten Saharan Blend -laadun 0,1 prosentista venezuelalaisen Boscan-laadun 5,4 prosenttiin.[5] Raakaöljyn laatuluokka Light Sweet Crude esimerkiksi sisältää vähemmän kuin 0,5 % rikkiä ja sen tiheyttä mittaavan API-asteikon lukema on korkeampi kuin 31,1 °API.

Öljypohjaiset tuotteet Muokkaa

Tislatessa raakaöljystä eroaa muun muassa bensiiniä, etaani- ja butaanikaasua, petrolia, dieselöljyä, raskasta polttoöljyä ja bitumia. Kevyempiä jalosteita, kuten bensiiniä ei voida toistaiseksi muuttaa raskaammiksi, kuten lentopetroliksi. Siksi pelkän bensiinin tarpeen väheneminen ei vähennä öljyn kulutusta, vaan samaan aikaan kun luovutaan bensiinistä, pitäisi etsiä vaihtoehtoja myös polttoöljyn käytölle, öljypohjaisille muoveille, teiden asfaltoinnille ja lentämiselle. Esimerkiksi lentopetrolia saa raakaöljystä maksimissaan 10 prosenttia.[6] Jalosteiden kuten lentopetroolin määrää voidaan suhteessa lisätä krakkaamalla ja uudelleen tislaamalla.

Jalostusprosessi Muokkaa

 
Tislauksen lämpötila-alueet

Suolanpoisto Muokkaa

Öljynjalostuksen ensimmäinen vaihe on suolanpoisto. Raakaöljy sisältää hiilivetyjen lisäksi vettä, suoloja ja kiinteitä epäpuhtauksia kuten hiekkaa. Jalostusprosessin kannalta ongelmallisimpia ovat suolat, koska ne muodostavat happoja, jotka syövyttävät prosessilaitteistoja. Suolat poistetaan lisäämällä esilämmitettyyn 120–130-asteiseen öljyyn voimakkaasti sekoittaen vettä ja seos ohjataan sen jälkeen korkeajännitteiseen sähkökenttään, jossa pienet suolan keränneet vesipisarat yhtyvät suuremmiksi ja painuvat astian pohjalle. Myös erilaiset kiinteät epäpuhtaudet kulkeutuvat tähän pohjalietteeseen.

Öljyn tislaus Muokkaa

Öljyn sisältämät eri hiilivety-yhdisteet saadaan erilleen jakotislauksella, koska näillä aineilla on erilainen kaasuuntumislämpötila. Öljyn tislauksessa kuumennettu öljy pumpataan tislaustorniin, jonka pohjalla on alle 400 °C krakkautumisen estämiseksi ja huipulla n. 20 °C ja mahdollisimman alhainen paine. Tällaisessa tornissa on useita eri lämpötiloissa olevia tasoja, joille tiivistyvät ne hiilivedyt, joiden kaasuuntumislämpötila on korkeampi kuin tuon tason lämpötila. Tornin pohjalta kuumasta alueesta saadaan ulos pohjaöljy, josta voidaan tehdä bitumia ja sen avulla asfalttia, väliotoista raskasöljy, kevytöljy ja raakabensiini. Kylmimmästä huipusta tulevat ulos kaasumaiset aineet kuten etaani ja butaani.

Ennen kuin oli opittu hyödyntämään öljyntislausta, raakaöljyä käytettiin sellaisenaan höyrykoneissa ja lamppuöljynä. Tämä oli kuitenkin vaarallista, sillä raakaöljystä muodostui sen lämmetessä paljon kaasumaisia hiilivetyjä jotka aiheuttivat räjähdyksiä. Nykypäivänä jalostamoissa on varoventtiilijärjestelmä, joka purkaa paineiden noustessa "soihtuun" liekki, joka palaa joka jalostamolla tolpan nokassa.

Rikinpoisto Muokkaa

Tislauksessa syntyneitä tuotteita parannetaan poistamalla niistä rikki, joka palaessaan muodostaisi rikkihappoa savukaasun vesihöyryn kanssa syövyttäen kattiloita ja savupiippuja sekä happamoittaen ympäristöä. Rikinpoisto tehdään korkeassa vetypaineessa 30–100 bar tietyssä lämpötilassa katalysaattorikemikaalin avustuksella. Rikkiyhdisteet muuttuvat tällöin rikkivedyksi. Samalla hiilivetyjen kaksoissidokset hydrautuvat kemiallisesti stabiileimmiksi. Reaktiotuotteesta erotetaan jäännösvety ja rikkivety, jotka pestään DEA:lla DiEtyyliAmiinilla, minkä jälkeen öljy voidaan tislata uudelleen.

Krakkaus Muokkaa

Krakkausprosessissa öljyn hiilivetyjä pilkotaan pienemmiksi. Krakkauksen tarve riippuu raakaöljyn laadusta mitä raskaampaa, sitä enemmän krakataan ja siitä, mitä lopputuotteita jalostamo haluaa pääasiassa tuottaa. Tuotantopaikan mukaan raakaöljy voi koostua pitkistä hiilivedyistä ja hiilivetyrenkaista ollen olemukseltaan rasvamaista tai ohutta ja juoksevaa. Krakkausprosesseja on useita erilaisia ja niiden avulla saadaan öljystä haluttuja lopputuotteita. Krakkauksen jälkeen öljy tislataan uudelleen jakeiden erottamiseksi.

Lopputuotteiden parantaminen Muokkaa

Tislauksesta saadaan kaasumaisia tuotteita, joista on polymeroitavissa katalyyttien avulla nestemäisiä polttoaineita, kuten bensiiniä ja nestekaasua. Tämän prosessin lopputuotteena saadaan aikaan korkeaoktaanista bensiinikomponenttia. Erilaisten öljytuotteiden ominaisuuksia ja viskositeettia säädetään sekoittamalla eri prosessivaiheista saatuja laatuja.

Kemianteollisuuden raaka-aineita Muokkaa

Hiilivedyt ovat orgaanisen kemian perusraaka-aineita. Hiilivetyjä ovat muun muassa eteeni, propeeni, bentseeni ja hydroksibentseeni fenoli. Hiilivedyistä voidaan edelleen valmistaa lukemattomia uusia yhdisteitä. Niitä käytetään muun muassa reaktioiden lähtöaineina, liuottimina sekä esimerkiksi muovien, maalien ja lääkkeiden raaka-aineina. Orgaanisia hiiliyhdisteitä tunnetaan yli 10 miljoonaa. Niiden valmistuksessa ovat yli 90-prosenttisesti lähtöaineina öljy, maakaasu ja kivihiili.[7]

Kemianteollisuuden kannalta öljyhuippu vaikuttaa öljypohjaisten hiilivetyjen hintaan ja saatavuuteen. Öljyhuipun vuoksi täytyisi löytää vaihtoehtoisia hiilivetyjen lähteitä. Maakaasusta ja kivihiilestä saadaan helposti hiilivetyjä, mutta kaikille fossiilisille polttoaineille yhteistä on ehtyminen. Uusiutuvia hiilivetyjen lähteitä tutkitaan vihreässä kemiassa, jota kutsutaan myös kestäväksi kemiaksi.

Maailman suurimmat öljynjalostamot Muokkaa

Sija Yhtiö Tuotanto päivässä (barrellia) Sijainti Valtio
1. Reliance Industries 1 240 000 Jamnagar   Intia
2. PDVSA 940 000 Paraguana   Venezuela
3. SK Energy 850 000 Ulsan   Etelä-Korea
4. Abu Dhabi National Oil Company 817 000 Ruwais   Yhdistyneet arabiemiirikunnat
5. GS Caltex 730 000 Yeosu   Etelä-Korea
6. S-Oil 670 000 Ulsan   Etelä-Korea
7. Exxon Mobil 605 000   Singapore
8. Motiva Enterprises 600 250 Port Arthur, Teksas   Yhdysvallat
9. Exxon Mobil 560 500 Baytown, Teksas
10. Saudi Aramco 550 000 Ras Tanura   Saudi-Arabia
11. Marathon Petroleum 539 000 Garyville   Yhdysvallat
12. ExxonMobil 502 500 Baton Rouge   Yhdysvallat
13. NIOC 450 000 Abadan   Iran
14. Saudi Aramco 405 000 Yanbu   Saudi-Arabia
15. Royal Dutch Shell 416 000 Rotterdam   Alankomaat
Lähde:[8]

Katso myös Muokkaa

 
Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Öljynjalostus.

Lähteet Muokkaa

  1. Raili Komi (toim.): NESTE-öljystä muoveihin. Neste Oy Helsinki 1982. ISBN 951-95581-1-X
  2. Öljystä muoveihin sivu 28
  3. Öljystä muoveihin sivu 20
  4. Öljystä muoveihin sivu 24
  5. Öljystä muoveihin sivu 25
  6. St1: Sähköautot eivät vähennä öljyn kulutusta 15.06.2016. Maaseudun Tulevaisuus. Arkistoitu 20.8.2016. Viitattu 12.08.2016.
  7. Kide 2: Lukion kemia. 1994. Ismo Kalkku, Helena Kalmi, Jorma Korvenranta.
  8. World's Largest Refineries - Oilandgasclub.com web.archive.org. 5.6.2017. Arkistoitu 5.6.2017. Viitattu 25.6.2023.