Petrol Rafinerileri ve Ham Petrolün Kullanılabilir Petrol Ürünlerine Dönüşüm Süreçleri

“ÇEVRE VE ŞEHİRCİLİK BAKANLIĞI'NIN ÇEVRESEL ETKİ DEĞERLENDİRMESİ (ÇED) ALANINDA KAPASİTESİNİN GÜÇLENDİRİLMESİ İÇİN TEKNİK YARDIM PROJESİ” Çerçevesinde Petrol Rafinerileri ve Ham Petrolün Kullanılabilir Petrol Ürünlerine Dönüşüm Süreçleri

 

Petrol rafinerileri, ham petrolün işlenerek fuel oil ve çeşitli endüstriyel ürünlere dönüştürüldüğü büyük çaplı tesislerdir. Rafinerilerin içerdiği çok sayıda dönüştürme prosesi aynı zamanda büyük miktarlarda enerji gerektiren prosesler olup, söz konusu prosesler yoğun miktarda enerji üretimini gerektirmektedir. Dolayısıyla rafineriler aynı zamanda enerji üretim süreçlerini de içeren enerji-yoğun tesislerdir.

Bir rafinerinin işletmeye alınmasıyla birlikte ortaya çıkabilecek olası etkiler; atık gaz oluşumu, yoğun miktarlarda atıksular ve katı atıklarla birlikte petrol ve kimyasalların depolanmasına bağlı olarak sağlık ve güvenlik risklerinin yönetilmesi önemlidir. Bir rafineri tesisinde yer alan temel üniteler; proses fırınları, buhar kazanları, gaz yakma (flare) sistemleri, kükürt geri kazanım üniteleri, akışkan katalitik kraking (AKK) ünitesi, depolama tesisleri, yakıt/su ayırma ünitesi, baca sistemleri bulunmaktadır.

Ham petrolün kullanılabilir petrol ürünlerine dönüştürülmesi amaçlı arıtımı iki aşama ve bir dizi destekleyici işlemle tanımlanabilir. Birinci aşamada, ham petrolün tuzdan arındırılması ve müteakip damıtma işlemleri yer almaktadır. Hafif bileşenlerin ve naftanın daha fazla damıtılması metan ve etanın, rafineri yakıtı, LPG (propan ve bütan), benzin karıştırma bileşenleri ve petrokimya hammaddeleri olarak kullanılmak üzere geri kazanılması için gerçekleştirilir. Bu hafif ürün ayırımı her rafineride yapılır. İkinci aşama üç farklı temel prosesten oluşur: birleştirme, kırma ve yeniden şekillendirme.

Bu işlemler, hidrokarbon moleküllerinin moleküler yapısını daha küçük moleküllere bölerek, onları daha büyük moleküller oluşturmak üzere birleştirerek veya onları daha kaliteli moleküllere dönüştürerek değiştirir. Bu proseslerin amacı, damıtılmış kısımların bir kısmını pazarlanabilir petrol ürünlerine dönüştürmektir. Bu işlemlerden en basit olanı damıtma biriminden gelen girdiyi desülfürize eden ve katalitik olarak dönüştüren “hydroskimming” adlı prosestir. En basit dönüştürme birimi, büyük hidrokarbon moleküllerinin yüksek sıcaklıkta daha küçük moleküllere dönüştüğü termal krakerdir.

Termal krakerler hemen hemen her girdiyi işleyebilir, ancak nispeten az miktarda hafif ürün üretebilir. Geliştirilmiş bir tip termal kraker koklaştırıcıdır. Dönüşüm verimini ve ürün kalitesini arttırmak için akışkan katalitik kırma ve hidro-kraking işlemleri kullanılmaktadır. Rafinerilerde en önemli çevresel sorun atmosfere olan kirletici salımlarla ilgilidir. Karbon, azot ve kükürt oksitleri, yanma kaynaklı partikül maddeler, uçucu organik karbonlar temel kirleticileri oluşturur.

Rafinerilerde proses ve soğutma amaçlı yoğun su kullanımı ise suyun petrol ürünleriyle kirlenmesine neden olur. Su kirliliği açısından en yoğun faktörler, hidrokarbonlar, sülfitler, amonyak ve bazı metaller sayılabilir. Rafinerilerde açığa çıkan temel atıklar ise çamurlar, kullanılmış kimyasallar (asitler, aminler, katalizörler) ve evsel atıklardır. Rafineriler çok sayıda çalışan istihdam eden tesisler olduğundan, bir rafineriyle birlikte çalışanların yerleşim ve altyapı ihtiyaçlarının yerel yönetim hizmetleri üzerinde getireceği ek yükler de rafinerinin planlanması aşamasında dikkate alınması gereklidir.

Bir rafinerinin işletmeye alınmasıyla, bulunduğu yöredeki ekonomik aktivitenin canlanması söz konusu olacak ve yöre halkı için inşaat ve işletme aşamalarında iş imkanlarının getirdiği olumlu etkiler ortaya çıkacaktır. Rafineriler, yüksek sayılarda istihdam sağlayan büyük projelerdir. Çalışanlar ve ailelerinin oluşturduğu nüfus düşünüldüğünde yeni bir rafineri ile birlikte yeni bir yerleşim oluşabilmekte ya da mevcut yerleşimler büyümektedir. Bu nedenle mevcut altyapı sistemleri üzerinde oluşan yük hesaba katılarak su temini, kanalizasyon, su ve atıksu arıtma, atık toplama-bertaraf hizmetlerinin yerel yönetimlerle koordinasyon içinde planlanması önem taşımaktadır.

Dünya çapında petrol endüstrisi, ABD Pennsylvania’da 1861’de açılan sondaj kuyusundan çıkarılan petrolden gazyağı elde edilmesiyle başlamıştır. Türkiye’de ilk petrol rafinerisi olan Batman Rafinerisi 1955 yılında devreye alınmıştır. Türkiye'nin ilk rafinerisi (Boğaziçi Tasfiyehanesi) 1930 yılında kurulmuş, 1934 yılında kapanmıştır. Günümüzde işletme halinde olan İzmit, İzmir, Kırıkkale ve Batman rafinerilerinde yılda 28 milyon ton ham petrol işleme kapasitesi bulunmaktadır.

Petrol rafinerileri çeşitli ünitelerden oluşan birer komplekstir; rafinasyon, karmaşık bir hidrokarbonlar karışımından diğer bazı karmaşık hidrokarbonlar karışımları elde etme işlemidir. Proseslerde alevlenebilen gazlar ve sıvı ürünler elde edilirken yüksek sıcaklıklar ve yüksek basınçlar uygulanır; gerekli tüm teçhizatın sıcaklığa, basınca, korozyona, gerilime dayanıklılıkları uzmanların denetiminde kontrol altında tutulur. (Prof. Dr. Birsen Beşergil, Ham Petrolden Petrokimyasallara El Kitabı) 

Rafineriler; ham petrolün LPG, nafta, benzin, kerosen, motorin, baz yağ, ısıtma yağı, fuel oil, bitüm, asfalt, kükürt, parafin gibi çeşitli petrol bazlı ürünlere dönüştürüldüğü tesislerdir. Üretim sürecinde; petro-kimya endüstrisinde kullanılan propan/propilen karışımları, saf nafta ve aromatik yağlar gibi yan ürünler de elde edilir.

Rafineriler, çok sayıda kimyasal üretim birimlerinden oluşan büyük komplekslerdir. Rafineri kompleksi içinde veya yakınındaki alanda, gelen ham petrolün ve nihai ürünlerin depolandığı çok sayıda tankın yerleştirildiği depolama tesisleri yer alır. Bir rafineri kompleksi içindeki ana birimler; tuz giderim ünitesi, ham petrolü türevlerine ayıran atmosferik ve vakum distilasyon üniteleri, hidrojen kullanarak nafta içindeki kükürdü gideren hidrojenleme ünitesi, naftayı daha yüksek oktanlı ürünlere dönüştüren katalitik reformer, mazot gibi damıtılmış sıvılardaki kükürdü gideren hidrojenleme, daha hafif ve değerli ürünlere dönüştüren akışkan katalitik kırma ünitesi (AKK) ve hidro-kraking ünitesi, LPG ve keroseni oksidize eden meroks ünitesi, kostik yıkama ünitesi, koklaştırma ünitesi, benzin verimi ve oktan artırmayı sağlayan alkilasyon ünitesi, viskositeyi azaltan vis-kırma ünitesi gibi üretim birimlerinden oluşmaktadır.

Bunların yanı sıra; soğutma kuleleri, buhar kazanları, kontrol vanaları, elektrik trafosu gibi altyapı sistemleri bulunur. Rafineri bünyesindeki arıtma tesisleri; yağ seperatörleri, çözünmüş hava flotasyonu (DAF) ünitesi ve aktif çamur gibi ileri arıtma teknolojileri içerir. Rafineriler, çok yüksek miktarda buhar ve soğutma suyu kullandıkları için su-yoğunluklu sistemlerdir. Bu nedenle, rafineriler genellikle kıyı bölgelerinde inşa edilerek aynı zamanda ham petrolün ve nihai ürünlerin nakliyesi için liman olanaklarına sahip olurlar.

Rafinerilerde en önemli çevresel sorun atmosfere olan kirletici salımlarla ilgilidir. Karbon, azot ve kükürt oksitleri, yanma kaynaklı partikül maddeler, uçucu organik karbonlar temel kirleticileri oluşturur. Rafinerilerde proses ve soğutma amaçlı yoğun su kullanımı ise suyun petrol ürünleriyle kirlenmesine neden olur. Su kirliliği açısından en yoğun faktörler, hidrokarbonlar, sülfitler, amonyak ve bazı metaller sayılabilir. Rafinerilerde açığa çıkan temel atıklar ise çamurlar, kullanılmış kimyasallar (asitler, aminler, katalizörler) ve evsel atıklardır. (IPPC, Reference Document on Best Available Techniques for Mineral Oil and Gas Refineries) Avrupa Birliği ülkeleri çapında rafineri endüstrisi, 2012 yılında kurulan AB Rafineri Forumu ile sektörün gelişimi ve çevre ve temiz enerji konularını da içeren sorunları hakkında tartışmak üzere bir araya gelmektedir. AB bünyesinde bir diğer girişim de 2010 yılında başlatılan “Fitness Check” (Uygunluk Testi) olarak adlandırılan, petrol endüstrisiyle ilgili mevzuatın amacına yönelik olarak uygunluğunu değerlendiren bir programdır. Bu program çerçevesinde 2013-2015 yılları arasında yürütülen bir etki değerlendirme çalışmasıyla rafineri sektörünü etkileyen politikaların uygulanmasını ve etkileşimlerini mercek altına alınmıştır. 

(EU Energy Policies: Refining Sector: https://ec.europa.eu/energy/en/topics/oil-gas-and-coal/oil-refining)

AB rafinerilerini etkileyen mevzuatın başında Yenilenebilir Enerji Direktifi yer almakta olup, direktifle beraber fosil yakıtların yerini almaya başlayan biyo-yakıtlar nedeniyle petrol ürünlerine talebin düşmesine neden olmuştur. Ancak buna karşılık AB dizel yakıt ithalatı artmış, biyodizel tüketim değerlerini aşmıştır. Emisyon Ticareti Direktifi rafineri sektörünü önemli derecede etkileyen bir başka direktiftir.

Temiz ve Enerji Etkin Araçlar Direktifi, Yakıt Kalitesi Mevzuatı, Endüstriyel Emisyonlar Direktifi ve Hava Kalitesi Direktifi sektörü etkileyen diğer müktesebat bileşenleridir. Çevre direktifleri etkisiyle, AB çapında rafinerilerde SO2 üretim yoğunluğunun 2004-2012 arasında % 44 oranında düştüğü görülmektedir. Bunun temel nedeni, rafinerilerin baca gazındaki kükürdü ayırma konusundaki yatırımları ile ilişkilidir. Aynı şekilde 2004-2012 yılları arasında %29 oranında gözlenen NOx düşüşünün sebebi de yine söz konusu çevre direktifleridir. 

(EU Petroleum Refining Fitness Check: Impact of EU Legislation on Sectoral Economic Performance, JRC, 2015)

 

KAYNAKLAR:

https://hlccevre.com/Pdf/rafineriler.pdf

https://www.bunkerist.com/petrol-rafinerisi/