Mistä maaöljy koostuu?

Mistä maaöljy koostuu? Tärkeimmät komponentit

Selvitys siitä, mistä maaöljy koostuu, auttaa ymmärtämään tämän fossiilisen polttoaineen luonnetta ja sen hyödyntämistä teollisuudessa. Raakaöljyn monimutkaisen rakenteen hahmottaminen estää virheelliset tulkinnat sen jalostusprosesseista. Alkuaineiden ja yhdisteiden välisten suhteiden ymmärtäminen tuo merkittävää hyötyä kemian perusilmiöiden opiskelussa.

Mitä aineita maaöljyssä on?

Maaöljyn kemiallinen koostumus voi vaihdella huomattavasti riippuen sen esiintymispaikasta ja geologisesta iästä, joten tarkkaa universaalia kaavaa ei ole. Yleisesti ottaen raakaöljy koostuu pääasiassa hiilivedyistä, joiden osuus vaihtelee laajasti noin 50 prosentista aina 97 prosenttiin saakka öljyn laadusta riippuen.

Alkuainetasolla tarkasteltuna tämä fossiilinen polttoaine sisältää eniten hiiltä, jonka osuus on tavallisesti 83-87 prosenttia, ja vetyä, jota on noin 10-14 prosenttia. Loppuosa seoksesta muodostuu muiden alkuaineiden, kuten rikin, typen ja hapen yhdisteistä sekä vähäisistä määristä metalleja.

Kun aloin aikoinaan opiskella prosessitekniikkaa, kuvittelin raakaöljyn olevan jotenkin tasalaatuista nestettä. Totuus iski vasten kasvoja ensimmäisissä laboratoriotöissä - se on paksua, haisevaa ja täysin arvaamatonta kemiallista kaaosta. Eri esiintymisalueiden näytteiden viskositeetti ja haju erosivat toisistaan niin rajusti, että oli vaikea uskoa niiden olevan samaa alkuperää. Tämä monimuotoisuus tekee jalostuksesta vaativaa.

Raakaöljyn tärkeimmät hiilivetyryhmät

Maaöljyssä olevat tuhannet erilaiset hiilivety-yhdisteet jaetaan rakenteensa perusteella alifaattisiin, alisyklisiin ja aromaattisiin ryhmiin. Alifaattiset eli avoketjuiset hiilivedyt, kuten parafiinit, muodostavat usein merkittävän osan kevyistä öljylaaduista.

Maaöljyn sisältämät yhdisteet määrittävät suoraan sen, mihin tarkoitukseen se parhaiten soveltuu ja miten työlästä sen jalostaminen on: Parafiinit (alkaanit): Avoketjuisia, tyydyttyneitä hiilivetyjä, joiden osuus raakaöljyssä on tyypillisesti 15-60 prosenttia. Nafteenit (sykloalkaanit): Alisyklisiä, rengasrakenteisia mutta tyydyttyneitä yhdisteitä, jotka muodostavat usein noin 30-60 prosenttia seoksesta. Aromaattiset hiilivedyt: Tyydyttymättömiä rengasrakenteita, kuten bentseenijohdannaisia, joiden pitoisuus vaihtelee 3-30 prosentin välillä.

Butta tässä on eräs mielenkiintoinen seikka, jonka monet jalostuksen yksityiskohtia tuntemattomat ohittavat - ja tulen avaamaan tämän ilmiön vaikutukset tarkemmin jäljempänä olevassa epäpuhtauksia käsittelevässä osiossa. Kyse on siitä, miten hiilivetyketjujen pituus vaikuttaa suoraan aineen olomuotoon huoneenlämmössä ja vaatii tarkkaa tislausprosessia.

Maaöljyn muut ainesosat ja epäpuhtaudet

Hiilen ja vedyn lisäksi raakaöljy sisältää aina vaihtelevia määriä muiden alkuaineiden muodostamia heteroatomiyhdisteitä. Rikin määrä on näistä kriittisin, sillä se voi vaihdella alle 0.1 prosentista aina yli 6 prosenttiin saakka raakaöljyn laadusta riippuen.

Tässä on se kriittinen tekijä, jonka mainitsin aiemmin: korkea pitoisuus rikkivetyä tai muita rikkijhdisteitä tekee öljystä niin sanotusti hapanta. Rikki on jalostamoille painajainen - se syövyttää metallipintoja, myrkyttää kalliita kemiallisia katalyyttejä ja aiheuttaa palaessaan ympäristölle haitallisia päästöjä, jos sitä ei poisteta huolellisesti.

Typpi- ja happiyhdisteitä on raakaöljyssä yleensä vähemmän, tyypillisesti typpeä on alle 2 prosenttia ja happea alle 1.5 prosenttia. Lisäksi öljyssä on mikroskooppisen vähän metalleja, kuten vanadiinia ja nikkeliä, mutta jo nämä olemattomat hivenmäärät voivat pilata jalostamon prosesseja.

Maaöljyn pääkomponenttien vertailu

Parafiinit (Alkaanit)

- 15-60 prosenttia kokonaismäärästä

- Erinomainen raaka-aine bensiinin ja korkealaatuisen dieselin valmistukseen

- Suoraketjuiset tai haarautuneet avoketjuiset hiili-vetyketjut

Nafteenit (Sykloalkaanit)

- 30-60 prosenttia kokonaismäärästä

- Tärkeä komponentti moottoripolttoaineissa ja voiteluöljyjen pohjana

- Saturaatioasteeltaan täynnä olevat rengasrakenteiset hiilivedyt

Aromaatit

- 3-30 prosenttia kokonaismäärästä

- Korkea oktaaniluku, käytetään petrokemianteollisuuden raaka-aineina

- Tyydyttymättömät, tasomaiset kuusirenkaiset bentseenirakenteet

Pohjanmeren kevyen öljyn matka jalostamolle

Nesteen hankintatiimi Espoossa kohtasi haasteen loppuvuodesta, kun erään perinteisen öljykomponentin toimitukset viivästyivät. Tiimin oli pikaisesti analysoitava korvaavan, Pohjanmereltä peräisin olevan kevyen raakaöljyn kemiallinen soveltuvuus jalostamon prosesseihin.

Ensimmäinen yritys tislata uutta erää sellaisenaan aiheutti kuitenkin odottamattomia vaikeuksia tislauskolonnien lämpötilatasapainossa. Kevyiden jakeiden suuri määrä yllätti operaattorit, ja prosessin paineennousu pakotti hidastamaan tuotantoa kahteen otteeseen.

Laboratoriotutkimusten ja tarkan analyysin jälkeen insinöörit ymmärsivät, että uuden öljyerän alifaattisten hiilivetyjen ketjupituus oli huomattavasti lyhyempää kuin aiemmin käytetyssä raskaammassa raakaöljyssä. Ratkaisuksi tiimi sääti esilämmityksen profiilia ja muutti tislauksen viipymäaikaa.

Muutosten ansiosta prosessointikyky palautui normaaliksi, ja jalostamo onnistui nostamaan korkealaatuisen bensiinin saantoa noin 12 prosenttia verrattuna vanhaan raakaöljylaatuun, tehden operaatiosta taloudellisesti erittäin kannattavan.