Turning complex mixtures into usable products
Petroleum and the Environment, Part 16/24
Written by E. Allison and B. Mandler for AGI, 2018
Download Print Version
Introduction
Crude oil and natural gas are complex chemical mixtures that are generally unsuitable for direct use. Az olajfinomítás és a gázfeldolgozás ezeket a keverékeket üzemanyagok és egyéb termékek széles skálájává alakítja, miközben eltávolítja az alacsony értékű és szennyező komponenseket.
A finomításnak és a feldolgozásnak pozitív és negatív környezeti hatásai is vannak: bár eltávolítják a káros szennyezőanyagokat és tisztább égésű üzemanyagokat állítanak elő, a finomítók és a feldolgozóüzemek működése során káros szennyező anyagok kerülhetnek a környezetbe, ami hatással lehet a helyi levegő és víz minőségére.
A nyersolaj desztillációja során a különböző üzemanyagtípusok különböző hőmérsékleten kondenzálódnak és kerülnek kivonásra. Image Credit: Wikimedia Commons users Psarianos and Theresa Knott.1
Olajfinomítás
A nyersolaj sok különböző méretű szénhidrogénmolekula keveréke. A kisebb molekulák alacsonyabb hőmérsékleten elpárolognak, ezért a nyersolajat desztillációval szét lehet választani a különböző szénhidrogéneket. A desztillációs eljárás során a nyersolajat elpárologtatják, és a forró gőz egy oszlopban emelkedik felfelé, miközben emelkedés közben lehűl. A különböző szénhidrogének különböző hőmérsékleten párolognak, így az oszlop különböző pontjain folyékony formába kondenzálódnak, így a nyersolaj különböző összetevőkre válik szét, amelyeket aztán tovább lehet feldolgozni, hogy optimalizálják őket a végső felhasználásra.
A nyersolajból kinyert legjövedelmezőbb termékek a benzin és a gázolaj, ezért a finomítók számos technikát alkalmaznak ezen üzemanyagok termelésének maximalizálására. Ezek közé tartozhat a krakkolás (a nagyobb molekulák kisebb molekulákra bontása2), a hidrogénezés (a szennyeződések, például a kén hidrogénnel való helyettesítése az üzemanyag minőségének javítása érdekében3), a reformálás (kisebb molekulák benzinné alakítása2), az alkilezés (sav felhasználásával kisebb molekulákból nagy oktánszámú benzin előállítása4) és a keverés (különböző folyadékok összekeverése a szabályozási előírásoknak megfelelő egységes termékek előállítása érdekében5). A keverési szakaszban az ipari etanolüzemekből származó etanolt is keverik a benzinhez, hogy növeljék annak oktántartalmát, csökkentsék a szén-monoxid-kibocsátást, és megfeleljenek a megújuló üzemanyagokra vonatkozó szabvány követelményeinek.6
A kőolaj-finomítás termékei
A különböző nyersolajok különböző összetételűek, különböző szénhidrogén-keverékeket és változó mennyiségű ként és egyéb szennyeződéseket tartalmaznak. A különböző finomított termékek aránya a finomított olajtípusok változásával, a különböző termékek iránti kereslettel és a keresletet befolyásoló szabályozásokkal változik. A nyersolaj nagyjából 80-85%-a benzin, dízel vagy repülőgép-üzemanyag formájában végzi. A maradékot cseppfolyósított gázok, petrolkémiai alapanyagok és számos más termék előállítására használják fel.7 2016-ban az Egyesült Államok 141 finomítója naponta átlagosan 9,3 millió hordó benzint, 3,7 millió hordó alacsony kéntartalmú gázolajat és 1,6 millió hordó sugárhajtómű-üzemanyagot állított elő.8
Olajfinomítók (nyitott négyzetek) és gázfeldolgozó üzemek (kék) az Egyesült Államokban 2018 februárjában. Nem látható: két finomító Hawaiin és öt Alaszkában. Képhitel: U.S. Energy Information Administration.17
Földgázfeldolgozás
2017-ben az Egyesült Államokban 33 billió köbláb földgázt termeltek ki.9 Ennek egy kis részét a terepi műveletekben használták fel, visszasajtolták a föld alatti tározókba, kiszellőztették vagy fáklyázták; a többit 550 gázfeldolgozó üzemben dolgozták fel, hogy 27 billió köbláb csővezetékes minőségű földgázt állítsanak elő.10,11 A vezetékes minőségű gáznak szigorú energiatartalom- és tisztasági előírásoknak12 kell megfelelnie a lakossági, kereskedelmi és ipari felhasználásra, beleértve a földgázerőműveket is.
A feldolgozás előtt a földgáz nagyrészt metánból áll, változó arányban más szénhidrogénekkel, szén-dioxiddal (CO2), kén-dioxiddal, nitrogénnel, vízgőzzel és héliummal.13 A gázfeldolgozás eltávolítja a földgáz nem metán összetevőinek egy részét annak érdekében, hogy:
- Az égés javítása és a korrózió csökkentése a víz eltávolításával
- A káros savak képződésének megakadályozása a káros vagy korrozív gázok – különösen a kén és a CO2 – eltávolításával, amelyek egyébként kis mennyiségű vízzel savak képződését eredményeznék
- A gáz energiatartalmának szabványosítása a kemencékben és más berendezésekben történő egyenletes égés biztosítása érdekében, nevezetesen a nem éghető gázok, például a CO2 és a nitrogén eltávolításával
- Extraháljon értékes mellékgázokat más felhasználási célokra (pl.g., egyéb szénhidrogének és hélium)
A gázfeldolgozás során kivont nem metán szénhidrogéneket együttesen “földgázfolyadékoknak” (NGL) nevezik, mivel nagy nyomáson vagy alacsony hőmérsékleten könnyebben képeznek folyadékot, mint a metán. Az NGL-ek közül a leggyakoribbak az etán, a propán és a bután. Az etánt és a propánt nagy mennyiségben tovább feldolgozzák, hogy műanyag alapanyagokat készítsenek belőlük (lásd “A kőolaj és a földgáz nem üzemanyag jellegű termékei” ebben a sorozatban), míg a propánt és a butánt folyadékká sűrítik, hogy energiadús gázüzemanyag-forrást biztosítsanak a hálózaton kívüli felhasználásra.
A földgázból a nem metán összetevők eltávolítására használt fő módszerek az abszorbensek és a hűtés. Különféle abszorbensek használhatók, többek között speciális olajok (az NGL-ek esetében), glikol (víz esetében), aminok (kén és CO214 esetében), valamint zeolit vagy olajabszorpció (nitrogén esetében15). A földgáz különböző hőmérsékletre történő lehűtése lehetővé teszi a különböző összetevők eltávolítását, amint azok folyadékká kondenzálódnak. Ez a nitrogén eltávolításának legelterjedtebb módszere: a földgázt addig hűtik, amíg a metán el nem cseppfolyósodik, és így a nitrogéngáz kivezethető.16 Az NGL-eket egyetlen keverékben is el lehet távolítani, amelyet aztán különböző hőmérsékletre melegítenek, hogy az egyes NGL-eket sorban elkülönítsék18 . A feldolgozás után a gáz “száraznak” tekinthető, és készen áll arra, hogy csővezetéken keresztül a végfelhasználókhoz szállítsák.
Finomítás, feldolgozás és a környezet
A finomítás és feldolgozás csökkenti a kőolajból és földgázból származó üzemanyagok környezeti hatását a káros szennyező anyagok eltávolításával és az égetés során a megbízhatóságuk javításával. A finomítóknak és a feldolgozóüzemeknek azonban megvannak a maguk környezeti hatásai, és az ezek minimalizálására szolgáló megfelelő eljárások. Ezekről bővebb információ e sorozat más részeiben található: “A metánkibocsátás mérséklése és szabályozása” és “A kőolaj és földgáz levegőminőségi hatásai.”
A szén-dioxid (CO2) változó arányban fordul elő a földgázban, és a feldolgozóüzemekben eltávolítják a gáz minőségének javítása érdekében. Ennek a CO2-nek a nagy része a légkörbe kerül, és az USA teljes üvegházhatású gázkibocsátásának körülbelül 0,4%-át teszi ki (összehasonlításképpen: a földgáztermelés és -elosztás során a metánszivárgás a becslések szerint az USA kibocsátásának körülbelül 3%-át teszi ki).19 Néhány gázfeldolgozó üzem a feldolgozás során a földgázból eltávolított CO2-t felfogja; ezt a felfogott CO2-t az olajmezőkbe fecskendezik az olajkitermelés fokozása érdekében.20
1 File:Crude Oil Destillation-en. Wikimedia Commons felhasználó Psarianos & Theresa Knott. A CC BY-SA 3.0 licenc alapján reprodukálva.
2 Centre for Industry Education Collaboration, University of York (2014). Krakkolás és kapcsolódó finomítói folyamatok. The Essential Chemical Industry – online.
3 Kokayeff, P. et al. (2014). Hidrogénezés a kőolajfeldolgozásban. In: Treese, S., Jones, D., Pujado, P. (szerk.). A kőolajfeldolgozás kézikönyve. Springer, Cham.
4 U.S. Energy Information Administration (2013). Az alkilezés a benzin oktánszámának fontos forrása. Today in Energy, 2013. február 13.
5 U.S. Environmental Protection Agency – Gasoline Standards: Gasoline Reid Vapor Pressure.
6 U.S. Energy Information Administration – Biofuels: U.S. Energy Information Administration: Ethanol and Biodiesel Explained – Use of Ethanol.
7 U.S. Energy Information Administration – Oil: U.S. Energy Information Administration: Crude and Petroleum Products Explained – Refining Crude Oil.
8 U.S. Energy Information Administration – Petroleum & Other Liquids: U.S. Product Supplied, Total Crude Oil and Petroleum Products.
9 U.S. Energy Information Administration – U.S. Natural Gas Gross Withdrawals.
10 U.S. Energy Information Administration – Natural Gas Annual Respondent Query System, EIA-757: Natural Gas Processing Capacity by Plant, Data through 2014.
11 U.S. Energy Information Administration – U.S. Dry Natural Gas Production.
12 North American Energy Standards Board.
13 Penn State College of Earth and Mineral Sciences, e-Education Institute – Petroleum Processing: Natural Gas Composition and Specifications.
14 Rufford, T.E. et al. (2012). A CO2 és N2 eltávolítása a földgázból: A hagyományos és a kialakulóban lévő feldolgozási technológiák áttekintése. J. Pet. Sci. Eng., 94-95, 123-154.
15 Sep-Pro Systems – Nitrogen Rejection Units.
16 U.S. Energy Information Administration (2006). Natural Gas Processing (Földgázfeldolgozás): The Crucial Link between Natural Gas Production and Its Transportation to Market.
17 U.S. Energy Information Administration – U.S. Energy Mapping System.
18 U.S. Department of Energy (2017). Natural Gas Liquids Primer, with a Focus on the Appalachian Region.
19 U.S. Environmental Protection Agency (2017). Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990-2015.
20 Global CCS Institute – Projects Database: Large-scale CCS facilities.
Petroleum and the Environment
Töltse le a Petroleum and the Environment teljes PDF változatát (ingyenes) vagy vásároljon nyomtatott változatot (19,99 $).
A sorozat további részei:
1. Petroleum and the Environment: an Introduction
2. Water in the Oil and Gas Industry
3. Induced Seismicity from Oil and Gas Operations
4. Water Sources for Hydraulic Fracturing
5. Water Sources for Hydraulic Fracturing
5. A kitermelt víz felhasználása
6. A felszín alatti vizek védelme az olaj- és gázkitermelésben
7. Elhagyott kutak
8. Mi határozza meg egy kút helyét?
9. Földhasználat az olaj- és gáziparban
10. A Pinedale gázmező, Wyoming
11. Nehézolaj
12. Olaj és gáz az amerikai sarkvidéken
13. Offshore olaj és gáz
14. Szivárgás az olaj- és földgázmezőkön
15. Olaj, gáz és finomított termékek szállítása
16. Olajfinomítás és gázfeldolgozás
17. A kőolaj és földgáz nem tüzelőanyag jellegű termékei
18. A kőolaj és földgáz levegőminőségi hatásai
19. Metánkibocsátás az olaj- és gáziparban
20. A metánkibocsátás mérséklése és szabályozása
21. Az olaj- és gázipari tevékenységek szabályozása
22. Egészségvédelem és biztonság az olaj- és gázkitermelésben
23. Felszín alatti adatok az olaj- és gáziparban
24. Földtudósok a kőolajiparban és a környezetvédelemben
Kifejezések glosszáriuma
Frissítés dátuma: Szerző: E. Allison és B. Mandler az AGI számára, 2018
Szerző: E. Allison és B. Mandler az AGI számára
2018-06-01
Petroleum and the Environment, Part 16/24
.