Petrol ve doğal gaz

Petrol ve doğal gaz
Dünyanın ilk petrol kuyusu. Pennsylvania’da IABD) Albay Edwin L. Drake tarafından Ağustos 1359’da açılmıştır. Yerin 21 m altında ham petrol bulan Albay Drake günümüzün en büyük sanayiinin temellerini attı. I975’e gelindiğinde dünyada, günlük toplam üretimleri 55 milyon varili (bir varil 159 litreye eşittir) aşan 600.000’den fazla petrol kuyusu açılmıştı

Bileşimi, Kaynağı ve Bulunduğu Yerler

Petrol, hidrokarbonların (kar bon ve hidrojenden oluşmuş kim vasal bileşikler) karmaşık bir karı şımıdır. Bunların yoğunluğu metan gibi hafif gazlarla, maden katranı gibi ağır katilar arasında değişir Renkleri de sarıdan başlayıp yeşil, kırmızı, kahverengi ve siyaha ka dar uzanan çeşitliliktedir Tipik ham petrol yaklaşık yüzde 85 kar bon ve yüzde 15 hidrojenden oluşmuştur. Doğal gaz, ham petrolün en düşük yoğunluktaki kısmından (7) oluşur, ama sık sık petrolsüz de bulunduğu görülür.

Petrolün, yüz milyonlarca yıl önce yaşamış olan tekhücreli bitki ve hayvanların ürünü olduğu dü şünülmektedir. Bu tekhücreliler öl dükten sonra tortular halinde bı
rikmiş ve özel koşullar altında çürüyerek petrolün oluşmasına neden olmuşlardır Bazı doğal gazların oluşma nedeni daha basittir-, metan, bitkilerin bakteriyel ayrışması sonucu ortaya çıkar ve bataklık alanlarda bulunur

Petrol birikintileri, oluşumlarından sonra, 30 m ile 7600 m arasında değişen derinliklerdeki gözenekli kavalar arasında tutuluncaya kadar sık sık yer değiştirir. Bu yüzden petrol yatakları, büyük mağaralara toplanmış sıvı petrol ve gaz birikintileri halinde değil, geniş bir alana dağılmış durumdadırlar.

İlk arayıcılar kuyuları, petrolün kendiliğinden yüzeye sızmış olduğu yerlerde açtılar. Günümüzde yüzey vöntemi bazen halâ yararlı olabilirse de, petrol aramaları genellikle daha bilimsel yöntemlere (2) dayandırılmaktadır. Toprağın görünümü ve belirli tortu kayalarının varlığı kazılmaya uygun yerler konu sunda fikir verebilir. Sismik araştırmalar (kayalara çarpan ses dalgalarının etkilerinin ölçümü) geniş çapta kullanılmaktadır. Bu yöntemde araştırmacılar pek derin olmayan bir kuyuya patlayıcı madde yerleştirirler, sonra bu maddeyi patlatıp mikrofonlarla yeraltı yapılarından gelen yankıların derinlik lerini saptarlar Petrol yataklarının
bulunmasında yerçekimi araştırmalarından da yararlanılabilir. Bazen uçaklara yerleştirilen duyarlı aygıtlarla yerçekimi alanındaki değişimler saptanarak petrol içeren jeolojik yapılar konusunda fikir edinilir. Bu tür yöntemler, arayıcıların petrol bulma şansını otuzda birden vaklaşık beşte bire yükseltmiştir.

Kuyu Açma Yöntemleri

İlk sondajlar, kuru çukurlarda darbeli delicilerle yürütülüyordu Bu kuyularda bulunan petrolün dışarı fışkırmasını önleyecek hiçbir önlem alınmazdı. Modern yöntemler bunu, sondaj «çamuru» (kuyuya doldurulup basınç yoluyla fışkır mayı önleyen özel olarak hazırlanmış bileşikler) içine gömülü döner sondaj avgıtı kullanarak önlerler.

Sondaj matkabı, içinden çamurun pompalandığı bir çelik tübün ucunda aşağı doğru indirilir Mat kap kayayı delerken toprak ve kaya parçaları çamurla yüzeye çıkarılır. Burada çamur, jeologlar tarafından incelenerek kaya yapısının daha önce yapılan araştırma sonuçlarına uygun olup olmadığı denetlenir Çamur süzülerek molozdan arındı rılır ve yeniden çukurun dibine gönderilir. Petrol kuyularının açılışı sırasında karşılaşılabilecek tehli keler arasında, petrol yada gaz fıs?-
1) Petrol aramo kuyularında bir dizi çelik boruyu içinde petrol bulunan kayaya daldırmak için bir son-dal takımı kullanılır Ucu genellikle elmas olan sondai matkabı, bir camursu sıvıyla yağlanır
Artar» direne
2) Deneysel kaya sondajı, sondai profili olarak adlandırılır. Bilim adamları petrol barındırabilecek kayaların elektriksel ve radyoaktif özelliklerini ölçerler Bir deney kuyusu açarak, [Al kayadan çıkan elektrik gerilimini (iç-potansiyel kesimi);

|BI içinden geçirilen
Artan gama ışı
akıma karsı kayanın direncini (direnç kesimi); IC1 kaya tarafından çıkarılan gama ısınlarının yoğunluğunu (gama ışını kesimi); |D1 bir detektörle kuyuya bir radyoaktivite B kaynağı indirildikten sonra çıkarılan qama ısınlarını (nötron kesimi). ölçerler.
Artan gama ısını yoâunluûu

U| Siyah sist
A I–7*

Artan ic-potansivel
1 Ek boru parçaları

2 Sondoicubuâu

3 Döner olaka

4 Elektrik motoru

5 Yaö deposu

6 Kimvosol katkı maddeleri

7 Elmas uçlu matkap

kırmaları ve sondaj borularının sıkışması sayılabilir. Fışkırmalar seyrek olur, ama bunları önlemek için sondaj yerlerinde hızla deliği tıkayabilecek güvenlik araçları bulundurulur. Sıkışan sondaj matkapları bazen özel araçlarla kurtarılabilir Bu başarılamazsa sondaj çubuğunun çıkarılabilen bölümü kurtarılır, geri kalan bölümü kuyuda bırakılır ve yakın bir yerde yeni bir kuyu açılır.

Bir kez açılan kuyunun içine, 22,9 sm’lik bir boru indirilir. Bu borunun çevresinde kalan boşluk ise beton pompalanarak kapanır. 7,6 sm’lik borulardan oluşan bir üretim çubuğu gerekli derinliğe daldırılır. Daha sonra kuyunun dibine «çukur dibi delgisi» denilen bir patlayıcı indirilir ve kaplamayla beton arasından geçebileceği delikler açması için patlatılır

Taşıma ve Depolama

Petrolü ve gazı kuyulardan rafinerilere taşımak için en uygun yol boru hatları (6) döşemektir Çapları 1,22 m’ye varan kaynakl çelikten yapılan borular, asfaltlı ke çe ile kaplanarak korunur ve ço ğunlukla yer altına gömülürler Petrol boru hattı boyunca yerleş tirilen pompolama merkezleri, tıkı mı ve basıncı sağlar
Denizden taşıma daha pahalıdır. Orta Doğu’dan petrol taşımak için kullanılan dev tankerler, deniz taşımacılığında kullanılan en büyük gemilerdir. Bu gemilerin kapasitesi bir milyon varili aşar. Sıvılaştırılmış doğal gaz da deniz yoluyla, sıvılaştırılmış doğal gaz (SD G) taşıyıcıları adı verilen ve petrol tankerlerinden daha da pahalı olan gemilerle taşınabilir (5)

Petrol genellikle 30 m genişliğinde ve 9 m yüksekliğinde tanklarda saklanır. Doğal gaz ise, sıvı hale getirilerek ya soğutulmuş kazanlarda yada toprağın dondurulmasıyla sızdırmaz duruma getirilmiş yeraltı mağaralarında depolanabilir. Bu mağaraların içine 40 m çaplarda çukurlar kazılarak içleri sıvı gazla doldurulur ve üstleri yalıtılmış bir kapakla örtülür. Sıvı gaz bundan sonra kendi kendine donmuş halde kalacaktır.

Tüketim bölgeleri yakınlarındaki eski yeraltı petrol ve gaz ya taklarından gaz depolamak için yararlanmak da çok elverişli bir yöntemdir. Bu yöntem, Amerika Birleşik Devletlerin’de çok kullanılır. Kullanılmayan kömür madenleri de doğal depolar olarak kullanılabilir. Fontaine L’Eveque’deki (Belçika) depo 500 milyon metre küp gaz alır.
ayrıca bak:
64 Petrolün rafine
edilmesi
46 Temel motor türleri
66 Yakıt ve enerıı
tasarrufu

ya yakıt olarak kullanılır. Doğal gaz, pet-rokimya sanayiinde hammadde olarak kullanılarak bir dizi başka kimyasal maddeye dönüştürülebilir.
Doğal gaz genellikle

deniz yatağı altında bulunur. Ev ısıtması ve yemek pişirmek için yada sınai ısıtma ve elektrik üretimi iç’n doğrudan doğru-
4) Bir gaz sondaj yerinde [1] doğal gaz kovuğuna [3] bir dizi boru [2] indirilir. Bu borular karaya bir boru hattıyla [41 bağlanır.
5) Gaz, boru hatlarıy- ‘

la yada özel gemilerde [1] taşınır. Kullanılmadan önce çeşitli kimyasal maddelerden arındırılması için işlenmesi gerekir. Su ve sıvı hidrokarbonlar bir genleşme bölmesinde Î2] ayrılır. Kükürt bileşiklerini alkali ayırır [31 ve bunlar yararlı yan ürünler olarak temizlenip depolanırlar [41. Geriye kalan öteki sıvılar da ayrılır [51 ve artan gaz basınç altında sıvılaştrılarak yeraltında [61 depolanır. Gaza gerekseme duyulduğunda sıvı buharlaştırılır [71 ölçülür ve ulusal gaz şebekesine [91 pompalanır [81. Daha küçük borularla da evlere ve sınai tüketicilere f 101 götürülür.
saptamak için X ısınlarıyla kontrol edilir [31 ve betonla kaplanır [41. Yeraltına yerleştirmek için bir ma-kinayla [51 hendek ka zılır ve borular gene kaynaklanır, X ışınla rıyla kontrol edilir [61.
6) Petrol yada gaz

için boru hatları su altına [Al yada yeraltına fBl döşenebilir. Bir malzeme teknesinde [11 taşınan borular döşenmeden önce, birbirlerine kaynakla birleştirilir [21, delikleri
7) Doğal gaz genellikle metan ve daha yüksek hidrokarbon gazla rıyla biraz azot, karbon dioksit ve bazen helyumdan oluşur. Genellikle metan, aa-zın vüzde 85 ile 25 arası bir kısmını oluş-
turur. Hafif, yanmaz bir gaz olan ve balonları doldurmada kullanılan helvumu ayırmak ekonomik acıdan yararlıdır Kükürt bileşiklerinin oluşturduğu fazlalıklar da ayrılmalıdır.

Petrolün rafine edilmesi
«Kaya yağı» (Latince petra: kaya ve oleum: yağ) anlamına gelen petrol plastikler, ecza maddeleri, kozmetikler, yapıştırıcılar, cilalar, boyalar, patlayıcılar ve tarım ilaçları gibi çeşitli kimyasal maddelerin kaynağıdır. Ham petrol, hidrojen ve karbondan oluştuğu için hidrokarbon adı verilen yüzlerce tür kimyasal madde içeren karmaşık bir karışımdır. Fiziksel özellikleri açısından ham petrol sarı, yeşil kırmızı yada kahverengiden siyaha kadar uzanan çeşitli renklerde, yapışkan ve yanıcı bir sıvıdır. Aynı zamanda flüoresanlı da olabilir. Bileşimi, alındığı kaynağa göre önem li ölçüde değişir

Hidrokarbonlar, parafin (CnH>nill genel denklemine sahip siklo olmayan bileşik), naftenler (siklopara finler, genellikle siklopentan C H)B yada sikloheksan C,,H,, ve bunların türevleri) yada aromatikler (bir yada daha fazla 6 karbonlu halkalara sahip benzene ilişkin madde ler) olabilir.

Petrol Nasıl Rafine Edilir

Ham petrol bir rafineride (1) işlenir. Önce hidrokarbon karışımı çeşitli bileşenlerine (damıtık mad deler adı verilen) ayrılır. Çeşitli hidrokarbonlar değişik sıcaklıklarda kaynarlar ve böyleçe ayrımsal
damıtma yoluyla (damıtık maddelerin uzun düşey kolonun değişik düzeylerinde kaynamaları, yoğun laşmaları ve ayrışmaları için ısıtma) ayrılır. Bunlar daha sonra bir kez daha rafine edilir yada kimya sal olarak değiştirilir ve bazen kalitesini yükseltmek için doğrudan damıtılmış maddelerle tekrar karış tırılır.

Kaynama noktalarına göre sıralanmış 8 ana damıtık madde gazlar (kolonun tepesinden çıkan), benzin, kerosen, dizel yakıtı, yağlama yağı, fuel-oil, parafin (hepsi de damıtılmış olarak) ve kolonun dibinde toplanmış ziftli bir artık-dır. Çeşitli petrol ürünleri elde etmek için gereken ayrılma dereceleri petrol bir dizi kolondan geçirilerek sağlanır. Ürünlerin nicelikleri ve özellikleri, pazarın gereksemelerine uygun olarak ayarlanır Otomobil sayısı çoğaldıkça benzine olan talep de artar; aynı biçimde, havacılıkta jet motoru yakıtı olarak kullanılmasıyla birlikte kerosen pazarı da genişlemiştir.

Rafine etmede kazandırılan esneklik, büyük moleküllerin küçük moleküller halinde parçalanmasıyla yani «cracking»le sağlanır. Bu yolla, dizel yakıtında kullanılanlar gibi, a”ir damıtık maddeler benzine dönüştürülebilir Damıtık petrol
maddelerinin kalitesini yükseltmek için, bu maddeler «yenilenebi lir» (reforming). Yenileme işlemi, maddelerin hidrojenle karıştırılıp bir katalizör üzerinde ısıtılmasından oluşur Düz zincir hidrokarbon molekülleri otomobil motorlarında daha iyi bir kullanım sağlayan halka yapılar halinde yeniden düzenlenir. Ortaya çıkan karışım tekrar damıtılır. Ürünler, işlenmiş benzinin yanısıra tolüen ve ksilen (kimyasal madde yapımında kullanılan) de içerirler; ayrıca hidrojen elde edilir.

Dönüştürme İşlemleri

Küçük moleküller tepkimeye sokularak daha büyük moleküller oluşturulur Böylece yeni bir petrol kaynağı elde edilir. Bu işleme yabancı maddeleri atmak için yapılan işlemler eşlik eder (3). Son zamanlarda hava kirlenmesine karsı du yulan kaygı yüzünden bunların önemi gittikçe artmaktadır Sözgelimi kükürtü çıkarmak için ham madde hidrojenle işlenerek hidro jen sülfür haline getirilir ve sonra hidrojen sülfür ayrılır: kükürt değerli bir yan üründür.

Kimyasal maddeler önceleri artık rafineri gazından elde edilirdi. Bu hâlâ kullanılan bir kaynak olmakla birlikte yerini petrolden.
1) Modern bir petrol

rafinerisi, içinde, damıtma gibi fiziksel işlemlerin ve bir katalizör yardımıyla organik bileşiklerin parçalanması gibi karmaşık kimyasal tepkimelerin, tonlarca madde üzerinde sürekli olarak gerçekleştirildiği dev bir kimyasal laboratuvar-dır. Rafineriye işlenmek için giren hammadde kara ve deniz-
deki kuyulardan çıkarı- 1 lan ham petrolün [11 damıtma yoluyla ana bileşenlerine ayrılmasıdır [2]. Dizel yakıtının bir kısmından kükürtü ayırmak gerek-
tiği halde, üç ana damıtık madde olan ben zin, kerosen (parafin) ve dizel yakıtı doğruca depoya gönderilir [3]. Daha ağır olan damıtık dizel maddesinin bir kısmı, parçalanarak daha hafif petrol yakıtı ve gaz haline geldiği bir katalizörlü «cracking» ünitesine [4] geçer. Damıtma sonrasındaki daha ağır damıtık maddeler de is-
leme tabi tutulur. Biı vakumlu damıtma ür tesi [5], içinden pare fin mumunun alındıâ [6] yağlama yağı ve fuel-oil üretir. Bu ürünlerin çıkarılması da eritgenler [7] de kullanılabilir. Fuel-oi in ağdalığı (viskozite ayarlanır [8]. En ağıı damıtık madde yolla rı asfaltlamada kulla nılan ve katransı bir madde olan~zifttir [9
Dönüştürme
1 Ham oe»rol
2 Avrımsal damıtma kulesi

3 Kükürt çıkarma ünitesi

4 Katalizorlu «crackina» ünitesi
5 Vakum damıtma ünitesi
6 Parafin olma ünitesi

7 Eritaen ozutleme ünitesi

8 Aör*alık »vskozite) ayarlayıcı
9 Zift koruöu
İsleme
Dizel yakıtı
Kımvasal maddeler
Yanlama yağı
Parafin
Fuel-oil

Bir petrol rafineri*!,

okyanus tankerlerinin getirdiği ham petrolü
alır ve onu benzine, öteki yakıtlara, yağlara, parafine
ve kimyasal maddelerin hammaddesine dönüştürür.
Bugün en önemli ana kimyasal addeler etilen (6) ve propilendir. j «yapı taşları» polietilen ve po-propilen plastikleri elde etmek in dolaysız olarak polimerleşir. ‘.ilen PVC, polistiren, antifriz, pol-îsterler ve etil alkol^ gibi mad-slere dönüştürülür ve bir kısmı ntetik kauçuk elde etmede kulla-lir. Polipropilen türevleri arasını eritgenler, akrilik lifler, poliüre-n, köpük plastik, naylon ve kılabilir olan boya tabakaları ile ıçineye esneklik vermek için kul-nılan «plastikleştiriciler» bulunur.

İkinci derecede önemli olanlar, snzen, tolüen ve ksilen gibi aro-atiklerdir. Ana kaynağı katalizör-ı yenileme işlemidir, ama bazı ‘omatikler damıtık petrol madde-rinin hidrojenle işlenmesinden mra naftaların özel «cracking» ılemi sırasında elde edilir Bu,
ellikle petrol naftasından -Crac-ng- yöntemiyle damıtılan etilen ! propilen gibi gazlara bırakmış-Tolüen gibi bazı kimyasal mad-îler, rafine işlemi sırasında elde lilir. Bu yolla bütilenler de elde tilir ve birçok sentetik kauçuğun ıa maddesi olan bütadien yada itgenlere dönüştürülebilir.

îtrol Türevleri
gerekenden fazla tolüen üretir ve artanı benzene dönüştürülür. Bundan da naylon, polistiren, sentetik kauçuk, reçine ve deterjan yapılır. Tolüen aynı zamanda eritgenlerin ve poliüretan reçinesinin de temel maddesidir. Aromatik serinin daha yukarısında ksilenler, polyester liflerine ve plastikleştiricilere dönüştürülmede kullanılır. Bir sentez ana maddesi olan asetilen bugün genellikle petrol kaynaklarından elde edilir. Kükürtten sonra gelen başka bir önemli inorganik ana kimyasal madde, yapılması için gerekli hidrojenin nafta yada doğal gazdan sağlandığı amonyaktır.

Kerosen (bir zamanlar parafin yağı olarak bilinen), evlerde ısıtma işlerinde, lambalarda, jet motorlarının yakıtı yada yakıt bileşeni olarak kullanılan bir petrol türevidir.

Petrol dünya plastiğinin, reçinesinin, sentetik kauçuğunun, ipliğinin (selülozdan elde edilenin dışında) ve kimyasal eritgeninin yüzde 90 ından fazlasını ve dünya sentetik deterjanının yaklaşık yüzde 50 sini sağlar Bir kuşaktan biraz daha fazla bir zaman önce bunlar büyük ölçüde bitkisel kaynaklardan, ağaç ve kömürden elde edilirdi. Ne var ki, petrol rezervlerinin sınırlı olduğu da bilinmektedir.
ayrıca bak:
62 Petrol ve doğal
gaz
222 Kimya mühendisliği

etroldeki hidrokor

ar. çizgisel yada zincir (uzantılar» yada olmayan on atomlarının «belkemiği») ya-amelde dairesel x>n atomlarının ınun halka içinde
bulunduğu) durumdadır Moleküllerin büyüklük yada biçimleri, kaynama noktası ve oktan sayısı (yakıt oranı) gibi özellikleri belirler. Normal heptanın düz bir zinciri vardır ve 98,4°C’de kaynar, oysa
2) Ayrımsa! bir damıtma kulesi [A] içinde hammaddenin ana bileşenlerine ayrıldığı damıtma ünitesidir. Kızdırılmış su buharı petrolü kaynatır ve buhar kulenin değişik yüksekliklerinde toplanır. Buhar, yatay bölmelerde sıvı halinde yoğunlaşır ve kenara kaçar. Bir dizi kabarcık başlığı [B], buharın ve su buharının yukarı yükselmesine olanak verir, ama yoğunlaşmış sıvının aşağı geçmesini önler Bunların içinde en uçu-
uzantılı bir zinciri olan bir izo-oktan 99,3°C’de kaynar, izooktanın iyi bir yakıt olmasına karsın n-heptanın yakıt oranı düşüktür. Metil siklopentanın beş ele-manlı bir karbon halkası vardır
cu bileşen, bileşimi doğal gazınkine benzeyen gazdır. Bundan sonraki damıtık moddeler. benzin, kerosen. benzen ve evlerde kullanılan fuel-oil gibi eritgenleri ve sıvı yakıtları içerir. Daha düşük noktalarda kaynayan ağır yağlar deniz araçlarındaki dizel motorlarında yakıt ve yağlama yağı olarak kullanılır. Katı bileşenler arasında parafin mumu ve kat-ransı madde zift de vardır.
Ağır gaz yaâı y ¡o c
Halif gaz yaflı 200 C Xerosen 175 C
3) Ham petrolün kaynağına göre değişen bir bileşimi vardır.

260 Bu sema, yapısını ve tipik bir örneğin kaynama noktalarını gös-200 termektedir. Kükürt gibi elementlerin yabancı madde olarak 150 varlığına karşın sözko-nusu tüm maddeler hidrojen ve karbon bileşikleri olan hidrokarbonlardır. Yakıtların yakılmamdan doğan kirlenmeyi önlemek için bunların çıkarılması gerekir, ancak bunlar değerli yan ürünler oluştururlar
–
>^1
Nafta 120 C «C» benzim SO C
100
Metil sıklopentan
-> R
Monomer radikal
9 O
Serbest elektron R -•• +
Ô Ô Etilen
Peroksit

rocMtal
Bir motor yakıtının

izin oktan oraç’ dem motorlardaki imliliğinin bir ölüdür. Uzantılı zin-eri yada uzantılı
barındıran tetraetil kursunun (TEL) eklenmesiyle (bunun çevre kirliliğine neden olmasına karsın) geliştirilir.
n-pe nton
i zoo întan I
n h€ n-ol Otan tan

İ zoo Can
Metı siklo >enta’ ■
Tolt en

_ Kurşunlu

tetraetıl Q
dairesel yapıları (bak resim 4) olan hidrokarbonlar. düz zincirli bileşiklerden daha iyidir. Tümü, organik ve metal özellikler
6) Petrol ürünlerinden

etilen gibi basit hidrokarbonlar yapılabilir. Bunlar, polietilen (poli-ten) gibi plastiklerin ve deterjanların yapımı için kullanışlıdır. Etilendeki (A) çiftbağ parçalanıp R radikaliyle tepkimeye sokularak başka çift bağları ar-darda parçalayabilen ve bir uzun zincirli pölimer yani bir plastik [C] veren etkin bir bileşik [B] elde edilebilir. Böyle uzun zincirli radikaller, deterjan gibi daha karmaşık moleküller oluşturmak üzere asitlerle de tepkimeye sokulabilirler.