Öljynjalostus

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 raskasöljyä, 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.

Öljynjalostuksen historiasta

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.

Raakaöljyn laatujen vaihtelu

Raakaöljyn laatu vaihtelee huomattavasti tuotantoalueiden mukaan. Öljy voi olla paksua ja puuromaista tai hyvinkin juoksevaa. Tiheys vaihtelee välillä 0,8–0,9 g/cm³. 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. Myös rikkipitoisuus vaihtelee vähärikkisten laatujen kuten Saharan Blend -laadun 0,1 prosentista venezuelalaisen Boscan-laadun 5,4 prosenttiin. 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

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.

Suolanpoisto

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

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

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

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

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

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.
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.