Til nå har vi bare sett på en prosess som foregår inne i kroppen vår, og det er på tide å se på noen eksempler fra kjemisk prosessindustri. Eksemplene ser kanskje litt vanskelige ut, men du kommer til å lære mer om kjemi, utstyr og regulering senere i boka. Ord som står i «hermetegn» er fagord som du ikke trenger å lære deg nå.

Raffinering av råolje

Råolje (petroleum) er ikke spesielt anvendelig i den sammensetningen den har når den pumpes opp av jorda. Derfor gjennomgår den en komplisert prosess, den renses og deles opp i flere typer produkter. Bensin, diesel og smøreoljer er bare noen av de produktene som blir laget av råolje.

Den uraffinerte olja består i hovedsak av mange ulike typer hydrokarboner samt mindre mengder forurensninger (som oftest svovelforbindelser). De ulike hydrokarbonene har en rekke forskjellige anvendelser, det er derfor vi ønsker å separere disse fra hverandre i en raffineringsprosess.

Hydrokarboner er molekyler som kun er satt sammen av hydrogen- og karbonatomer. De finnes i et utall varianter, med varierende antall atomer, sidekjeder, ringstrukturer osv. De ulike strukturene gir dem forskjellige egenskaper, og dermed forskjellige anvendelsesområder.

De fire minste hydrokarbonmolekylene. Grå kuler er karbonatomer, og hvite kuler er hydrogenatomer.

En av de viktigste enhetsoperasjonene i raffineringen er destillasjon. Her utnytter vi at de ulike hydrokarbonene har forskjellige kokepunkt, og vi kan dermed skille dem enkelt fra hverandre.

Når råoljen kommer inn i prosessanlegget blir den destillert ved atmosfærisk trykk. Råoljen blir varmet opp til omlag 400°C, før den kommer inn i destillasjonstårnet. Hydrokarboner med lavt kokepunkt (gasser) kan nå taes ut i toppen av tårnet. I bunnen blir hydrokarbonene med høyest kokepunkt tatt ut (asfalt). I tillegg tar man ut ulike mellomprodukter fra forskjellige posisjoner oppover i kolonnen.

Ingen av produktstrømmene som kommer ut av denne kolonnen er ferdige produkter. De må gjennom en rekke andre prosess-steg før de er klare for salg. Vanligvis vil de gjennomgå flere destillasjonstrinn slik at de ulike hydrokarbonene skilles enda bedre fra hverandre. I tillegg fjernes svovelholdige molekyler, mindre verdifulle hydrokarboner omformes til andre typer hydrokarboner som har større verdi.

Bensin består i hovedsak av hydrokarboner med 5 til 12 karbonatomer. Det er bare omlag 10 til 40% av råolja som kan brukes til bensin. Siden bensin og diesel er viktige produkter som det selges mye av blir store hydrokarboner (med flere enn 12 karbonatomer) splittet opp i mindre biter. Dette skjer i en såkalt «cracker» (molekylknuser).

Mindre hydrokarboner (færre enn 5 karbonatomer) kan settes sammen for å danne molekyler som er bedre egnet i bensinproduksjonen. Dette kalles «alkylering».

Til slutt finnes det også en del hydrokarboner som har mellom 5 og 12 karbonatomer, men som gir lavt oktantall om det brukes i bensin. Gjennom «isomerisering» og «katalytisk reformering» kan man endre på strukturen til disse molekylene, slik at de for eksempel får flere sidekjeder. Dette gir en bensin med høyere oktantall.

Det finnes to oljeraffinerier i Norge: ett på Slagentangen (ExxonMobil) og ett på Mongstad (StatoilHydro).

Oljeraffineriet på Mongstad. Foto: Nina Aldin Thune

I flytskjemaet nedenfor ser du hvordan et typisk råolje raffineringsprosess kan se ut. Som vi ser er avsvovling en viktig del av prosessen. Vi ser også at den ferdige bensinen er en blanding av mange produktstrømmer i raffineringsprosessen. Du lærer mer om kjemien og prosessutstyret senere i boka.

Basert på http://en.wikipedia.org/wiki/File:RefineryFlow.png

Fremstilling av polyeten

Polyeten er den plasten som vi bruker aller mest av i hverdagen. Du finner den i flasker, kanner, poser, matvareemballasje og mye annet som du bruker hver dag.

Polyeten er et polymer. Det vil si at den er satt sammen av mindre molekyler i en lang kjede. Disse molekylene, som altså er byggesteiner til et polymer, kalles for monomere.

I polyeten er det omlag én million karbonatomer satt sammen i en lang kjede. Monomeren som brukes for å lage polyeten, kalles eten. Denne har kjemisk formel C2H4. Mellom de to karbonatomene i eten, er det en dobbeltbinding. I reaktoren brytes denne dobbeltbindingen opp. Siden karbonatomet trenger fire bindinger vil etenmolekylene nå begynne å koble seg sammen.

Det finnes en rekke ulike prosesser for produksjon av polyeten. I den prosessen vi skal se på her, inngår også hydrokarbonet heksen som et råstoff. Denne sørger for at man får små sideforgreninger i det lange polymermolekylet. Hydrogen brukes også i denne prosessen.

Den første industrielle fremstillingsmetoden for polyeten ble oppfunnet av firmaet ICI i 1933.

En plastfabrikk i Norge.

De tre råvarene eten, heksen og hydrogen blir først renset for alle urenheter. Det er fordi denne prosessen er svært følsom for forurensninger. I reaktoren blandes så de tre råstoffene og det tilsettes en katalysator. Denne sørger for at dobbeltbindingene i eten brytes opp slik at sammenkoblingen (polymeriseringen) kan starte.

Polymeren som kommer ut fra reaktoren blir renset og tilsatt små mengder av tilsetningsstoffer. Disse stoffene skal gjøre polymeren mer holdbar. Til slutt blir polymeren smeltet og gjort om til pellet (små kuler). Denne enhetsoperasjonen kalles ekstrudering og gjør produktet mer håndterlig for kundene (de som lager ulike plastprodukter).

I prosessen for produksjon av polyeten, brukes store mengder av hydrokarbonet isobutan. Det inngår ikke i produktet, men brukes som et løsemiddel og transportmedium. På mange måter kan isobutan sammenlignes med blodet i eksemplet om fordøyelsesprosessen – isobutan resirkuleres slik at det kan brukes på nytt, akkurat som blodet.