Foredling (raffinering) av råolje i spesielle anlegg (oljeraffinerier) til produkter for salg eller videreforedling. Råolje er et naturlig forekommende produkt som i det alt vesentlige består av hydrokarboner. Arten og den relative mengde av de forskjellige kjemiske forbindelser varierer fra oljefelt til oljefelt. I seg selv er råolje et produkt uten praktisk anvendelse; den må foredles (raffineres). Videreforedlingen av petroleumsprodukter foregår i petrokjemisk industri (se petrokjemi), som enten bygges i tilknytning til raffinerier eller som helt separate anlegg.
Raffineringsindustrien er omtrent hundre år gammel, og den har vokst i takt med det økende oljeforbruk. Den totale raffineringskapasitet er på ca. 4,0 mrd. tonn/år (halvparten i OECD-land). I Norge finnes det per 2005 to raffinerier: Esso-raffineriet på Slagentangen i Vestfold (kapasitet 5,5 mill. tonn/år) og Statoil-raffineriet på Mongstad i Hordaland (kapasitet 10 mill. tonn/år). Et tredje anlegg, Shell-raffineriet på Sola, ble nedlagt i 2000. Hydro og Statoil eier dessuten helt eller delvis raffinerier i henholdsvis Sverige og Danmark.
Tekniske anlegg
Oljeraffinerier er store og kompliserte anlegg; det finnes et stort antall prosesselementer, ofte over 1000 km rørledninger og store tankanlegg. Store raffinerier (årskapasitet over 10 mill. tonn) kan ha tanker som rommer over 1 mill. tonn råolje og 1 mill. tonn ferdige produkter. Rundt regnet legger et raffineri beslag på et areal på 100–150 dekar for hver mill. tonn årskapasitet.
De foredlingsprosesser råoljen gjennomgår, avhenger av råoljens sammensetning og behovet for produkter innenfor det marked raffineriet skal betjene. Et oljeraffineris størrelse og tekniske oppbygging kan derfor variere mye fra sted til sted. Stort sett er det markedets behov som har størst innvirkning på raffineristrukturen; ved blanding av forskjellige typer råolje sikrer man seg vanligvis en god fleksibilitet med hensyn til produksjonsspektrum og uavhengighet av leverandørland.
I Vest-Europa var det inntil 1970-årene god balanse mellom råoljens innhold av ulike fraksjoner og forbruket av ferdige produkter. Det ble derfor bygd relativt enkle raffinerier, utelukkende basert på destillasjon. I USA har behovet for lettere oljeprodukter (særlig bensin) vært langt større. For å oppnå balanse mellom tilførsel og etterspørsel blir derfor de tyngre fraksjoner av råoljen spaltet i såkalte crackere. Dette er nå vanlig også i Europa.
Destillasjon
Den første og viktigste behandling av råolje i et oljeraffineri skjer ved destillasjon, som foregår i spesielle fraksjoneringstårn, hvor varme tilføres ved hjelp av oljebrennere. Råoljen blir atskilt i fraksjoner eller kutt etter komponentenes kokepunkt. For fraksjoner med kokepunkt opptil ca. 350 °C anvendes atmosfærisk destillasjon. Hever man temperaturen ytterligere, vil enkelte komponenter dekomponere. Dette unngår man ved å utføre vakuumdestillasjon. Det er den såkalte destillasjonsresten (residue) etter den atmosfæriske destillasjonen som er føding (råstoff) for vakuumdestillasjon. Det finnes for øvrig en rekke andre fraksjoneringstårn i et raffineri.
Oppgradering av bensin
For å lage bensin egnet for bruk i motorer, gjennomgår nafta eller råbensin flere kjemiske prosesstrinn:
Katalytisk reforming
Katalytisk reforming omdanner naftener og alkaner til aromater. Et viktig biprodukt er hydrogen, som benyttes i raffinerienes avsvovlingsprosesser. Kuttet 70–190 °C kan få høynet oktantallet fra 40–60 til 95–100 ved bruk av denne metoden.
Isomerisering
Isomerisering omdanner de langkjedede normal-alkaner (n-paraffiner) til forgrenede iso-alkaner (iso-paraffiner).
Katalytisk polymerisering
Katalytisk polymerisering og/eller alkylering omdanner C3- og C4-hydrokarboner til C7–C8-hydrokarboner, som er brukbare bensinråstoffer.
I tillegg til disse prosessene blir det i bensin også blandet inn andre komponenter, antibankemidler, butan o.l.
Cracking
Ved temperaturer over 450 °C begynner store oljemolekyler å dekomponere («cracke»): alkanene (paraffinene) først, deretter naftenene og til slutt aromatene. Slik termisk cracking ble tidligere anvendt til oktantallsforbedring. Nå er det mest vanlig å cracke de tyngre fraksjoner.
Visbreaking
Visbreaking er en vanlig metode (anvendes på Slagentangen og Sola), hvor destillasjonsresten crackes slik at man får en tilfredsstillende fyringsolje uten å måtte blande inn gassolje eller parafin for å nedsette viskositeten. Samtidig omdannes ca. 30 % til lettere produkter, primært destillater. En annen prosess (anvendes på Mongstad) gir petrolkoks, som brukes i elektrometallurgisk industri.
Katalytisk cracking
Katalytisk cracking anvendes for å nedbryte tunge destillater til motorbensin eller lettere destillater. Råstoff er olje med kokepunkt 350–550 °C som sendes gjennom en katalysator (fullers earth, zeolitter o.l.) i virvelsjiktseng (fluid bed) med temperatur 620–740 °C. Det dannes fyringsgass, propan/butan, bensin og gassolje. Den bensin man får, kan ha et så høyt oktantall som 95.
Avsvovling
Råolje inneholder vanligvis 0,1–6 % svovel. Svovelinnholdet i de enkelte fraksjoner øker meget raskt med molekylvekten (den relative molekylmasse) og dermed med kokepunktet. Noe svovel må av tekniske grunner fjernes, det gjelder særlig de lettere fraksjoner. I de seneste år er det også kommet restriksjoner på bruk av svovelholdige fyringsoljer. For å overholde disse bestemmelser kan et raffineri utstyres med avsvovlingsanlegg for de tunge fraksjoner, eller blande inn kutt fra svovelfattige råoljer.
I raffinerier med omfattende gjenvinningsanlegg kan produksjonen av svovel nå store mengder.
Smøreoljeproduksjon
Alle typer smøreolje produseres i prinsipp etter følgende hovedlinjer: atskillelse av råoljefraksjon med riktig viskositet, behandling av dette kutt for å få ønsket viskositetsindeks, behandling for å få riktig stivnepunkt (eng. pour-point), og behandling for å gjøre oljen motstandsdyktig mot påvirkning av luft og lys.
Produkter
De viktigste produkter fra et raffineri er:
Gasser
De brukes enten som fyrgass, såkalt restgass eller avgass, i raffineriet eller kondenseres og selges som kondensert petroleumsgass (LPG). Butan blandes også i bensin.
Nafta
Nafta selges til petrokjemisk industri eller raffineres til bensin.
Parafin, dieselolje og lette fyringsoljer
Parafin, dieselolje og lette fyringsoljer hører til mellomdestillatene. Flydrivstoff fremstilles enten på bensin- eller parafinbasis.
Tunge fyringsoljer, smøreoljer, voks
Tunge fyringsoljer, smøreoljer, voks og bitumen (asfalt) fremstilles av de tyngste fraksjonene.
Andre
Løsemidler som white spirit og produkter som benzen, toluen og xylener (BTX) fremstilles også ved oljeraffinering.
Fraksjoner (kutt) som destilleres av ved forskjellige kokepunktsintervaller
| Kokepunktsintervall (°C) | Kutt |
|---|---|
| 0 | propan/butan |
| 0–70 | lettbensin |
| 70–140 | bensin |
| 140–180 | nafta |
| 180–250 | parafin |
| 250–350 | gassolje |
| over 350 | tung fyringsolje |