Przeróbka ropy naftowej

1. Ropa naftowa, zwana też olejem skalnym, jest mieszaniną węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych wzajemnie w sobie rozpuszczalnych. Ropa naftowa jest ciemnobrunatną cieczą o gęstości 0,79 - 0,96 g/ml i o swoistym zapachu. Barwa jej bywa również jasna i słabo opalizująca. W wodzie ropa się nie rozpuszcza. Liczbę związków zawartych w ropie szacuje się na 10000. Różnice w składzie ropy pochodzącej z różnych regionów geograficznych są bardzo znaczne. Na przykład ropa Pensylwańska zawiera prawie wyłącznie alkany, podczas gdy ropy Radzieckie zawierają 80% cykloalkanów (zwanych w technologii naftenami).

Mimo że źródła ropy naftowej znane były już w starożytności, to jednak rozwój przemysłu naftowego datuje się dopiero od drugiej połowy XIX stulecia.
Skład ropy naftowej jest zmienny i zależy od miejsca wydobycia. Głównymi zanieczyszczeniami są nieorganiczne sole i woda.

2. Powstawanie ropy naftowej.

Pewni badacze twierdzą, że ropa naftowa ma pochodzenie nieorganiczne i powstała na skutek różnych reakcji chemicznych zachodzących w jądrze Ziemi. Teoria dotycząca nieorganicznego pochodzenia ropy naftowej nie znalazła jednak wielu zwolenników, a znaczna część naukowców jest zdania, że ropa naftowa utworzyła się z materii organicznej. Uważają oni, że surowiec ten powstał wiele milionów lat temu. Znaczna część złóż znajdujących się na Morzu Północnym utworzyła się z bakterii i roślin morskich, przede wszystkim glonów. W okresie jury (czyli około 144-213 milionów lat temu) szczątki roślin zostały przykryte iłem oraz mułem na dnie morza. Ten pokryty mułem materiał organiczny ulegał powolnemu rozkładowi i przemieniał się w ropę naftową. Procesy te były możliwe na skutek działania dużej temperatury i wysokiego ciśnienia.

3. Przeróbka ropy naftowej

Ropa naftowa przerabiana jest w rafineriach. Surowa ropa naftowa może służyć jako materiał opałowy. Jednak tego rodzaju jej zużycie jest bardzo nieekonomiczne, ponieważ traci się cenne produkty, które można by wyodrębnić z niej za pomocą specjalnej przeróbki. Podstawowa przeróbka ropy naftowej polega na destylacji. Obecnie destylacja jest procesem bardzo skomplikowanym i przeprowadza się ją na olbrzymią skalę w tzw. rafineriach, gdzie otrzymane produkty poddaje się oczyszczaniu i dalszej przeróbce.

Pierwszą destylację ropy naftowej dokonał polski aptekarz w Krośnie - Ignacy Łukasiewicz, w roku 1852. Jego zasługą również jest wynalezienie lampy naftowej oraz zastosowanie nafty do celów oświetleniowych. W roku 1854 Łukasiewicz założył pierwszą na świecie kopalnię ropy naftowej w Krośnie.

Ropa naftowa jest przerabiana metodami:

• destylacji frakcyjnej - w miarę ogrzewania ropy oddestylowują się początkowo lotne składniki, zawierające od 5 do 10 atomów węgla i równocześnie maleje rozpuszczalność gazów. W miarę ubywania lotnych składników temperatura wrzenia wzrasta i destylują coraz cięższe węglowodory.

- frakcja o temperaturze wrzenia 40-150*C nosi nazwę

benzyny- składa się z węglowodorów nasyconych o 5-10 atomach węgla; stanowi bezbarwną, lotną ciecz o niewielkiej gęstości. Benzynę stosuje się do napędu silników spalinowych. W użyciu znajduje się wiele gatunków benzyn, różniących się składem chemicznym i właściwościami fizycznymi głównie lotnością i temperaturą zapłonu. Cechy poszczególnych benzyn określa umowna wielkość, tzn. liczba oktanowa, która charakteryzuje przydatność benzyny do użycia w silnikach spalinowych. Im większa jest liczba oktanowa, tym większą odporność wykazuje paliwa na spalanie detonacyjne (stukowe). Liczbę oktanową benzyny wyznacza się poprzez porównanie jej spalania ze spalaniem wzorca izooktanu, którego liczbę oktanową przyjęto za 100. Znaczne ilości benzyny wykorzystywane są jako rozpuszczalniki, m.in. w farb, lakierów.

-frakcja 150-300*C nosi nazwę

nafty- stanowi mieszaninę węglowodorów o 9-16 atomów węgla. Jest żółtawą cieczą, mniej lotną od benzyny. Nafta znalazła zastosowanie jako paliwo w niektórych typach silników. Ponadto naftę przerabia się na benzynę poddając ją tzw. krakingowi. Część nafty poddaje się innej przeróbce, zwanej reformingiem, który zachodzi w wyższych temperaturach niż kraking i polega na zamykaniu łańcuchów węglowych w pierścienie. Produkt wykorzystuje się jako substrat do wielu syntez przemysłowych, część służy do poprawienia jakości benzyny, gdyż dodatek węglowodorów pierścieniowych podwyższa liczbę oktanową.

- frakcja 300-400*C nosi nazwę

oleju gazowego - rozdziela się na dalsze frakcje przez destylację pod zmniejszonym ciśnieniem. Niższe frakcje, zwane olejami napędowymi, służą jako paliwo w silniku wysokoprężnych typu Diesel. Wyższe frakcję stanowią oleje smarowe.

Pozostałość po destylacji stanowi lepka ciecz, tzw. mazut - poddaje się go dalszemu przerobowi. Destyluje się go pod zmniejszonym ciśnieniem (w celu uniknięcia rozkładu termicznego) i wydzielają się przy tym oleje smarowe: wrzecionowy, maszynowy, silnikowy oraz inne. Mazut w niektórych gatunkach ropy można przerabiać na wazelinę i parafinę. Reszta mazutu, nie nadaje się do rozdestylowania, nosi nazwę smoły asfaltowej i służy do budowy nawierzchni dróg.

Rys. Destylacja frakcyjna ropy naftowej.

Destylacja frakcyjna ropy prowadzi jedynie do rozdziału na grupy związków blisko wrzących. Otrzymane produkty są mieszaninami wieloskładnikowymi, które poddaje się dalszemu przerobowi.

• rafinacji- oczyszczanie i uszlachetnianie substancji naturalnych (np. tłuszczów roślinnych) lub produktów przemysłowych (np. benzyny, stali) w celu nadania im lub pozyskania odpowiednich właściwości.

• ekstrakcji selektywnymi rozpuszczalnikami - metoda rozdziału składników roztworu, w której wykorzystuje się różnicę w rozpuszczalności związków chemicznych w dwóch nie mieszających się cieczach - np. wodzie i rozpuszczalniku organicznym, ekstrakcja może służyć wydzieleniu oznaczanego składnika lub usunięciu składnika przeszkadzającego

• krystalizacji - proces tworzenia się i wzrostu kryształu z cieczy przechłodzonej, roztworu przesyconego lub przesyconej pary (fazy gazowej)

• hydrokraking - modyfikacja krakingu, polegająca na zastosowaniu wodoru pod wysokim ciśnieniem (3 - 15 MPa) i obniżeniu temperatury do 250-450°C, jako katalizator stosowane są związki molibdenu, niklu, kobaltu oraz platyna i pallad

• kraking - polega na pękaniu długich łańcuchów węglowych i tworzeniu się krótszych, odpowiadających benzynie, proces prowadzi się w obecności katalizatorów, w wysokich temperaturach i pod wysokimi ciśnieniami

• reforming katalityczny - wysokotemperaturowe ogrzewanie lekkich frakcji ropy naftowej (lub produktów krakingu) pod zwiększonym ciśnieniem w celu otrzymania paliw o dobrych własnościach antydetonacyjnych (wysokooktanowych) lub węglowodorów aromatycznych

Palus Natalia, Nocoń Manuela, kl. II tek a

Rys. Ignacy Łukasiewicz

Rys. Lampa naftowa Łukasiewicza

Rys. Pierwsza kopalnia ropy naftowej w Krośnie

Rys. Rafinerie ropy naftowej

---