Dodaj do listy

Budowa chemiczna i właściwości ropy naftowej

Ropa naftowa to ciekła mieszanka naturalnych węglowodorów, takich jak: alkany (węglowodory parafinowe), areny (węglowodory aromatyczne), oraz cykloalkany (węglowodory naftenowe). W skład ropy wchodzą także związki organiczne zawierające azot, siarkę, tlen, związki metaloorganiczne, substancje mineralne, związki nieorganiczne (krzemu, żelaza, sodu, wanadu, niklu).

Barwa ropy naftowej może być różnorodna. Spotykana jest ropa zielona, żółtobrunatna, czerwona oraz czarna. Czasami ropa bywa bezbarwna. Gęstość ropy naftowej waha się w granicach 0,73-0,99 g/cm3. Do charakterystyki ropy naftowej stosujemy także wartość opałową, która wynosi 38-49 MJ/kg. Główny składnik frakcji wrzących w temperaturze do 200°C (lekkie frakcje ropy naftowej) to parafiny (węglowodory parafinowe). Wraz ze wzrostem temperatury wrzenia zawartość węglowodorów parafinowych ulega zmniejszeniu, dlatego też cięższe frakcje zawierają mniej parafin. Wraz ze wzrostem temperatury wrzenia ilość węglowodorów naftenowych ulega zwiększeniu. W temperaturze powyżej 350°C węglowodory naftenowe występują bardzo często, są to tzw. frakcje olejowe. Jeżeli zaś chodzi o węglowodory aromatyczne, to ich udział w poszczególnych frakcjach uzależniony jest od, podobnie jak w przypadku innych węglowodorów, temperatury wrzenia. Zawartość węglowodorów aromatycznych jest tym większa im większa jest temperatura. Wzrost temperatury wrzenia powoduje także wzrost pierścieni w cząsteczkach poszczególnych tworzących ropę naftową.

Azot w ropie naftowej występuje w następujących związkach: aminy cykliczne oraz acykliczne.

Tlen w ropie naftowej występuje w następujących związkach: kwasy tłuszczowe, kwasy naftenowe, żywice, fenole, asfalt.

Siarka w ropie naftowej występuje w następujących związkach: sulfidy, siarkowodór, dysulfidy, tyrole, siarka elementarna dobrze rozpuszczalna.

Ropę naftowa ze względu na ilość siarki możemy podzielić na: wysokosiarkową (ilość siarki przekraczająca 0,1%) oraz niskosiarkową (ilość siarki większa niż 0,5%). Ilość siarki może wynieść więcej niż 6%.

Ropę naftowa możemy podzielić także ze względu na rodzaj związku będącego w przewadze nad innymi (ropa parafinowa, aromatyczna, bezparafinowa, naftanowa).

Pochodzenie ropy naftowej

Są głoszone 2 teorie odnośnie pochodzenia tego wykorzystywanego na wielka skalę przemysłowa surowca.

  1. Nieorganiczne pochodzenie ropy naftowej

Twórcy tej teorii:

Mendelejew (1877), Ross (1891), Moissan (1896), Kudriawcew (1951), Kropotkin (1955).

Założenia teorii:

Naukowcy Ci twierdzą, że ropa powstała na skutek różnych reakcji chemicznych, które miały miejsce w głębinach ziemskich. Przykładowa reakcja to działanie wody na węglik metalu ciężkiego, reakcja polimeryzacji, które są wydzielane z ziemskiego jądra. Część z tez teorii głoszącej nieorganiczne pochodzenie ropy naftowej głosi, że magmy zasadowe biorą udział w tym procesie. Hipotezy o nieorganicznych korzeniach ropy naftowej pomimo racjonalnych przesłanek nie mają wielu zwolenników.

  1. Organiczne pochodzenie ropy naftowej

Twórcy tej teorii:

Radziszewski (1877), Engler oraz Höfer (1890), Hackford (1932), White (1935).

Założenia teorii:

Ropa naftowa wiele lat temu na skutek przeobrażenia szczątków organizmów zwierzęcych oraz roślinnych, które gromadziły się z okruszkami mineralnymi w morskich osadach. Główne czynniki umożliwiające przekształcenie się substancji pochodzenia organicznego w bituminy Bituminy kopalne węglowodory, które powstały prawdopodobnie w osadach morskich ze szczątków organicznych. Wyróżnia się bituminy gazowe takie jak gaz ziemny, bituminy ciekłe - ropa naftowa oraz bituminy stałe... Czytaj dalej Słownik geograficzny gaz ziemny, ropę naftową, ozokeryt oraz asfalt) to: określone ciśnienie oraz temperatura, otoczenie redukujące. Korzystny wpływ bakterii oraz oddziaływanie substancji radioaktywnych. W wyniku przekształcenia substancji organicznej powstaje kerogen, a niego na skutek reakcji diagenezy oraz przekształceniu uzyskujemy ropę naftową oraz gaz ziemny. Proces powstawania oraz gromadzenia ropy naftowej ma ścisły związek z obecnością basenów sedymentacyjnych gazo- oraz roponośnych. Baseny te mogą obniżać się w stosunku do terenów sąsiednich. Proces ten trwa kilka okresów geologicznych. Skały oraz osady w skład których wchodziły szczątki organiczne w czasie osiadania mogły być w strefie, w której ciśnienie oraz temperatura przeszkadzały, a nawet pomagały w procesie przekształcenia w ropę naftową. Baseny możemy podzielić ze względu tektonikę na: śródfałdowe, śródplatformowe, przyoceaniczne platformowe oraz fałdowo-platformowe. Jak dotąd odkryto 350 basenów roponośnych (powierzchnia obejmująca obszar 10000-500000 km2), w skład których wchodzi 150 o bardzo dużym znaczeniu przemysłowym, przynoszących ogromne zyski. Pierwotnymi skałami ropy naftowej są skały węglanowe oraz ilaste, w skład których wchodzi więcej niż 0,5% kerogenu. W wyniku ruchów górotwórczych, zmiany temperatury, ciśnienia warstw, które nagromadzają się w skale macierzystej, ropa uwalnia się z miejsca, w którym powstała i migruje oraz gromadzi się w skałkach porowatych, ewentualnie bardzo spękanych (kolektory). Najważniejsze tego typu skały to: dolomity Dolomity pasmo górskie w Włoszech należące do Alp. Najwyższym szczytem jest Marmolada (3342 m n.p.m.). Zbudowane są głównie z dolomitów i wapieni triasowych.
Czytaj dalej Słownik geograficzny
oraz wapienie. W tych właśnie skałach ulokowana jest ponad połowa wszystkich geologicznych zasobów tego surowca oraz osady piaszczyste, łupki oraz piaskowce. Warunkiem koniecznym do spełnienia, aby nastąpiła nagromadzenie ropy naftowej w części warstwy przepuszczalnych oraz gazu ziemnego i wody, jest występowanie określonych geologicznych struktur, takich jak: monoklina, wysad solny, antyklina Antyklina wypukła część fałdu, w której środek jest zbudowany ze skał starszych niż skrzydła.
Czytaj dalej Słownik geograficzny
oraz uskok. Struktury te umożliwiają gromadzenie ropy naftowej w kolektorze dzięki warstwom nieprzepuszczalnym (ekran). Do warstw tych należą: margle, iły, kwarcyty oraz łupki ilaste. W monoklinach oraz antyklinach antyklinach innych tego rodzaju strukturach geologicznych mogą występować rozległe złoża ropy naftowej. 50% odkrytych dotychczas złóż ropy naftowej występuje w utworach mezozoicznych, zaś 25% odkrytych dotychczas złóż w trzeciorzędowych utworach.

Występowanie ropy naftowej

Już w starożytności ropa była wykorzystywana do różnych celów (balsamowanie ciał, lecznictwo, oświetlenie, płonące dzidy oraz strzały, ogień grecki- mieszanina siarki, ropy naftowej oraz wapna, która zapala się w kontakcie z wodą). Ropa naftowa w tamtych czasach była wydobywana z płytkich otworów lub zbierana na obszarach, gdzie w naturalny sposób wypływa z roponośnej warstwy.

Pod koniec XIX wieku miał miejsce rozwój przemysłu naftowego. Ignacy Łukasiewicz w roku 1854 w okolicach krosna buduje kopalnie ropy naftowej. Była to pierwsza kopalnia tego typu, gdzie ropa naftowa była wydobywana w sztolni. Pierwszy szyb naftowy został wywiercony w roku 1859 w Pensylwanii w Stanach Zjednoczonych. Od tego momentu możemy mówić o początku współczesnego przemysłu naftowego. Ropa naftowa w późniejszym okresie była wydobywana w Kanadzie, Rosji, Rumuni, Iranie, Indonezji.

Na początku XX wydobycie ropy naftowej sięgało 20 milionów ton na rok. Liczba ta wraz z czasem uległa zwiększeniu i w roku 1913 wynosiła 54 miliony ton. Tuz przed II wojną światową wynosiła 300 milionów ton. Taki gwałtowny wzrost wynikał z dużego zapotrzebowania na ten surowiec. Coraz częściej stosowane były silniki spalinowe, które wymagały tego surowca do funkcjonowania. Zostały odkryte nowe złoża ropy naftowej w Kalifornii, Texasie, ale także na terenie Meksyku, Związku Radzieckiego i Wenezueli. Po zakończeniu II wojny światowej głównym producentem ropy naftowej były Stany Zjednoczone (60%), ale także Związek Radziecki, Rumunia, Wenezuela, Meksyk. W tamtym okresie ma miejsce intensywny proces szukania nowych złóż. Miało to nierozerwalny związek ze wzrastającym zastosowaniem tego surowca w coraz liczniejszych gałęziach przemysłu (energetyka, chemia, lotnictwo, motoryzacja). Dzięki wzmożonej pracy badaczy brytyjskich oraz amerykańskich, i wyniku ich badań geofizycznych i geochemicznych, zostały odkryte złoża ropy na Bliskim Wschodzie oraz Afryce, ale także w Zatoce Meksykańskiej, Morzu Północnym. Wykorzystana także złoża ulokowane w Związku Radzieckim oraz Chinach.

Globalne zasoby ropy naftowej w roku 1990 wynosiły 135,5 miliarda ton przy czym 70% z tych zasobów przypadało na Bliski Wschód oraz Afrykę Północną, 15% na Amerykę Południową oraz Północną, 12% na Eurazję.

Najwięcej złóż ropy naftowej występuje na terenie Zatoki Perskiej (65% globalnych zasobów ropy naftowej). Złoża występują: na platformach arabskich, szelfie zatoki, osadach w okolicach gór Zagros. 25% globalnych zasobów ropy naftowej (35,4 miliardy ton) występuje na terenach Arabii Saudyjskiej. Są to pola naftowe Abu Hadrija, Abu Hadrija oraz podmorskie As-S. Inne tereny zasobne w ropę naftową to Irak (13,6 miliardów ton- są to pola naftowe Kirkutu i Ar-Rumajla), Zjednoczone Emiraty Arabskie (13 miliardy ton- są to tereny Mubarraz, Umm asz-Szaif oraz Az-Zakkum), Kuwejt (13 miliardów ton- są to tereny Al-Burkan), Iran (12,7 miliardów ton- są to tereny: Gacz Saran, Aga Dżari oraz rejony koło wyspy Chark). Liczne złoża naftowe są obecne ponadto w Bahrajnie, Katarze oraz Omanie.

Na kontynencie afrykańskim obszary zasobne ropę naftową to: północna część Sahary, Zatoka Gwinejska. Do krajów z Afryki z największą ilością ropy naftowej zaliczamy: Libia (3,1 miliardy ton- są to tereny Sari oraz Altan), Nigeria (2,4 miliardy ton- są to tereny delty Nigru oraz Okanu) oraz Algieria Algieria Algierska Republika Ludowo-Demokratyczna. Państwo położone w północno-zachodniej Afryce nad Morzem Śródziemnym. Powierzchnia 2 381 741 km2. Liczba ludności wynosi 31471 tys. Stolica Algier. Język... Czytaj dalej Słownik geograficzny (1,8 miliardów ton- są to tereny Hasi Masud).

Na kontynencie amerykańskim do terenów najbardziej zasobnych w ropę naftową należy Morze Karaibskie oraz Zatoka Meksykańska, które obejmują tereny w Texasie, Midland, Luizjanie, Meksyku (stan Tabasco oraz Veracruz), Kolumbii oraz Wenezueli (delta Orinoko oraz okolice jeziora Maracaibo). Ropa jest także obecna w: stanie Kansas, Alaska, Oklahoma (wszystkie leżą w Stanach Zjednoczonych) oraz w prowincji Alberta (Kanada).

W Eurazji duże ilości ropy naftowej są w posiadaniu (7 miliardów ton są to tereny Mamontowskie, Samotłorskie Fiodorowskie, Sa-marska Łuka oraz Tujmazy).

Na terenie Azji duże ilości ropy naftowej posiadają Chiny Chiny Chińska Republika Ludowa. Państwo położone w Azji Środkowej i Wschodniej nad morzami: Żółtym, Wschodniochińskim i Południowochińskim. Powierzchnia 9 597 520 km2. Liczba ludności 1 277 798 tys.... Czytaj dalej Słownik geograficzny (3,2 miliardy ton- są to tereny w okolicach Mandżurii, delty Huang He, Morze Żółte oraz Wschodniochińskie), Indonezja oraz Indie.

W Europie Norwegia posiada miliard ton tego surowca. Innym państwem zasobnym w ropę naftowa jest Wielka Brytania (Morze Północne- pola naftowe Forties, Rent, Piper oraz Ekofisk).

Polska posiada tylko około 2 miliony ton tego surowca. Taka sama sytuacja występuje w większości krajów europejskich. Zasoby ropy naftowej w Zagłębiu Naftowym w Krośnieńsko-Jasielskim są już całkowicie wyczerpane. W okolicach Bochni występują bardzo niewielkie złoża tego surowca. Troszkę większe złoża występują w Kamieniu Pomorskim oraz w szelfie Bałtyku (przylądek Rozewie).

Wykorzystanie ropy naftowej

W latach 60 XX wieku ropa naftowa jest najważniejszym surowcem energetycznym w światowej gospodarce. Udział ropy naftowej w światowym bilansie energetyczno paliwowym, przeliczając na umowne paliwo, wzrósł do 40% z poziomu 25%. W latach 80 wzrósł do poziomu 45%. W 1991 roku wyniósł 37%. W krajach rozwiniętych widoczny jest wzrastający udział tego surowca w produkcji paliw oraz energii. Ma to istotny wpływ na dynamikę oraz częstotliwość wydobycia ropy naftowej. Po roku 1950 wydobycie oraz produkcja ropy naftowej rosła w zawrotnym tempie. W przeciągu 20 lat (lata 1950-1970) jej ilość wzrosła czterokrotnie z 520 milionów ton do 2,4 miliardów ton. W roku 1980 ta ilość wynosiła 3 miliardy ton. Podobna wartość zanotowano 1994 roku. Połowa światowego wydobycia tego surowca w latach 60 XX wieku pochodziła z Wenezueli, Stanów Zjednoczonych oraz Związku Radzieckiego. W latach 70 ilość ta uległa zmniejszeniu dzięki odkryciu złóż naftowych na terenach Zatoki Perskiej (Kuwejt, Arabia Saudyjska, Irak, Iran) i w Afryce (Algieria, Nigeria, Libia). Na te państwa przypadało około 40% światowego wydobycia ropy naftowej. Lata 80 to dominacja Stanów Zjednoczonych oraz Związku Radzieckiego w światowym wydobyciu tego surowca. Ilość wydobycia ropy naftowej w krajach bliskiego wschodu oraz Afryce zmniejszyła się do 30%. Nowe złoża odkryto w takich państwach jak Wielka Brytania, Meksyk, Chiny oraz Norwegia. Państwa, które w światowej produkcji odegrały także znaczącą rolę to: Indie, Brazylia, Malezja, Syria oraz Egipt. W światowym handlu ropa naftowa jest jednym z najważniejszych towarów. Ropa bywa eksportowana (około połowa wydobywanej ropy-1,4 miliarda ton). Państwa, które zaliczają się do największych dostarczycieli ropy naftowej to kraje stale rozwijające się oraz zrzeszone w OPEC, czyli Organizacja Krajów Eksportujących Ropę Naftową. 80-90% wydobywanych w tych krajach ropy naftowej trafia na eksport, zaś wpływy z tego procesu. Wpływy wynoszą około 70-90% ogólnej wartości eksportu.

Ponad połowa występującej ropy naftowej na świecie wywodzi się z krajów Bliskiego Wschodu (Arabia Saudyjska- 23% globalnego eksportu, Zjednoczone Emiraty Arabskie, Iran, Kuwejt). Przed wybuchem wojny w Zatoce Perskiej ważnym dostawcą tego surowca był Irak. Do grup bardzo istotnych państw transportujących ropę naftową zaliczamy: Wenezuelę, Nigerię, Libię oraz państwa, które nie należą do OPEC (Rosja, Meksyk, Wielka Brytania oraz Norwegia). Ropa naftowa jest eksportowana głównie do krajów Europy Zachodniej (Niemcy, Francja, Holandia, Włochy oraz Hiszpania), Stanów Zjednoczonych, Japonii. W tych krajach zapotrzebowanie na ten surowiec jest bardzo duże, a własne wydobycie nie pokrywa tego zapotrzebowania. Innymi importerami są Korea południowa oraz Singapur. Kraje Europy Środkowej wraz z Rosją, także zmuszone są importować ropę naftową. Ponadto także kraje południowej Azji, Afryki i Ameryki Środkowej i Południowej. Wraz z dużym rozwojem branży rafineryjnej i petrochemicznej w krajach charakteryzujących się bardzo dużą dynamiką wzrostu gospodarczego w latach 70 ceny ropy naftowej nie były wysokie (3 USD za baryłkę). Import tego surowca do krajów rozwiniętych był dosyć wysoki. Koncerny, które kontrolowały wydobycie oraz dystrybucje ropy naftowej w poszczególnych państwach to: Shell- koncern brytyjsko-holenderski, British Petroleum- koncern brytyjski oraz Aramco, Exxon, Mobil,  Gulf, Chevron, Standard Oil of Kalifornia- koncerny amerykańskie.

Wraz z upływem lat cena za jedną baryłkę ropy naftowej zaczęła rosnąć do wartości niemalże dziesięciokrotnie większej niż ta która miała miejsce w 1973 roku. Wzrost cen ropy naftowej wraz z ograniczeniem wydobycia tego surowca musiał spowodować kryzys energetycznych w poszczególnych gospodarkach światowych. Ropa musiała być zasępiona w krajach, w których ten surowiec jest wykorzystywany innymi paliwami (elektrownia gazowa). Rozbudowaniu uległa także energetyka jądrowa, inwestowano w rozwijanie energooszczędnych technologii. Kraje arabskie dzięki dużym dochodom, jakie uzyskiwały w czasie sprzedaży ropy naftowej spowodowały natychmiastowe wzbogacenie się tych państw. Doprowadziło to do takiej sytuacji, że państwa te przejmowały udziały innych koncernów naftowych.

Wraz ze wzrostem cen ropy naftowej z krajów, które nie należą do OPEC spowodował wzrost cen ropy za baryłkę. W roku 1994 cena jednej baryłki ropy naftowej wynosiła 15 USD.

Przeważająca część wydobywanej ropy naftowej na kuli ziemskiej jest wykorzystywana przez kraje wysoko rozwinięte, takie jak: Stany Zjednoczone, kraje Europy Zachodniej (Holandia, Wielka Brytania, Francja, Włochy Niemcy oraz Hiszpania), Japonię. W tych krajach występuje około 60% globalnego potencjału branży rafineryjnej. Znakomicie rozwinięta jest ta gałąź przemysłu w: Rosji oraz w niektórych krajach azjatyckich (Korea Południowa, Singapur). Dosyć słabo rozwinięta jest część obejmująca kraje wchodzące w skład OPEC.

W Stanach Zjednoczonych branża rafineryjna występuje w okolicach ośrodków zajmujących się wydobywaniem ropy naftowej. Są to obszary rafineryjne w: Corpus Christi, Nowym Orleanie, Houston, portach atlantyckich (Filadelfia, Nowy Jork), południowej Kalifornii (San Francisco oraz Los Angeles), ogromnych rynkach zbytu (Detroit, Chicago, Minneapolis, Toledo).

W krajach Europy Zachodniej rafinerie występują w okolicach portów dowozowych ten surowiec. Są to następujące rejony: Holandia- Rotterdam (największe na całym świecie kompleksy rafineryjne z  mocą przerobową równą 90 milionów ton na rok), Francja- Marsylia oraz Hawr we Francji, Belgia- Antwerpia, Wielka Brytania- Milford Haven oraz Londyn, Włochy- Rawenna, Genua, Milazzo i Rawenna.

Największymi naftowymi ośrodkami w Japonii są porty dowozowe w: Nagoji, Tokio i Jokohamie.

Największymi naftowymi ośrodkami w Rosji są rafinerie powstałe na terenie wołżańsko-uralskim i w okręgu w okolicach Moskwy.

Dużych rozmiarów rafinerie znajdują się także w: Korei Południowej (Ulsan Josu), Singapurze, Brazylii (Săo Sebastiăo Rio de Janeiro), Meksyku (Salamanka, Ciudad Madero). W krajach należących do OPEC rafinerie występują na terenach w: Kuwejcie (Mina al-Ahmadi), Arabii Saudyjskiej (Ras Tannura), Iranie (Abadan), Wenezueli (Maracaibo), Algierii (Sakikda).

Ogromne zastosowanie ropy naftowej w światowej gospodarce odegrało znaczącą rolę w rozwoju przemysłu stoczniowego, transportu morskiego i rurociągowego. Liczna sieć rurociągowa, dostarcza ten surowiec do wielu rafinerii z ośrodków wydobywających oraz portów dowozowych. Rurociągi występują w:  Stanach Zjednoczonych o długości około 350 tysięcy kilometrów, Europie Zachodniej (rurociągi Marsylia-Karlsruhe oraz Triest-Wiedeń, ale także podmorski na Morzu Północnym), Rosji (rurociąg Przyjaźń z Baku do Białorusi, Ukrainy, Polski, Słowacji, Węgier oraz Niemiec), krajach OPEC.

Transport za pomocą rurociągów ostatnio jest rozbudowywany bardzo intensywnie w krajach Bliskiego Wschodu. Zarówno morskie, jak i  lądowe rurociągi są w stanie połączyć duże ośrodki wydobywcze z wielkimi terminalami naftowymi, takimi jak: Ras Tannura  Al-Dżubajl, Ad-Dammam oraz Janbu al-Bahr- Arabia Saudyjska, Chark-Iran, Al-Manama- Bahrajn, Abu Zabi oraz Das- Zjednoczone Emiraty Arabskie. Z północnej części Arabii Saudyjskiej oraz Iraku rurociągi transportują ropę do portów znajdujących się w Libanie oraz Syrii. Aby przetransportować ropę po morzu stosowane są tankowce morskie, które są konstruowane w stoczniach w Japonii oraz Korei). Nośność tych tankowców wynosi: 200-300 tysięcy DWT, a nawet więcej. Najważniejsze szlaki to: z Zatoki Perskiej do cieśniny Ormuz, Morze Czerwone oraz Kanał Sueski, ale także występują trasy wokół kontynentu afrykańskiego (supertankowce) do krajów Europy Zachodniej oraz Stanów Zjednoczonych. Występuje także transport z Zatoki Perskiej wzdłuż Oceanu Indyjskiego i cieśniny Malakka oraz Lombok (okolice wyspy Bali) do terenów Azji Wschodniej, zwłaszcza do Japonii. Duże ilości ropy są przewożone z Indonezji oraz Malezji do Azji Południowej oraz Wschodniej. Trasa może biegnąć także z portów północnej Afryki wzdłuż Morza Śródziemnego do terenów południowej Europy, z Wenezueli oraz Meksyku do Stanów Zjednoczonych, z Nigerii wzdłuż Oceanu Atlantyckiego do Stanów Zjednoczonych oraz krajów Europy Zachodniej. Przez zachodnią część wybrzeży Ameryki Północnej przechodzi szlak transportujący ropę naftową z Alaski do Kalifornii.

Całkowita nośność światowa tankowców w 1991 roku wyniosła 264 milionów DWT, zaś przewóz ropy naftowej oraz produktów naftowych ponad 1,5 miliardów ton na rok.

Znaczna ilość statków przewożąca ropę naftową pływa pod banderą głównie panamską, Liberyjską, bahamską oraz cypryjską. Często dochodzi do katastrof tankowców na szlakach z zachodnich oraz południowych terenów Europy. W wyniku tego zdarzenia do zbiorników wodnych, w wyniku wycieków, dostają się duże ilości ropy.

Powstawanie ropy naftowej

Surowiec ten powstaje na skutek procesu polegającego na przekształceniu szczątków organicznych, które gromadzą się w różnych skałach osadowych w przeważających ilości pochodzenia morskiego. Substancje organiczne przekształcane są w kerogen. Później ma miejsce przemiana w surową ropę naftową oraz gaz ziemny i bituminy. Przemiana ta następuje w wysokiej temperaturze oraz ciśnieniu skał nakładu. Bakterie Bakterie organizmy jednokomórkowe niekiedy tworzące układy zbudowane z kilku luźno ze sobą związanych komórek. Zaliczane są do królestwa Monera. Wielkość bakterii wynosi od 0,2 do kilkudziesięciu µm.... Czytaj dalej Słownik biologiczny także odgrywają istotna rolę. W przebiegu niniejszych procesów prowadzących do przemiany ropa naftowa ulega przetransportowaniu (migracji) od skał macierzystych (ilastych) do górnej strefy. Niestety nie jesteśmy w stanie całkowicie wytłumaczyć ten mechanizm. Transport ropy naftowej jest możliwy tylko w porowatych, ewentualnie spękanych skałach (korektory oraz skały zbiornikowe). Warunkiem koniecznym do spełnienia jest również to, że złoża do surowca mogą powstać tylko w miejscach, w których skały są przykryte od górnej części skałami nieprzepuszczalnymi (pułapki). To dzięki nim możliwa jest kontynuacja transportu do górnej strefy ropy naftowej. Pułapki ropy naftowej mogą powstać w antyklinach, słupach solnych, uskokach i soczewkach piaszczystych skał przepuszczalnych, które są otoczone skałami nieprzepuszczalnymi.

Przeróbka ropy naftowej

Przeróbka ropy naftowej to proces technologiczny, w wyniku którego otrzymujemy produkty różniące się między sobą określonymi właściwościami.

Produkty przeróbki ropy naftowej o największym znaczeniu to: 

- gaz parafinowy (z niego otrzymujemy parafinę);

- paliwa (benzyna samochodowa, nafta, oleje opałowe oraz napędowe, gaz płynny, benzyna lotnicza);

- koks naftowy oraz asfalt;

- oleje smarowe;

- smary stale.

Są stosowane różne techniki w czasie przerabiania ropy naftowej. Wszystko jest uzależnione od typu ropy naftowej i produktów, które chcemy otrzymać.

Rafinerie możemy podzielić na: 

- paliwowo-olejowe;

- petrochemiczne;

- paliwowe.

W rafinerii paliwowo-olejowej stosowana jest metoda zachowawcza przeróbki ropy, która polega na rozkładzie ropy na poszczególne frakcje. Nie zachodzi chemiczna zmiana składników. Destylacja ropy naftowej zachodzi pod normalnym ciśnieniem. Jesteśmy w stanie otrzymać frakcje z temperaturą wrzenia równą 300-350°C, zaś pod zmniejszonym ciśnieniem występują frakcję wyższą temperaturą wrzenia. Zmniejszone ciśnienie jest stosowane, aby nie doszło do rozkładu składników ropy. Procesy destylacyjne zachodzą w rurowo-wieżowych instalacjach (kolumny destylacyjne, piece, pompy, chłodnice, wymienniki ciepła). Po odwodnieniu ropa poddawana jest stabilizacji, w wyniku której oddzielane są najlżejsze gazowe węglowodory. Następnie ropa jest podgrzewana w piecu do temperatury równej 350°C i wprowadzana do kolumny destylacyjnej. Tam ulega rozdzieleniu na: naftę, benzynę, olej napędowy. Składniki te są następnie chłodzone i gromadzone w odpowiednich zbiornikach, Powstały także w wyniku rozdzielenia mazut po ogrzaniu jest wprowadzany do próżniowej kolumny destylacyjnej. Tam odbierane są destylaty oleju.

Produkty destylacyjne ropy naftowej, aby mogły być wykorzystywane w celach handlowych musza zostać uszlachetnione (odsiarczanie, odparafinowanie, odsfaltowanie).

W rafinerii petrochemicznej lub paliwowej frakcje, które są otrzymywane w czasie destylacji poddawane są procesom destruktywnym. Katalityczny kraking próżniowych destylatów jest prowadzony w rafinerii paliwowej. W tego typu rafineriach może zajść proces koksowania mazutu. Uzyskujemy dzięki temu procesowi wysokooktanową benzynę stosowana w silnikach oraz olej napędowy. W rafinerii petrochemicznej, w której są uzyskiwane surowce wykorzystywane w syntezach organicznych (butadien, eten, propan, toluen, benzen) procesem destruktywnym może być piroliza lżejszych frakcji naftowych oraz katalityczny kraking frakcji cięższych powstałych w czasie destylacji pod ciśnieniem atmosferycznym.

Do destylacji próżniowo atmosferycznej ropy naftowej potrzebna jest kolumna atmosferyczno- destylacyjna, piec rurowy, kolumna próżniowo- destylacyjna oraz wymienniki cieplne.

Charakterystyka pojęć związanych z przeróbką ropy naftowej

Kerogen- to substancja bitumiczna, która rozpuszczona jest w skale osadowej pod postacią bardzo drobniutkich ciemnozabarwionych ziaren. Kerogen nie jest w stanie rozpuścić się w rozpuszczalnikach organicznych. Jesteśmy w stanie uzyskać kerogen w czasie przemian biochemicznych oraz geochemicznych, którym podlegają organizmy ze świata zwierząt oraz roślin w czasie powstawania skał. Na skutek metamorfizmu oraz diagenezy z kerogenu jesteśmy w stanie uzyskać gaz ziemny oraz ropę naftową.

Bituminy- to substancje będące mieszankami węglowodorów cyklicznych oraz łańcuchowych (także ich pochodnych zawierających tlen, azot oraz siarkę). Bituminy to produkty naturalne powstałe z substancji organicznej (jedna z najbardziej prawdopodobnych teorii), które nagromadziły się w osadach ilasto-węglanowych lub ilastych pochodzenia morskiego. W skład tych osadów wchodziły bakterie, plankton oraz wodorosty. W czasie tego procesu rozkładu panowały warunki beztlenowe i długotrwałe (okresy geologiczne). Do głównych bituminów należą: gaz ziemny, ropa naftowa, ale także do tego rodzaju związków zaliczamy produkty degradacji ropy naftowej oraz odgazowania, tj. asfalt, ozokeryt, asfalty, ale także substancje powstałe w czasie przemian metamorficznych kerogenu, ewentualnie ropy naftowej (szungit oraz keryt). Bituminy gromadzone są w skałach porowatych, ewentualnie szczelinowych (piaskowce, piaski). Bituminy mogą wchodzić w skład skał (kerogen- skały bitumiczne) oraz próchnicy. Substancje te występują także w węglach kopalnych (głównie węgiel brunatny) oraz w torfie. Bituminy to podstawowe, bardzo ważne surowce chemiczne oraz energetyczne.

Biolity- to pochodzenia organicznego skały osadowe. Biolity Biolity skały osadowe powstałe przy udziale organizmów żywych, np. wapienie.
Czytaj dalej Słownik wyrazów obcych
możemy podzielić na: 

- kaustobiolity, czyli skały palne, do których mogą należeć: ropa naftowa, węgiel kopalny, asfalt Asfalt skała osadowa pochodzenia organicznego będąca mieszaniną węglowodorów łańcuchowych i cyklicznych o kolorze czarnym lub brunatnym. Powstaje podczas wietrzenia ropy naftowej. Asfalt może być także... Czytaj dalej Słownik geograficzny oraz ozokeryt;

- akaustobiolity, czyli skały niepalne, do których mogą należeć: skały krzemionkowe (spongiolity oraz diatomity), skały wapienne (kreda, wapienie rafowe oraz muszlowe), skały fosforanowe.

Ozokeryt- to mieszanka naturalna stałych węglowodorów (węglowodory parafinowe); wosk ziemny. Ozokeryt ma barwę brunatną, żółtą, czarną lub zieloną. Jego gęstość ma wartość 0,845- 0,939 g/cm3. Temperatura topnienia ma wartość 50°C. Uzyskiwanie ozokerytu ma miejsce podczas procesu odgazowania ropy, w czasie gdy surowiec ten jest transportowany do powierzchni Ziemi. Głównym zadaniem ozokerytu jest wypełnianie szczelin oraz pustych przestrzeni w zasadowych skałach. Z ozokerytu jesteśmy w stanie otrzymać cerezynę. Główne rejony, w których występuje ozokeryt to: Uzbekistan (tereny fergańskie), Turkmenistan (półwysep Czeleken), Ukraina (Starunia oraz Borysław).

Gaz ziemny- to mieszanka węglowodorów, lekkich homologów CH4, ale także w różnych ilościach CO2, H2S oraz gazów szlachetnych. Jego miejsce występowania to: wapienie, porowaty piaski, dolomity, piaskowce oraz szczeliny skał magmowych. Surowiec ten często występuje wraz ze złożami ropy naftowej, ewentualnie węgla kamiennego. Może jednakże tworzyć złoże samodzielnie. Proces jego powstawania jest bardzo podobny do procesu powstawania ropy naftowej. Gaz ziemny może powstawać także jako produkt procesu uwęglania. Substancji roślinnych. Gaz ziemny może podzielić na: 

- suchy gaz ziemny, który składa się z 95% z metanu, 4% węglowodorów wyższych, 2% etanu, występują także śladowe ilości dwutlenku węgla, siarkowodoru oraz azotu;

- mokry gaz ziemny, w skład którego wchodzi 80% metanu, 6% propanu, 6,5% etanu, 4% butanu, ale także pewna ilość węglowodorów wyższych. Z tego typu gazu ziemnego jesteśmy w stanie wyróżnić węglowodory pod postacią gazu płynnego i gazoliny.

W procesie uzyskiwania sadzy gaz ziemny jest bardzo ważnym surowce. Wykorzystywany jest także do produkcji gazu syntezowego, jest stosowany również jako bardzo dobre paliwo. Jego wartość opałowa wynosi 8400-15000 Kcal/m3. Główny obszar występowania gazu ziemnego w Polsce to: Podkarpacie, okolice Ostrowca Wielkopolskiego. Surowiec ten występuję w części Pomorza Zachodniego.

Benzyna- to mieszanka lekkich, ciekłych węglowodorów. Gęstość benzyny waha się w granicach 0,67-0,8 g/cm3. Temperatura wrzenia ma wartość 35-200°C, zaś ciepło spalania wynosi 42 MJ/kg, to jest 10000 kcal/kg. Benzyna jest bezbarwną cieczą, która nie miesza się z wodą, ale może mieszać się z rozpuszczalnikami organicznymi.

W skład benzyny wchodzą:

- alkany (parafiny z łańcuchem prostym i rozgałęzionym z ogólnym wzorem CnH2n+2 , n=5-12);

- cykloalkany (nafteny o wzorze ogólnym CnH2n+2, n=5-6);

- alkeny (olefiny o wzorze ogólnym CnH2n+2, n= 5-12);

- węglowodory aromatyczne (areny).

Benzynę możemy także podzielić ze względu na typ procesu otrzymywania. Rozróżniamy:

1. Benzynę krakową, którą możemy otrzymać w czasie krakingu termicznego, ale także krakingu katalicznego, który aktualnie zyskuje coraz większą popularność. Cięższych frakcji ropy.

2. Benzynę naturalną, której temperatura wrzenia wynosi 40-160°C (odmiana lekka) lub 160-200°C (odmiana ciężka- ligroina). Są to niskowrzące frakcje ropy naftowej.

3. Benzynę syntetycznę, która powstaje w wyniku upłynniania węgla, ale także w syntezie Fischera oraz Tropscha.

4. Benzynę polimeryzacyjną, która możemy otrzymać w czasie polimeryzacji węglowodorów gazowych.

Benzynę możemy także podzielić ze względu na rodzaj przeznaczenia. Wyróżniamy:

  1. Benzynę specjalną, w obrębie której wyróżniamy:
  1. benzynę apteczną z temperatura wrzenia 50-105°C. Służy ona do odkażania i odtłuszczania skóry, może być stosowana tylko dokładnie oczyszczona;
  2. benzynę wykorzystywaną w lampach górniczych z temperaturą wrzenia 50-140°C;
  3. benzynę laboratoryjną (wzorcowa i normalna), która może być stosowana w chemii analitycznej.
  1. Benzynę będąca paliwem w silnikach gaźnikowych. Liczba oktanowa zależy od gatunku benzyny. Benzyna z liczba oktanową 92-96 to benzyna premium, 86-92 to benzyna regular, więcej niż 96 to benzyna super. Benzyny silnikowe mogą zawierać antydetonatory, rożne dodatki uszlachetniające, inhibitory procesu utlenienia oraz korozji. W obrębie tego typu benzyny wyróżniamy:
  1. benzynę lotniczą, której liczba oktanowa ma wartość większą niż 90, zaś temperatura wrzenia wynosi 40-180°C;
  2. benzynę samochodową, której liczba oktanowa wynosi 86-92.
  1. Benzynę przemysłową, która może być stosowana jako rozpuszczalnik. W obrębie tego typu benzyn wchodzą:
  1. benzyna ekstrakcyjna z temperatura wrzenia 80-120°C, która może być stosowana do procesu ekstrakcji tłuszczów, wosków oraz żywic;
  2. benzyna lakowa z temperatura wrzenia 135-200oC, która może być stosowana w procesie produkcyjnym farb, lakierów, past do butów oraz podłóg.
  1. Benzyna syntetyczną, która jest mieszanina węglowodorów ciekłych. Ten typ benzyny otrzymywany jest w procesie upłynniania (proces uwodorniania). Stałych paliw (smoła węgiel kamienny). Może być także otrzymywana w procesie Bergiusa, w syntezie gazu wodnego oraz w syntezie Fischera oraz Tropscha. Stosowane  także inne metody. Trwają badania nad opracowaniem nowych bardziej wydajnych i mniej kosztownych procedur.

Synteza Fischera-Tropscha- jest to proces syntezy węglowodorów z wodoru oraz tlenku węgla (gaz syntezowy). Metoda ta jest przeprowadzona w temperaturze 180-200°C przy ciśnieniu atmosferycznym, ewentualnie w podwyższonym do 1MPa. Proces ten zachodzi z dodatkiem katalizatora kobaltowego, ewentualnie torowego. Może zachodzić w temperaturze 260°C przy ciśnieniu 1,5-2,7 MPa z wykorzystaniem katalizatora żelazowego. W wyniku tego procesu otrzymywane są produkty ciekłe gazowe, które tworzą frakcje benzynową (tzw. syntina, benzyna syntinowa) oraz frakcję olejową (kogazyna). W tej metodzie uzyskiwane są także produkty stałe, które tworzą parafinę syntetyczną. Rodzaj otrzymanych produktów jest ściśle związany z parametrami panującymi podczas zachodzącego procesu oraz zależy od wzajemnego stosunku reagentów. Stosunek tlenku węgla do wodoru może wynosić 2:1 lub 1:2. Benzyna powstała w wyniku procesy syntinowego to paliwo silnikowe, charakteryzujące się niska jakością, może być wykorzystywane jako dodatek do innego rodzaju benzyn. Składniki występujące we frakcji ciekłej mogą być wykorzystywane jako surowiec chemiczny w procesach produkcyjnych środków myjących oraz nawilżających, kwasów tłuszczowych i olejów smarowych. Po raz pierwszy proces syntinowy został przeprowadzony w 1932 roku przez Fischera oraz Tropscha. Metoda ta po II wojnie światowej nie była na szeroką skalę stosowana ze względu na bardzo wysokie koszty podczas produkcji oraz niezbyt wysoką jakość produktów otrzymywanych w tym procesie.

Ligroina- to ciężka benzyna. Temperatura wrzenia tej frakcji ropy naftowej wynosi 160-230°C. Ligroina to mieszanka węglowodorów: główne składniki to: heptan oraz heksan. Może być wykorzystywana jako paliwo do maszyn rolniczych (traktory) oraz jako płyn hydrauliczny.

Etylina - to benzyna wprowadzona przez CPN, w skład której wchodziły także dodatki alkoholu etylowego. Głównym jej składnikiem był tetraetyloołów (55-64%) - środek przeciwstukowy. Etylina była wykorzystywana jako paliwo do różnych silników gaźnikowych. W Polsce używano trzech rodzajów etyliny: etylina o liczbie oktanowej 86 (barwa zielona), 98 (barwa czerwona), 94 (barwa żółta).