Wstęp

Ropa naftowa, która jest olejem skalnym to jeden z najpopularniejszych i najważniejszych surowców węglowodorowych. W wyniku przeróbki ropy naftowej jesteśmy w stanie uzyskać bardzo ważne produkty przemysłowe (parafina, nafta, benzyna, olej smarowy). W skład ropy naftowej wchodzą węglowodory stałe, ciekłe oraz lotne. Zawiera także nieznaczne ilości (1%) związków organicznych zawierających tlen w swojej budowie (fenole, kwasy karboksylowe), siarkę (tiofen i jego pochodne oraz tioalkohole), ale także azot (heterocykliczne związki azotowe).

Złoża ropy naftowej występują w Polsce w okolicach: Gorlic, Jasła, Krosna, Nowego Sącza oraz Borysławia. Surowiec ten występuje także w północnej częściach Polski (szelf morza Bałtyckiego oraz obszary Kamienia Pomorskiego).

Właściwości ropy naftowej

Ropa naftowa w normalnych warunkach to ciecz oleista, lżejsza od wody, łatwopalna. Charakteryzuje się słabą przewodnością elektryczną. W przyrodzie występuje około kilku tysięcy rodzajów ropy naftowej, dlatego też jej zapach, barwa, ciężar właściwy oraz lepkość jest uzależniony od konkretnego pochodzenia ropy naftowej.

Ropa wydobywana ze złoża to tzw. surowa ropa naftowa, która charakteryzuje się barwą ciemnobrunatną, nierozpuszczalnością w wodzie. Jej gęstość wynosi 0,79g/cm3. Charakteryzuje się ostrym zapachem. Jest lżejsza od wody. Skład chemiczny ropy naftowej ulega zmianie. Jest uzależniony od obszaru, na którym występuje. Biorąc pod uwagę wskaźniki technologiczne oraz strukturalne, ropę naftową dzielimy na siedem klas oraz dwanaście grup.

Aby uzyskać z ropy czyste węglowodory musimy ten surowiec poddać destylacji frakcyjnej. Stosowane są także inne metody: krystalizacja oraz ekstrakcja przy pomocy selektywnych rozpuszczalników.

W ropie występują 3 typy węglowodorów: areny, cykloalkany oraz alkany.

Węglowodory wchodzące w skład ropy naftowej:

- węglowodory oleinowe, będące homologami etylenu;

- węglowodory nasycone, parafinowe, będące homologami metanu;

- węglowodory aromatyczne, będące pochodnymi benzenu;

- węglowodory nasycone cykliczne (naftanowe);

- cykloheskan, cyklopentan oraz ich pochodne.

W skład ropy naftowej nie wchodzą ani alkeny, ani alkiny. Zawartość procentowa poszczególnych składników jest uzależniona od pochodzenia ropy naftowej.

Podczas destylacji ropy naftowej uzyskujemy kilka frakcji, które różnią się od siebie wartością temperatury wrzenia. Wraz ze wzrostem temperatury destylacji ulegają trudno lotne składniki.

W wyniku procesu destylacji frakcyjnej otrzymujemy:

- eter naftowy, którego gęstość wynosi 0,7g/cm3. W jego skład wchodzą lekkie węglowodory, o krótkich łańcuchach węglowych. Eter jest wykorzystywany jako rozpuszczalnik w czasie ekstrakcji oraz jako benzyna apteczna. Temperatura wrzenia 100-1800C

- benzyna lekka, której gęstość wynosi 0,7-0,75 g/cm3 znalazła zastosowanie jako lecznicza benzyna. Temperatura wrzenia 700C.

- benzyna ciężka, której gęstość wynosi 0,75 g/cm3 znalazła zastosowanie jako samochodowa benzyna. Temperatura wrzenia 100-1500C

- ligroina (benzyna lakowa). Temperatura wrzenia 100-1800C.

W zależności od typu ropy oraz sposobu wykorzystania destylatu, wartości temperatur wrzenia oraz ich gęstości mogą ulec zmianie.

Rozrywanie wiązań pomiędzy poszczególnymi atomami węgla ma miejsce wtedy, gdy produkty otrzymane w czasie destylacji ropy (te które zawierają wiele atomów węgla- frakcje olejowe) są podgrzewane do temperatury wynoszącej 500oC. Występuje wówczas pęknięcie długiego łańcucha węglowego i w konsekwencji powstają niższe węglowodory o niższych łańcuchach węglowych. Prościej mówiąc, możemy stwierdzić, że z oleju, możemy uzyskać benzynę.

Gdy zastosujemy odpowiedni katalizator kraking może być przeprowadzony już w temperaturach 400-500oC. Katalizatory, które mogą być wykorzystane podczas krakingu to: krzemian magnezu, krzemian glinu, krzemian cyrkonu. Produktem ubocznym krakingu są gazy krakowe, które mogą być wykorzystywane w procesach produkcyjnych paliw lotniczych oraz jako ważne surowce chemiczne. Surowa ropa naftowa zaraz po wydobyciu ulega procesowi destylacji. Surowiec ten wprowadzany jest do pieca destylacyjnego, a następnie jest podgrzewany do temperatury 3500C. Poszczególne składniki wchodzące w skład ropy naftowej różnią się miedzy innymi wartością temperatury wrzenia. Dlatego też substancje te ulęgają rozdzieleniu na poszczególne frakcje. Lżejsze pary przemieszczają się do wyższych partii pieca tam wraz ze wzrostem wysokości temperatura ulega zmniejszeniu. Dochodzi do skroplenia cząsteczek cięższych składników w odpowiednio przygotowanych składnikach. Następnie substancje te spływają do określonych magazynów. W najwyższych partiach występują tylko gazy rafineryjne o najkrótszych łańcuchach węglowych. Po procesie destylacji w celu zwiększenia wydajności przeróbki ropy naftowej oleje ciężkie oraz naftę poddajemy krakingowi. Proces ten polega na ogrzewaniu pod wysokim ciśnieniem oleju ciężkiego oraz nafty. Następuje zerwanie długich łańcuchów węglowych i w konsekwencji tego procesu otrzymujemy węglowodory o krótszych łańcuchach, czyli oleje lekkie oraz benzyna.

Aby bardziej uszlachetnić benzynę, należy zmienić jej skład. Przy zastosowaniu reformingu możemy uzyskać uszlachetnioną benzynę, która będzie miała większe zastosowanie niż benzyna otrzymana bezpośrednio po destylacji ropy naftowej. Proces reformingu to reakcja dehydrocyklizacji i izomeryzacji n-alkanów, ale także odwodornieniu cykloalkanów do arenów (węglowodorów aromatycznych) przy zastosowaniu katalizatora platynowego. W taki sposób liczba oktanowa benzyny zostaje zwiększona do 40 jednostek, ale także możemy w ten sposób otrzymać alkany i areny.

Jakość i typ benzyny możemy określić znając jej liczbę oktanową. Liczba oktanowa to wielkość, która określa jakość benzyny. Im jest ona większa, tym benzyna jest szlachetniejsza i lepsza. Benzyna, która została otrzymana w wyniku destylacji ropy, charakteryzuje się liczba oktanową wynoszącą 50-76. Benzyna po procesie krakingu ma liczbę oktanową równą 90, zaś benzyna po reformingu ma liczbę oktanowa równą 100. Liczba oktanowa może ulec zwiększeniu w wyniku dodania czteroetyloołowiu. Wzrost ten może wynosić około 15-16 jednostek. W wyniku tego procesu powstaje etylina, która może być używana jako paliwo. Jest bardzo toksyczna i trująca.

Kraking może być także stosowany w przypadku nafty. Nafta to żółta, transparentna substancja ciekła z połyskiem niebieskim o specyficznym zapachu. Naftę głównie stosujemy do oświetlenia i jest wykorzystywana w lampach naftowych. Aktualnie może być stosowana jako paliwo w silnikach odrzutowych oraz wysokoprężnych, ale także wykorzystywana jest jako surowiec w procesie otrzymywania benzyny, przy pomoc krakingu oraz reformingu.

Następną frakcją po nafcie jest olej gazowy (dolarowy). Olej ten może być stosowany w silnikach wysokoprężnych (Diesela). Ten rodzaj paliwa jest tańszy od benzyny, gdyż nie jest wymagana przeróbka chemiczna.

Kolejna frakcją są oleje smarowe, które mogą być wykorzystywane w smarowaniu mechanizmów.