Ropa naftowa

Ropa naftowa dawniej była nazywana olejem skalnym, ze względu na miejsce jej występowania.

Stanowi gęstą, oleistą ciecz o charakterystycznym zapachu. Nie rozpuszcza się w wodzie. Jest substancją palną.

Pod względem chemicznym ropa naftowa to mieszanina węglowodorów w stanie stałym, ciekłym i gazowym, które wzajemnie się rozpuszczają. Jej głównymi składnikami są: alkany, cykloalkany, węglowodory aromatyczne oraz w niewielkim stopniu alkeny. Wśród nich można wymienić kilka najważniejszych:

- butan (C₄H₁₀)

- pentan (C₅H₁₂)

- heksan (C₆H₁₄)

- heptan (C₇H₁₆)

- oktan (C₈H₁₈)

- dodekan (C₁₂H₂₆)

- pentadekan (C₁₅H₃₂)

- oktadekan (C₁₈H₃₈)

- pentakozan (C₂₅H₅₂)

- tetrakontan (C₄₀H₈₂)

Ropa naftowa powstaje z przeobrażeń szczątków roślinnych i zwierzęcych, żyjących na ziemi wiele milionów lat temu. Szczątki te zostały przykryte warstwami piasku i mułu. Z upływem czasu, pod warstwą nieorganicznych substancji uległy zeskaleniu. Pod wpływem osadzających się kolejnych warstw piasków i mułów, szczątki te ulegały kolejnym przeobrażeniom. Koniecznym warunkiem dalszych przemian jest istnienie nieprzepuszczalnej warstwy skał, która pokrywa skały przepuszczalne. W warunkach beztlenowych, w obecności bakterii anaerobowych oraz w cieple powstaje ropa naftowa. Wszystkie złoża ropy naftowej występują w skałach osadowych, wykazujących dużą porowatość. Szczególnie chętnie ropa występuje w piaskowcach. Obecnie eksploatowane źródła ropy naftowej, w 80 % pochodzą z ery mezozoicznej oraz z okresu trzeciorzędu.

Złoża ropy naftowej na świecie:

Złoża ropy można najczęściej spotkać pod dnem mórz, niedaleko od brzegu. Występują także na obszarach lądowych. Zawsze jednak ropa naftowa znajduje się na znacznych głębokościach, nawet kilka kilometrów pod poziomem lądu lub dna oceanu.

Wydobycie ropy naftowej:

Bardzo często złożom ropy naftowej towarzyszą złoża gazu ziemnego (jego główny składnik to metan - CH₄). W celu wydobycia ropy wywierca się otwór wydobywczy, przez który można dostać się do tych złóż. Początkowo ropa naftowa sama wypływa na powierzchnie, pod wpływem wysokiego ciśnienia, spowodowanego obecnością gazu ziemnego. Po pewnym czasie, gdy ciśnienie ropy spadnie, wydobywa się ją za pomocą pomp głębinowych lub poprzez wtłaczanie wody do szyby wiertniczego. Ponieważ gęstość wody jest większa od gęstości ropy, więc ropa wypływa na powierzchnie wody jako pierwsza. W przypadku złóż występujących pod dnem morskim, wieżę szybowa wraz z innymi urządzeniami wiertniczymi umieszcza się na platformie.

Ropa, która wypływa przez odwiert jest nazywana ropą surową. Ropa taka zawiera duże ilości rozpuszczonych w niej węglowodorów gazowych (m.in. metan, etan, propan, butan). Za pomocą rurociągów lub cystern jest dostarczana do rafinerii. Tam zostaje oczyszczona i rozdzielona na dwie frakcje: gazową oraz ciekłą. Frakcję ciekłą poddaje się dalszej destylacji, natomiast frakcje gazową dzieli się na dwie:

- zawierającą metan i etan - zostaje ona dalej połączona z gazem ziemnym

- zawierającą propan i butan - jest ona wykorzystywana jako gaz płynny.

Destylacja ropy naftowej:

Wstępnie oczyszczona: odgazowana i odwodniona ropa surowa, jest następnie poddawana tzw., destylacji frakcyjnej. Proces ten prowadzony jest w wielkiej wieży, metodą rurowo - wieżową. Pierwszy etap destylacji stanowi podgrzanie ropy surowej do temperatury ok. 350 ºC. W tej temperaturze większość składników ropy naftowej przechodzi w stan gazowy. Unoszące się do góry pary ulegają ochłodzeniu. Obowiązuje zasada, że im wyżej w wieży destylacyjnej, tym niższa panuje temperatura. Składniki ropy w zależności od temperatury skraplania przechodzą w ciecz i osadzają się na tzw. półkach destylacyjnych. Dzięki destylacji frakcyjnej można otrzymać kilka różnych frakcji, czyli grup składników o podobnych temperaturach wrzenia.

Główne frakcje destylacji ropy naftowej:

- gazy rafineryjne.

Do tej grupy składników ropy naftowej zalicza się węglowodory lekkie, o krótkich łańcuchach węglowych, charakteryzują się niskimi temperaturami wrzenia.

- Eter naftowy.

Eter naftowy stanowi mieszaninę lekkich węglowodorów, których cząsteczki nie przekraczają sześciu atomów węgla. W procesie destylacji zbiera się go do temperatury ok. 70 º C. Gęstość eteru wynosi maksymalnie ok. 0,7 g/cm³. Znajduje zastosowanie jako rozpuszczalnik używany do ekstrakcji, a także jako benzyna apteczna.

- Benzyna lekka:

Benzyna lekka stanowi frakcję zbieraną w temperaturze ok. 60 do 100 ºC. Gęstość tej mieszaniny cieczy wynosi ok. 0,7 - 0,75 g/cm³. Jest stosowana przede wszystkim w lotnictwie, jako benzyna lotnicza.

- Benzyna ciężka:

Benzyna ciężka charakteryzuje się temperaturami wrzenia wahającymi się w granicach 100 - 150 ºC. Jej gęstość wynosi ok. 0,75 g/cm⁵. Benzyna ciężka jest powszechnie wykorzystywana jako benzyna samochodowa.

- Ligroina:

Inna nazwa ligroiny to benzyna lakowa. Mieszanina ta wrze w szerokim zakresie temperatur 100 do 180 ºC.

- Nafta:

Stanowi frakcję ropy naftowej o temperaturze wrzenia ok. 215 - 280 ºC. Jest mieszaniną węglowodorów, których łańcuchy węglowe zawierają ok. 9 - 16 atomów węgla. W temperaturze pokojowej jest cieczą o żółtawym zabarwieniu i charakterystycznym zapachu. Dzisiaj jest wykorzystywana jako dodatek do paliw używanych w silnikach odrzutowych. Poza tym znajduje zastosowanie jako rozpuszczalnik.

- oleje naftowe:

Oleje naftowe charakteryzują się temperaturami wrzenia, pod ciśnieniem atmosferycznym, powyżej 280 ºC. Stanowią mieszaniny węglowodorów, o łańcuchach węglowych o długości ok. 14 - 16 atomów węgla. Olej naftowy jest używany jako paliwo w silnikach Diesla. Olej ten często poddaje się destylacji próżniowej, w wyniku której otrzymywane są różne oleje, które znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle. Wśród nich można wymienić:

- oleje smarowe - są używane jako smary maszynowe, przekładniowe, silnikowe, hydrauliczne, czy turbinowe.

- oleje silnikowe

- oleje gazowe

- olej parafinowy - służy do otrzymywania parafiny, wykorzystywanej do wyrobu świec.

Parafina stanowi mieszaninę alkanów o długich i prostych łańcuchach węglowych dochodzących do 35 atomów węgla przypadających na jedna cząsteczkę. Jest to ciało stałe, krystaliczne o białej barwie, pozbawione smaku i zapachu. Otrzymuje się ją w procesie wymrażania i krystalizacji olejów parafinowych. Oprócz produkcji świec znajduje zastosowanie w przemyśle kosmetycznym, farmaceutycznym, spożywczym oraz do impregnowania papieru i zapałek.

- Wazelina - mieszanina ciekłych i stałych węglowodorów o łańcuchach węglowych zawierających 22-23 atomów węgla. Powstaje w wyniku destylacji próżniowej niektórych gatunków rodzajów ropy naftowej. Jest stosowana jako smar, a także wykorzystywana w przemyśle kosmetycznym i farmaceutycznym.

- mazut:

Mazut stanowi pozostałość podestylacyjną w procesie destylacji ropy naftowej. Są to frakcje o temperaturach wrzenia powyżej 350 ºC. Odbiera się je na samym dole kolumny. Mazut następnie poddaje się destylacji próżniowej. W wyniku tego procesu dostaje się oleje smarowe oraz asfalt naftowy, inaczej nazywany smołą ropną. Asfalt naftowy stanowi pozostałość po destylacji próżniowej mazutu. Jest wykorzystywany do produkcji asfaltu, używanego do pokrywania nawierzchni ulic.

Kraking

Część otrzymywanych w procesie destylacji mieszanin jest zbyt ciężka, aby móc ją wykorzystać do celów przemysłowych jako paliwa.

Do otrzymywania węglowodorów o krótszych łańcuchach węglowych, a tym samym o niższych temperaturach wrzenia stosuje się krakowanie (inaczej: kraking). Jest proces polegający na rozkładzie termicznym lub katalitycznym wyższych alkanów i innych węglowodorów obecnych w ropie naftowej, w efekcie czego otrzymuje się benzyny oraz oleje napędowe.