Ropa naftowa - referat

Ropa naftowa, czyli olej skalny, jest najważniejszym surowcem węglowodorowym do otrzymywania cennych produktów przemysłowych, np. benzyny, nafty, olejów smarowych, parafiny. Jest skomplikowaną mieszaniną węglowodorów (lotnych, ciekłych i stałych) zawierających także niewielkie ilości (do 1%) związków organicznych tlenu (kwasy karboksylowe, fenole) siarki (tio alkohole i pochodne tiofenu) oraz azotu (azotowe związki heterocykliczne). W Polsce złoża tego cennego surowca występują w pobliżu Krosna, Jasła, Gorlic i Nowego Sącza, w Borysławiu. Ropa naftowa występuje też na północy Polski, w okolicy Kamienia Pomorskiego. Duże znaczenie ma złoże na szelfie Morza Bałtyckiego.

W temperaturze pokojowej ropa naftowa jest cieczą oleistą łatwo palną, najczęściej lżejszą od wody, źle przewodzącą prąd elektryczny. Barwa, zapach, lepkość, ciężar właściwy zależą od pochodzenia ropy (sklasyfikowano kilka tysięcy gatunków). Surowa ropa naftowa wydobywana ze złoża jest cieczą barwy zwykle ciemnobrunatnej o ostrym zapachu, nierozpuszczalną w wodzie. Ropa naftowa ma gęstość większą od 0,79 g/cm3, zwykle mniejszą od gęstości wody. Ma zmienny skład chemiczny. Zależy on od miejsca jej występowania. Ze względu na rodzaj ropy naftowej (tak zwane wskaźniki strukturalne i technologiczne, zależne od jej składu chemicznego) upowszechnił się jej podział na siedem klas i dwanaście grup, zaproponowany w Rumunii.

Wydzielenie czystych węglowodorów z ropy naftowej odbywa się najczęściej za pomocą destylacji frakcyjnej; stosuje się także ekstrakcję za pomocą selektywnych rozpuszczalników oraz krystalizację.
W skład ropy naftowej wchodzą trzy grupy węglowodorów:
- alkany
- cykloalkany
- areny

Głównymi składnikami ropy naftowej są rozmaite węglowodory:
- nasycone węglowodory parafinowe, a więc homologi metanu,
- małe ilości węglowodorów oleinowych (homologi etylenu),
- nasycone węglowodory cykliczne, tzw. węglowodory naftenowe, pochodne cyklopentanu i cykloheksanu o wzorze CnH2n,
- węglowodory aromatyczne, pochodne benzenu C6H6.

Ropa naftowa nie zawiera w zasadzie alkenów i alkinów. W zależności od jej pochodzenia procentowy udział poszczególnych składników jest zróżnicowany.
W wyniku destylacji ropy naftowej uzyskuje się szereg frakcji wrzących w różnych zakresach temperatury. W miarę podwyższania temperatury ropy destylują z niej coraz to trudniej lotne składniki. Podczas destylacji frakcyjnej z surowej ropy naftowej otrzymuje się następujące produkty:
- Eter naftowy, zbierany do temperatury 70 ºC, o gęstości poniżej 0,7 g/ml, składa się głównie z najlżejszych węglowodorów zawierających nie więcej niż sześć atomów węgla w cząsteczce. Zastosowanie: jako benzyna apteczna albo rozpuszczalnik do ekstrakcji.

Benzyna lekka, zbierana od 60 do 100 ºC i o gęstości 0,7 - 0,75 g/ml, stosowana głównie jako benzyna lotnicza.

Benzyna ciężka, wrząca w granicach 100 - 150 ºC o gęstości 0,75 g/ml, używana jako benzyna samochodowa.

Ligroina, zwana inaczej benzyną lakową, wrze w granicach 100 - 180 ºC.

Podane powyżej granice temperatur wrzenia poszczególnych frakcji oraz ich gęstość nie charakteryzują dokładnie danego rodzaju benzyny. Zależnie od pochodzenia ropy i od przeznaczenia destylatu granice te mogą się wahać.

Jeśli produkty destylacji ropy naftowej zawierające kilkanaście atomów węgla w cząsteczce, a wiec frakcje olejową, zostaną podgrzane do temperatury około 500C to następuje rozerwanie wiązania pomiędzy atomami węgla. Długi łańcuch węglowodoru pęka, przy czym tworzą się niższe węglowodory. W praktyce możemy powiedzieć, że z oleju otrzymujemy benzynę. Z udziałem katalizatora kraking można przeprowadzić w temperaturach od 400 do 500C.

Jako katalizatory w metodzie krakingu stosowane są krzemiany glinu, magnezu lub cyrkonu. Gazy krakowe stanowiące produkt uboczny krakingu stosuje się do produkcji paliw lotniczych i jako surowce chemiczne.

Po wydobyciu ropy naftowej jest ona poddawana procesowi destylacji. Ropę wprowadza się do pieca destylacyjnego i podgrzewa do ok. 350 stopni C. Dzięki różnicom temperatur wrzenia poszczególnych substancji ropy rozdzielają się one na frakcje. Pary lżejsze wędrują do górnych części pieca , gdzie, w miarę wzrostu wysokości maleje temperatura. Pary o cięższych cząsteczkach skraplają się już w następnym zbiorniku i spływają do odpowiednich magazynów. Do najwyższej części docierają już tylko najlżejsze gazy rafineryjne. Aby zwiększyć wydajność przetwarzania ropy naftowej naftę i oleje ciężkie poddaje się tzw. krakingowi - ogrzewa się je i poddaje działaniu wysokiego ciśnienia rozrywając następnie łańcuchy węgla. Metodą tą uzyskuje się oleje lekkie i benzynę.

Zmiany składu frakcji benzynowych w celu uszlachetnienia benzyn uzyskiwanych metodą destylacji ropy naftowej można uzyskać metoda reformingu, która polega na izomeryzacji i dehydrocyklizacji n-alkanów oraz odwodornieniu cykloalkanów do węglowodorów aromatycznych pod wpływem katalizatora platynowego. W ten sposób podnosi się liczbę oktanową benzyny nawet o 40 jednostek, a także uzyskuje się alkeny i areny.

Liczba oktanowa jest to wielkość określająca jakość benzyny (im wyższa liczba oktanowa tym benzyna jest lepsza). Benzyny uzyskane bezpośrednio przez destylację ropy naftowej mają liczbę oktanową od 50 do 76, benzyny z krakowania - 90, powstałe z reformingu - około 100. Liczbę oktanową benzyn można podnieść o 15 - 16 jednostek przez dodanie czteroetyloołowiu (powstaje etylina używana tylko jako paliwo - bardzo trująca) Następną frakcją po benzynie jest nafta, czyli przezroczysta, żółta ciecz niebieskawym połyskiem i charakterystycznym zapachem. Stosowana dawniej głównie do oświetlania (lampa naftowa), obecnie używana jako paliwo do silników wysokoprężnych lub odrzutowych i jako surowiec do otrzymywania benzyny metodą krakingu lub reformingu. Kolejna frakcja po nafcie to olej gazowy lekki (solarowy). Jest używany jako paliwo do silników wysokoprężnych Diesla - tańsze od benzyny, ponieważ nie wymaga przeróbki chemicznej. Cięższe frakcje olejowe (olej smarowy) służą do smarowania mechanizmów.