Ropa naftowa

Ropa naftowa jest złożoną mieszaniną różnych związków chemicznych. Podstawową masę ropy – 80-90% – stanowią ciekłe węglowodory: parafinowe – alkany, cykloparafinowe – cykloalkany i aromatyczne. Oprócz nich, ropy zawierają również związki organiczne jak: tlen – (do 8%) w żywicach, asfaltach lub kwasach naftenowych. Siarka - (do 5%) w siarkowodorze i siarczkach oraz azot (do 1%). Ropy z różnych złóż różnią się składem a więc i właściwościami. Spotyka się ropy o barwach od żółtej do brunatnej i czarnej, o gęstości od 0. 75 do 1 kgdm3. Z wielu jej gatunków wyodrębniono już ponad 300 związków chemicznych, ale ich liczbę ocenia się na wiele tysięcy.
Ropę naftową podzielono według kryteriów opracowanych przez rumuńskich naukowców. Stworzyli oni 7 klas i 12 grup. Przynależność ropy do danej klasy określa się według tzw. wskaźników strukturalnych tj. procentowej zawartości węgla “parafinowego”, “naftenowego” i “aromatycznego”. Zaszeregowanie ropy do jednej z 12 grup zależy natomiast od tzw. wskaźników technologicznych, do których zalicza się zawartości procentowe: parafin, żywic, asfaltu, siarki itp.

Powstanie ropy naftowej:
Pokłady ropy naftowej znajdują się często pod dnem morza lub w szelfach kontynentalnych blisko brzegu. Niektóre pola roponośne są wykorzystywane, inne wciąż jeszcze czekają na odkrycie i eksploatację. Istnieją dwie teorie dotyczące powstawania ropy naftowej.
Pierwsza – nieorganiczna – głosi, że ropa powstaje w wyniku reakcji zachodzących w głębi ziemi. Ropa naftowa i gaz ziemny występują prawie wyłącznie w skałach osadowych, głównie piaskowcach, których porowatości i szczeliny mogą być nasycone ropą i gazem, czyli mogą stać się kolektorem węglowodorów. Aby mogło powstać złoże ropy naftowej lub gazu ziemnego, musi istnieć warstwa skał nieprzepuszczalnych przykrywającą skałę przepuszczalną. Dzięki temu ropa może gromadzić się w strukturze zwanej pułapką.
Według teorii organicznej ropa powstaje na skutek przeobrażenia się szczątków roślin i zwierząt nagromadzonych w skałach osadowych. Przykryta warstwą mułu materia organiczna stopniowo rozkładała się i zamieniała w ropę pod wpływem wysokiej temperatury i tego samego, ogromnego ciśnienia, które zamieniało ił i muł w litą skałę.

Występowanie ropy naftowej:
Światowe zasoby ropy zostały poważnie uszczuplone wciągu ostatnich czterdziestu lat. Na świecie znajduje się więc niewiele jej złóż. Pierwszy szyb naftowy został wywiercony w Pensylwanii w 1859r. Głównymi ośrodkami wydobycia ropy naftowej są: kraje byłego Związku Radzieckiego (najbogatsze złoża znajdują się na południu Rosji, i w Azerbejdżanie), Indie (pokłady ropy znajdują się na północnym wschodzie kraju i pod dnem oceanu), kraje Bliskiego Wschodu (gdzie odkrycie tego cennego minerału pozwoliło m. in. Kuwejtowi na osiągnięcie znacznego wzrostu gospodarczego), Kanada (największe złoża w stanie Alberta, u podnóży Gór Skalistych, oraz pod dnem oceanu w rejonie wybrzeży Nowej Funlandii) a także w Brunei (gdzie zyski wydobycia ropy naftowej stanowią 98% dochodu narodowego).

Technika wydobywania ropy naftowej:
Ropę naftową wydobywa się wiercąc w ziemi otwory, tzw. odwierty, na głębokość 1 km i więcej. Miejsca prawdopodobnego zalegania złóż ropy naftowej wyszukiwane są przez geologów. Rozwój technik poszukiwania złóż pozwala na coraz precyzyjniejszą identyfikację miejsc występowania i wielkości zasobów. Tak samo rozwija się technika wierceń. Początkowo poszukiwania i wiercenia prowadzono wyłącznie na lądach. Okazało się jednak, że część światowych zasobów ropy zalega w obszarach szelfów mórz i oceanów.

Ropa wydobyta ze złoża zawiera zawsze zanieczyszczenia mechaniczne i pewną ilość porwanego gazu ziemnego oraz wody z rozpuszczonymi w niej solami. Toteż musi być poddana procesowi odsalania. Woda, tzw. solanka, występuje w ropie w postaci emulsji, w której stanowi fazę rozproszoną. Obecność w ropie dużej ilości wody bardzo utrudnia proces destylacji. W związku z czym ropa poddawana temu procesowi nie powinna zawierać więcej niż 0, 5% wody i 20 mgdm3 soli. Odsalanie ropy polega na rozbiciu emulsji i oddzieleniu solanki. Służą do tego metody: termiczna – zmniejsza lepkość ropy powodując wzrost rozpuszczalności substancji asfaltowo-żwirowych, chemiczna – znosi działanie naturalnych emulgatorów (związki o bardzo dużej czynności powierzchniowej)obecnych w ropie oraz metoda elektryczna – powoduje deformację kształtu kropelek wody, które w efekcie łączą się w większe krople i emulsja ulega rozbiciu.

Zasoby i zużycie ropy naftowej w Polsce:
Ropa naftowa występuje w Polsce na Podkarpaciu w okolicach Krosna i Jasła. Pewne zasoby zalegają również w szelfie morza Bałtyckiego. Zasoby ropy naftowej w Polsce są niewielkie i dlatego krajowe wydobycie ropy w ilości ok. 300 tys. ton zaspokaja zaledwie 2% potrzeb krajowych. Tak więc przerabiana w Polsce ropa naftowa prawie w całości pochodzi z importu ( głównie z Rosji).
W Polsce istnieją dwie duże i pięć małych rafinerii ropy naftowej przetwarzających ogółem ok. 15 mln. ton ropy rocznie.

Zastosowanie:
Ropę naftową wykorzystuje się już od dawna, używana była m. in. do balsamowania zwłok, robienia pochodni, leków, a także jako środek zapalający w machinach wojennych. Obecnie najwięcej zużywają jej wszystkie gałęzie przemysłu, szczególnie motoryzacja do produkcji olejów, smarów itp. Produkty destylacji służą do produkcji tworzyw sztucznych, środków dezynfekujących, gumy, kosmetyków, barwników, leków, wyrobów farbiarskich oraz syntetycznych tkanin.

Zagrożenia:
Skażenie wód morski ropą naftową zdarza się najczęściej przy czyszczeniu tankowców, kolizjach morskich i wypadkach na morskich platformach wydobywczych. Do największych skażeń dochodzi, gdy tankowce zostaną uszkodzone lub zatoną. Wycieki ropy doprowadzają do zagłady ptaków, ryb i innych morskich organizmów. Takie spektakularne katastrofy odwracają uwagę od faktu, że większość zanieczyszczeń wód morskich pochodzi z ropy wypuszczanej do rzek, albo wyciekającej bezpośrednio do morza z przybrzeżnych systemów odprowadzających.
Stosowanie benzyn w silnikach samochodowych doprowadziło do ciężkiego skażenia powietrza w wielu miastach. Spaliny z urządzeń napędzanych ropą zawierają trujące gazy, takie jak tlenek węgla, nie spalone węglowodory, tlenek azotu i ołowiu. Gdy np. : tlenek azotu zmiesza się z wodą w chmurach, spadają tzw. kwaśne deszcze, które zatruwają rzeki, jeziora i lasy. Na całym świecie zachęca się do stosowania benzyny bezołowiowej, a w wielu krajach już niedługo nie będzie można zarejestrować samochodu nie posiadającego katalizatora spalin, redukującego w znacznym stopniu emisję do atmosfery trujących gazów.

Otrzymywanie benzyny z ropy naftowej:
Ropa naftowa wydobywana z ziemi zawiera bardzo wiele różnych rodzajów węglowodorów, z których każdy ma charakterystyczne właściwości chemiczne i zastosowanie. Niektóre z mniejszych cząsteczek przetwarza się w benzynę, większe w olej opałowy. Benzyna jest mieszaniną węglowodorów zawierających od 5 do 10 atomów węgla w cząsteczce. Najważniejszym symbolem określającym jakość benzyny jest liczba oktanowa. Jej symbolem jest LO. Ale najpierw trzeba rozdzielić składniki ropy, czyli jej frakcje.
Rafinerie ropy naftowej stosują technikę rozdziału, znaną jako destylacja frakcyjna, w której wykorzystuje się to, że różne frakcje skraplają się w różnych temperaturach. Proces rozpoczyna się od ogrzania ropy naftowej do 400ºC(rys). W tej temperaturze ponad połowa ropy zamienia się w parę. Pary unoszą się w wysokiej, wielopoziomowej konstrukcji, zwanej wieżą frakcjonującą(rys), i stygną, w miarę jak przesuwają się ku górze. Gdy dana frakcja osiąga swoją temperaturę skraplania, ścieka na półkę zbiorczą. Pozostałe pary unoszą się wyżej. W ten sposób skraplają się kolejne frakcje. Reszta, która nie przechodzi w parę po pierwszym ogrzaniu, czyli nie destyluje się, to mazut, z którego otrzymuje się asfalt i ciężki olej opałowy.

Otrzymane frakcje można jeszcze oczyszczać. Kraking polega na stosowaniu temperatury i ciśnienia do rozbijania dużych, ciężkich cząsteczek na mniejsze, co zwiększa ilość uzyskiwanej z ropy benzyny. „Reformowanie” zmienia strukturę cząsteczek bez rozbijania ich. Może być stosowane do wytwarzania benzyny wyższej jakości.


Źródła:
1. “Technologia chemii”
2. “Świat Wiedzy” – Marshall Cavendish
3. “Chemia organiczna” – Witold Danikiewicz
4. Time Life – Ilustrowany Świat Nauki „Materia i chemia”