Powstanie
Ze względu na zastosowanie, ropa naftowa, gaz ziemny, oraz inne surowce, takie jak np. węgiel kamienny nazywane są paliwami kopalnymi.
Podobnie jak węgiel, ropa naftowa powstała z substancji organicznej nagromadzonej przed milionami lat z tą różnicą, że w przypadku ropy naftowej jest to substancja utworzona z biomasy glonów i niższych gatunków żyjących istot wodnych (planktonu), jak i w pewnej mierze ze zwierząt o wyższym stopniu rozwoju. Organicznym materiałem wyjściowym w powstawaniu ropy naftowej były w przeważającej mierze tłuszcze i białko oraz pozostałości bakterii biorących udział w procesie przemian materii organicznej.
Skład
Z chemicznego punktu widzenia ropa naftowa to mieszanina różnych węglowodorów. W węglowodorach stałych rozpuszczone są węglowodory ciekłe i gazowe.
W skład ropy naftowej wchodzi wiele pierwiastków. Są to głównie niemetale, ale znaleźć tam można także związki chemiczne i niewielkie ilości metali. Z ropy naftowej wyodrębniono około 600 związków, ale ich ilość szacuje się na kilka tysięcy.
Związki węglowodorowe, stanowiące około 98% składu ropy naftowej są bardzo zróżnicowane i zawierają od 1 (metan - CH4) do ponad stu atomów węgla w cząsteczce.
Można je podzielić na 3 grupy:
a. parafiny - związki węglowodorowe o różnej długości łańcuchów. Należące do nich alkany stanowią, w zależności od pochodzenia i czasu powstania ropy od 30 do 80% jej zawartości. Te, które mają powyżej 17 atomów węgla w cząsteczce są ciałami stałymi, pomiędzy 16 a 6 - cieczami, a 5 lub mniej - gazami. Liczba atomów węgla w cząsteczkach parafin dochodzi do 40.
b. kwasy naftenowe - od parafinów różnią się tym, że łańcuchy węglowe w przypadku tych cząsteczek nie są proste a pozamykane w pierścienie. Im więcej atomów węgla, tym większa gęstość substancji.
c. związki nienasycone - stanowią grupę węglowodorów, w których nie wszystkie atomy węgla osiągnęły stan nasycenia łącząc się z poszczególnymi atomami swojego typu co najwyżej jednym wiązaniem. Ważny i ciekawy jest fakt, że ropa nie zawiera alkanenów ani alkinów.
Nie wszystkie składniki ropy naftowej są pożądane. Związki zawierające siarkę i chlor powodują korozję urządzeń rafineryjnych. Z tego powodu pierwszą czynnością po wydobyciu ropy jest jej odsiarczenie oraz usunięcie wody.
Złoża
Złoża ropy i gazu ziemnego znajdują się na wszystkich kontynentach, często pod dnem morskim, w szelfach kontynentalnych, blisko brzegu. Czasami ropa wycieka na powierzchnię. W normalnych warunkach ponad złożem ropy naftowej tworzy się warstwa zawierająca gaz ziemny. Niektóre pola roponośne są wykorzystywane, inne wciąż jeszcze czekają na odkrycie i eksploatację.
Najstarsze, niewielkie złoża ropy naftowej powstały na początku górnego proterozoiku (ok. 900 mln lat temu), natomiast największe złoża są młodsze. Ich wiek to przypuszczalnie 250-400 mln lat. Szacuje się, że rezerwy ropy naftowej wystarczą na mniej więcej 40 lat, jeśli wydobycie utrzyma się na poziomie z 1988 roku. Szacunki te opierają się na dwóch danych :
a. szacunkowej zasobności znanych złóż, których eksploatacja jest możliwa przy użyciu obecnie znanych technologii
b. wysokości średniego światowego wydobycia w danym roku. Oczywiście liczby te mogą się zmieniać w zależności od wykorzystywanych technologii.
Na przykład przed rokiem 1970 Wielka Brytania była niemal całkowicie uzależniona od importu ropy. Odkrycie złóż ropy naftowej pod dnem Morza Północnego w 1969 roku całkowicie zmieniło tę sytuację, czyniąc ten kraj jednym z głównych producentów ropy na świecie. Do 1990 roku Wielka Brytania wspięła się na 9 miejsce wśród krajów eksploatujących podmorskie złoża ropy. Eksperci są zdania, że wydobycie będzie maleć, nie zmienia to jednak faktu, że Wielka Brytania będzie jednym z głównych producentów ropy w XXI wieku.
Największe złoża ropy znajdują się w krajach arabskich Bliskiego Wchodu i stanowią ok. 65% znanych rezerw ropy naftowej. Pod koniec lat 80. : Iran, Irak, Kuwejt i Zjednoczone Emiraty Arabskie , posiadały udokumentowane złoża ropy, które przy poziomie wydobycia w tych krajach z roku 1988 starczyłyby na sto lat.
Na początku 1989 roku rezerwy Arabii Saudyjskiej (ok. 25% światowych zasobów) szacowano na 90 lat. Dzięki odkryciu nowych złóż w 1990 roku czas ten wydłużył się o dalsze 50 lat. Pod koniec lat 80 czołowym producentem ropy naftowej był ZSRR, dostarczający około 18% światowego wydobycia. Z 15 republik największy udział w wydobyciu miały: Rosja, Azerbejdżan, Kazachstan, Kirgizja, Tadżykistan, Turkmenia, Ukraina i Uzbekistan.
Stany Zjednoczone, zajmując drugie miejsce, dostarczały wraz z Kanadą w 1990 roku 16% ropy.
Poziom wydobycia zależy od popytu na światowych rynkach, np. recesja we wczesnych latach 90. spowodowała spadek zapotrzebowania na ropę, a co za tym idzie, zmniejszenie wydobycia.
NAJBOGATSZE ZŁOŻA
Zdecydowana większość złóż jest skoncentrowana w kilku zaledwie miejscach: 65% ropy naftowej należy do krajów Bliskiego Wschodu, a wśród nich niewątpliwie palma pierwszeństwa należy się Arabii Saudyjskiej. Po odkryciu nowych złóż na jej terenie szacuje się, że państwo to posiada ok. 300 bilionów baryłek ropy naftowej, co stanowi 1 wszystkich złóż świata. Na terenie pozostałych krajów Azjatyckich znajduje się kolejne 4 % zasobów. W Ameryce Północnej największe złoża ropy naftowej występują w Zatoce Meksykańskiej, na wybrzeżu Pacyfiku w okolicach Los Angeles oraz w Morzu Arktycznym na północ od Kanady (13% światowych złóż). W Ameryce Południowej bogate pola naftowe odkryto również w: Brazylii, Kolumbii, Peru, Trynidadzie i Wenezueli.
W Europie morskie platformy wiertnicze posiadają również: Dania, Hiszpania, Holandia, Norwegia, Wielka Brytania Włochy.
Spośród krajów Afryki największymi producentami ropy naftowej wydobywanej spod dna morskiego są Nigeria, Ghana i Gabon. Ropę odkryto tu również w wodach przybrzeżnych Konga, Wybrzeża Kości Słoniowej, Egiptu oraz Tunezji. W Azji, poza krajami Bliskiego Wschodu, ropę wydobywa się w Chinach, Indiach, Indonezji, Japonii, Malezji. Przybrzeżne pola naftowe eksploatują też Australia i Nowa Zelandia.
Przetwórstwo
Surowa ropa naftowa nie ma obecnie praktycznego zastosowania. Aby otrzymać z niej wartościowe produkty, które mają przemysłowe zastosowanie, rozdziela się ją na poszczególne frakcje przy zastosowaniu metod fizycznych. Po usunięciu zanieczyszczeń mechanicznych procesy rozdziału pozwalają usunąć wodę i rozpuszczone w niej sole, a także organiczne związki siarki, pewne związki azotu i metale ciężkie.
Sole zanieczyszczające ropę, to głównie chlorek sodu, NaCl i chlorek potasu, KCl a także chlorek magnezu, MgCl2. Rodzaj soli obecnych w ropie zależy od jej pochodzenia.
Aby przeprowadzić odsalanie dodaje się do ropy deemulgator i podgrzewa wstępnie, co powoduje częściowe rozdzielenie emulsji ropnej na część organiczną i roztwór soli. Całkowite rozdzielenie obu faz następuje w elektrodehydratorze w podwyższonej temperaturze i pod ciśnieniem. Elektrodehydrator zaopatrzony jest w elektrody. Pod wpływem wysokiego napięcia elektrycznego emulsja ropna rozdzielona zostaje na roztwór soli i odsoloną ropę, odprowadzaną w górnej części zbiornika.
Najważniejszą za stosowanych metod oczyszczania jest destylacja frakcyjna (frakcjonowana), w której wykorzystuje się różnice temperatur wrzenia poszczególnych składników. Pozwala ona rozdzielić ropę na frakcje, czyli grupy związków organicznych mających zbliżone własności [16].
W procesie tym wykorzystuje się różnice w temperaturach wrzenia poszczególnych węglowodorów i innych związków organicznych.
Po wstępnym oczyszczeniu, odwodnieniu i odsoleniu ropa ogrzewana jest w wymiennikach ciepła i następnie ulega rozdziałowi na frakcje w kolumnie destylacyjnej (wieży) pod ciśnieniem atmosferycznym.
Przyszłość
Pomimo odkrycia nowych złóż ropy naftowej, nie ulega wątpliwości, że jej zasoby kiedyś się wyczerpią, zwłaszcza, że proces jej powstawania jest niezwykle wolny. Mimo wszystko, niezależnie od wzrostu cen i świadomości rychłego wyczerpania się zapasów, zapotrzebowanie na ropę naftową wciąż rośnie.
Perspektywy być może nie są aż tak tragiczne, jak się wydaje na pierwszy rzut oka. Niektórzy uczeni utrzymują, ze znane i udokumentowane złoża ropy naftowej stanowią jedynie 1/3 całego ziemskiego zapasu. Reszta, według nich, wciąż czeka pod ziemią na swojego odkrywcę. Rozwój techniki najprawdopodobniej w przyszłości umożliwi eksploatację niedostępnych dzisiaj złóż.