Ropa naftowa i jej zastosowanie
Ropa naftowa, znana również jako olej skalny, jest najważniejszym surowcem węglowodorowym wykorzystywanym do otrzymywania cennych produktów przemysłowych, takich jak benzyna, nafta, oleje smarowe, parafina.
Chociaż źródła ropy były znane już w starożytności, rozwój przemysłu naftowego datuje się dopiero od drugiej połowy XIX wieku. Pochodzenie złóż ropy naftowej było tłumaczone na różne sposoby. Mendelejew wysunął teorię nieorganicznego pochodzenia ropy z węglików metali ciężkich, składających się na jądro Ziemi. Teoria ta, mimo wielu zwolenników, nie tłumaczy jednak obecności w ropie związków azotowych ani związków optycznie czynnych. Później niemieccy naukowcy, Engler i Hoefer, zaproponowali teorię, że ropa powstała z tłuszczów zwierzęcych żyjących w odległych epokach geologicznych. W 1877 roku polski uczeń Bronisław Radziszewski wysunął hipotezę, że ropa mogła powstać także z roślin. Za teorią Englera przemawia fakt, że destylacja tranu rybiego pod wysokim ciśnieniem daje produkt zbliżony do ropy, a za teorią Radziszewskiego - eksperymentalnie potwierdzona fermentacja celulozy przez pewne bakterie żyjące w mule jezior.
Charakterystyka ropy naftowej
Ropa naftowa jest ciemnobrunatną cieczą o gęstości 0,79 - 0,96 g/ml i charakterystycznym zapachu. Może mieć też barwę jasną i słabo opalizującą. W wodzie jest nierozpuszczalna.
Główne składniki ropy naftowej to różnorodne węglowodory:
- Nasycone węglowodory parafinowe, czyli homologi metanu.
- Małe ilości węglowodorów olefinowych (homologi etylenu).
- Nasycone węglowodory cykliczne, tzw. naftenowe, pochodne cyklopentanu i cykloheksanu o wzorze CnH2n.
- Węglowodory aromatyczne, pochodne benzenu C6H6.
Przeróbka ropy naftowej i jej produkty
Ropa naftowa jest przetwarzana głównie dwoma metodami: destylacją frakcyjną lub krakingiem. Kraking polega na rozrywaniu długich łańcuchów węglowodorowych na krótsze, prostsze łańcuchy poprzez rozkład termiczny lub katalityczny. Ma to kluczowe znaczenie w przemyśle rafineryjnym i petrochemicznym. Produkty krakingu, takie jak benzyna, charakteryzują się wysoką liczbą oktanową, a uzyskane gazy zawierają wiele węglowodorów nienasyconych, ważnych w syntezie chemicznej. Kraking termiczny przeprowadza się w temperaturach 400 – 700°C pod ciśnieniem do 50 at (5 MPa).
Destylacja frakcyjna wykorzystuje różnice w temperaturach wrzenia poszczególnych składników ropy. Przez skraplanie par wydzielających się z wrzącej cieczy, otrzymuje się szereg frakcji o różnych składach. W celu uzyskania czystszych produktów stosuje się rektyfikację, czyli wielokrotną destylację.
Produkty przeróbki ropy naftowej wykorzystuje się jako surowce energetyczne, w przemyśle chemicznym, do budowy dróg oraz w wielu innych zastosowaniach. Do najważniejszych produktów należą paliwa (gaz płynny, benzyna samochodowa i lotnicza, nafta, olej napędowy, oleje opałowe), oleje smarowe, parafina, asfalty, koks naftowy oraz smary stałe.
Destylacja frakcyjna i produkty
Podczas destylacji frakcyjnej z surowej ropy naftowej otrzymuje się następujące produkty:
- Gaz, głównie najlżejsze węglowodory z maksymalnie czterema atomami węgla.
- Eter naftowy, zbierany do temperatury 70°C, o gęstości poniżej 0,7 g/ml, głównie jako benzyna apteczna lub rozpuszczalnik.
- Benzyna lekka, zbierana od 60 do 100°C, o gęstości 0,7 - 0,75 g/ml, używana głównie jako benzyna lotnicza.
- Benzyna ciężka, wrząca w zakresie 100 - 150°C, o gęstości 0,75 g/ml, stosowana jako benzyna samochodowa.
- Ligroina, wrząca w zakresie 100 - 180°C.
- Nafta, produkt destylacji w zakresie 215 - 325°C.
- Oleje naftowe, pozostałość po destylacji pod zwykłym ciśnieniem, wrzące powyżej 325°C, dalej przerabiane metodą destylacji próżniowej.
Ważne produkty destylacji
Parafina stała, topiąca się w zakresie 15 - 60°C, prawie bezbarwna, przezroczysta lub półprzezroczysta, używana do wyrobu świec i jako izolacja w elektrotechnice.
Wazelina, produkt destylacji niektórych gatunków ropy, używana w farmacji.
Smoła ropna (asfalt naftowy), ostateczna pozostałość po przeróbce ropy, stosowana np. do pokrywania nawierzchni dróg.
Uboczne produkty przeróbki ropy to m.in. kwasy naftenowe, mahoniowe i zielone, wykorzystywane w przemyśle włókienniczym i do konserwacji drewna.
Zastosowanie ropy naftowej
Ropa naftowa jest używana jako surowiec energetyczny w transporcie, przemyśle i innych sektorach gospodarki. Służy do produkcji wielu paliw, smarów, olejów silnikowych, a także do wytwarzania asfaltu, kosmetyków, leków, barwników, materiałów wybuchowych, nawozów sztucznych, włókien sztucznych, atramentu, środków owadobójczych, plastików i syntetycznego kauczuku.
