Wypisz produkty destylacji ropy naftowej. Podaj ich właściwości i zastosowanie.

Ropa naftowa jest oleistą cieczą o barwie ciemnobrunatnej lub słabo opalizującej. Jej kolor zależy głównie składu. Istnieje kilka gatunków ropy naftowej różniących się składem chemicznym oraz miejscem wydobycia. Wykazuje charakterystyczny zapach. Jej gęstość waha się w granicach 0,79 - 0,96 g/cm3, a więc jest lżejsza od wody. Chemicznie stanowi mieszaninę, wzajemnie rozpuszczających się, różnorodnych węglowodorów. Wśród nich przed wszystkim należy wymienić alkany, cykloalkany oraz węglowodory aromatyczne. Składniki te stanowią blisko 90 % całkowitego składu ropy naftowej. Oprócz tych substancji w ropie naftowej obecne są także inne domieszki: alkeny, fenole, alkohole, tioalkohole, heterocykliczne związki zawierające azot, żywice oraz związki metaloorganiczne. O różnorodności związków chemicznych zawartych w ropie może świadczyć fakt, iż wyodrębniono ich już blisko 600. Ponadto w jej skład wchodzą także nieorganiczne związki chemiczne. Należą do nich: siarkowodór (H2S), amoniak (NH3), woda (H2O), wodór (H2), chlorek sodu (NaCl) oraz dodatki metali m.in. sodu (Na), rtęci (Hg), Żelaza (Fe), chromu (Cr), niklu (Ni). Powstawanie ropy naftowej: Zdania na temat genezy ropy naftowej są wśród naukowców podzielone. Jedni uważają, iż ropa powstała ze składników nieorganicznych poprzez szereg procesów zachodzących wewnątrz jądra ziemskiego. Teoria ta jednak nie jest zbytnio popularna. Zdecydowanie częściej przyjmuje się za prawdziwą tą drugą, według której ropa powstała z materii organicznej. Uznaje się, iż ropa stanowi produkt skomplikowanych przemian szczątków roślinnych i zwierzęcych, żyjących na ziemi wiele milionów lat temu. Najprawdopodobniej zostały one przykryte warstwami piasku i mułu. Wraz upływem czasu, pod warstwą składników nieorganicznych uległy one zeskaleniu. Następnie, pod wpływem osadzających się kolejnych warstw piasków i mułów, szczątki ulegały przeobrażeniom. Koniecznym warunkiem tych przemian było istnienie nieprzepuszczalnej warstwy skał, która pokrywa skały przepuszczalne. W środowisku beztlenowym, w obecności bakterii anaerobowych oraz w cieple powstawała ropa naftowa. W przyrodzie gromadzenie ropy naftowej obserwuje się w skałach osadowych, wykazujących duża porowatość. Często występuje w tzw. kolektorach, czyli w szczelinach pomiędzy skałami. Szczególnie chętnie ropa występuje w piaskowcach, które spełniają wyżej wymienione warunki. Występowanie ropy naftowej: Najbogatsze złoża naftowe na świecie występują w okolicy Zatoki Perskiej i Bliskiego Wschodu. Na tych terenach znajduje się aż 65 % światowych rezerw. Fakt ten sprawia, że takie kraje jak Iran, Irak, Arabie Saudyjska, czy Zjednoczone Emiraty Arabskie są dzisiaj potentatami i nierzadko decydują o cenach na światowych rynkach. Zyski tych krajów z eksportu ropy sięgają ok. 80 % całkowitego ich dochodu. Trudno się temu dziwić, skoro aż 90 % wydobytej ropy przeznaczają na eksport. Oprócz Zatoki Perskiej złoża ropy naftowej znajdują się również w Afryce, Ameryce Północnej i Ameryce Południowej, a także w Europie. Ropa może występować na lądzie lub w złożach pod dnem morskim. W tabeli poniżej zamieszczono dane dotyczące struktury naturalnych zasobów ropy naftowej, należących do poszczególnych państw. Obok spisane są regiony najbardziej obfite w ten cennysurowiec energetyczny. Państwo Zasoby Miejsca wydobycia Arabia Saudyjska 35,4 mld t Al-Ghawar, Abu Hadrija, As-S Irak 13,6 mld t Ar-Rumajla, Kirkuk Kuwejt 13,1 mld t Al-Burkan) Zjednoczone Emiraty Arabskie 13 mld t Az-Zakkum, Umm asz-Szaif, Mubarraz Iran 12,7 mld t Aga Dżari, Gacz Saran i Chark Libia 3,1 mld t Altan i Sarir Nigeria 2,4 mld t Okan, delta Nigru Algieria 1,8 mld t Hasi Masud Wenezuela 8,6 mld t Meksyk 6,1 mld USA 3,6 mld t Rosja 7 mld t Chiny 3,2 mld t Daqing w Mandżurii, delta Huang He Norwegia 1 mld t Polska należy do krajów zawierających ubogie złoża ropy naftowej. Ocenia się je na ok. 2 mln ton. Zagłębie Krośnieńsko - Jasielskie, z którego pobieraliśmy ropę od połowy XIX wieku, znajduje się dzisiaj na wyczerpaniu. Ponadto posiadamy skromne złoża na terenach Podkarpacia - wytwory trzeciorzędowe (Bochnia) oraz Pomorza - wytwory pochodzące z Permu (Kamień Pomorski, przylądek Rozewie). Procesy przeróbki ropy naftowej ora produktów jej destylacji: Przeróbka ropy naftowej polega na dwóch podstawowych procesach technologicznych: destylacji frakcyjnej oraz krakingu. Krakingiem nazywa się proces polegający na skracaniu, poprzez rozrywanie długich łańcuchów węglowodorowych. W zależności metody jego przeprowadzenia wyróżnia się kraking termiczny oraz katalityczny. Ten pierwszy jest przeprowadzany w określonych warunkach: temperaturze 400 - 700ºC i z zastosowaniem ciśnienia 5 MPa. Kraking, z punktu widzenia przemysłu rafineryjnego i petrochemicznego, jest niezwykle ważnym procesem. Pozwala na uzyskiwanie frakcji, na które istnieje największe zapotrzebowanie. Otrzymuje się głównie związki organiczne, stanowiące składniki benzyn oraz olei naftowych, z cięższych węglowodorów. Destylacja frakcyjna ropy naftowej to proces polegający na uzyskaniu frakcji, czyli grup składników o podobnych temperaturach wrzenia. Różne składniki ropy naftowej parują w odmiennych temperaturach. Dzięki temu zjawisku można metodami fizycznymi otrzymać poszczególne frakcje. Często przeprowadza się wielokrotna destylacje frakcyjną, nazywaną rektyfikacją, która umożliwia uzyskanie wyselekcjonowanych węglowodorów. Proces przeróbki ropy naftowej przebiega następująco: wstępnie odgazowana i odwodniona ropa surowa, czyli ropa, jaką wydobywa się ze złoża 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, dla których temperatury wrzenia wynoszą poniżej 40 ºC. - benzyny, stanowią frakcje wydzielające się w przedziale temperatur od 40 do 180 ºC. - nafta - jej składniki parują w temperaturze od 180 do 280 ºC. - oleje napędowe, wydzielają się temperaturach od 280 do 350 ºC. - bitumy, do których zalicza się smołę, asfalt oraz masy bitumiczne, stanowią pozostałość podestylacyjną. Ich temperatury wrzenia wynoszą ponad 350 ºC. Wyżej wymienione produkty destylacji frakcyjnej ropy naftowej są następnie poddawane dalszej obróbce. Znajdują zastosowanie jako surowce energetyczne, substraty dla przemysłu chemicznego, a także są wykorzystywane w budownictwie, farmaceutyce i wielu innych gałęziach gospodarki. Najważniejsze przemysłowe produkty, jakie otrzymuje się ropy naftowej to: - paliwa - zalicza się do nich benzyny i oleje napędowe, służące przemysłowi transportowemu, a także naftę i oleje opałowe, wykorzystywane jako surowce energetyczne - oleje smarowe - gaz parafinowy - uzyskuje się z niego parafinę - asfalty i koks naftowy - smary Istnieje wiele technologii przeróbki ropy naftowej, uzależnionych od produktów, jakie chcemy z niej uzyskać. Rafinerie paliwowe służą do otrzymywania paliw i olei napędowych. Przeanalizujmy procesy jakim poddaje się poszczególne frakcje ropy naftowej: - gazy rafineryjne. Do tej grupy składników ropy naftowej zalicza się węglowodory lekkie, o krótkich łańcuchach węglowych, nie przekraczających czterech atomów węgla, charakteryzują się niskimi temperaturami wrzenia. Gazy te następnie poddaje kolejnej destylacji, w wyniku której uzyskuje się m.in. frakcje zawierająca metan i etan - zostaje ona dołączona do gazu ziemnego. - 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. Wykorzystuje się go 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. Trzeba zaznaczyć, iż na podstawie podanych temperatur wrzenie nie można zidentyfikować danej benzyny. Istnieje wiele ich gatunków, a temperatury ich przejść fazowych są dość płynne. Jakość benzyny określa się podając tzw. liczbę oktanową (LO), która stanowi miarę odporności paliwa na spalanie detonacyjne, czyli spalanie gwałtowne. Mieszanka benzyn powinna się spalać równo, aby nie doszło do samozapłonu lub zatarcia silnika. Z tego względu benzyna musi posiadać odpowiednią wartość liczby oktanowej. Określa się ją na podstawie wzorca, jakim jest 2,2,4-trimetylopentan, któremu przypisuje się LO równe 100. Najmniejsze liczby oktanowe posiadają węglowodory o prostych łańcuchach węglowych. Frakcja benzynowa, uzyskana z destylacji ma zazwyczaj niską liczbę oktanową. Aby poprawić jej właściwości przeprowadza się tzw. reforming. Pod wpływem katalizatorów i wysokiej temperatury zachodzi izomeryzacja niektórych związków, co sprawia, iż liczba oktanowa danej benzyny wzrasta. - Ligroina: Ligroinę inaczej nazywa się benzyną lakową. Stanowi mieszaninę, która wrze w szerokim zakresie temperatur od 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. Naftę pochodzącą z pierwszej destylacji poddaje się oczyszczaniu, gdyż zawiera stosunkowo dużą ilość zanieczyszczeń. Dobrze przygotowana nafta nie może zapalać się po zetknięciu z płomieniem zapałki, gdyż nie zawiera lotnych substancji; jej temperatura zapłonu powinna wynosić ok. 390 ºC. - oleje naftowe: Oleje naftowe charakteryzują się wysokimi temperaturami wrzenia, powyżej 280 ºC. Stanowią mieszaniny węglowodorów, o łańcuchach węglowych o długości ok. 14 - 16 atomów węgla. Olej naftowy służy jako paliwo w silnikach Diesla. Często poddaje się go destylacji próżniowej, w wyniku której otrzymywane są różne oleje, które znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle. Wśród nich można wymienić: - oleje smarowe - oleje silnikowe - oleje gazowe - poddaje się je pirolizie, w wyniku której uzyskuje się mieszaniny gazów, służące do celów oświetleniowych. - 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, topiące się w temperaturze ok. 60 ºC. 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. Wyrabia się z niej także materiały izolacyjne na potrzeby elektrotechniki. - Wazelina jest substancja otrzymywaną w wyniku destylacji frakcyjnej niektórych z gatunków ropy naftowej. Stanowi mieszaninę ciekłych i stałych węglowodorów o łańcuchach węglowych zawierających 22-23 atomów węgla. Z przeróbki tej substancji uzyskuje się wazelinę farmaceutyczną, stanowiącą bazę wielu maści. Poza tym jest stosowana jako smar, a także wykorzystywana w przemyśle kosmetycznym. - Smoła ropna to pozostałość podestylacyjna ropy. Wykorzystuje się ja do wyrobu asfaltów drogowych i innych prac budowlanych. Szacuje się, iż dziennie w rafineriach uzyskuje się ilość 100 000 baryłek przerobionej ropy. Zagrożenia związane z ropą naftową. Współczesny świat jest uzależniony od energii elektrycznej oraz od surowców energetycznych. Trudno wyobrazić sobie teraz życie bez węgla i ropy naftowej, które napędzają światową gospodarkę. Często jednak zapominamy o negatywnych skutkach związanych z nadmierna eksploatacją tych surowców. Ropa naftowa, służy przede wszystkim jako paliwo dla różnorodnych środków komunikacji: samochodów, samolotów, ciężarówek, motorów. Spalanie benzyn i innych olei opałowych przyczynia się do zanieczyszczenia środowiska. Do powietrza emitowanych jest wiele gazów: dwutlenek węgla, tlenek węgla, cześć węglowodorów, które nie uległy spaleniu, a także tlenki azotu i tlenki siarki, pochodzące ze spalenie zanieczyszczeń obecnych w ropie. Substancje te przyczyniają się do powstawania smogu, ocieplania klimatu oraz powiększają dziurę ozonową. Kolejne niebezpieczeństwo stanowią awarie tankowców. W historii wydarzyło się już kilka wielkich katastrof tankowców, które doprowadziły do skażenia morza oraz śmierci żyjących w niej zwierząt. Ropa skleja skrzydła ptakom. Rozlewając się w postaci ogromnej plamy na powierzchni wody, odcina dostęp powietrza rybom i innych zwierzętom wodnym. Po latach obserwuje się mutacje genetyczne wśród zwierzą zamieszkałych na obszarach skażonych. Wreszcie ropa stanowi poważno źródło sporów politycznych. Nierównomierne rozmieszczenie na świecie złóż ropy naftowej doprowadza do wielu konfliktów.