Petrolul - sursa importanta de energie si

materii prime organice

Petrolul brut (numit si titei) este un produs de natura organica, care se gaseste in pamant, formand zacaminte. El este un lichid vascos, a carui culoare variaza de la galben - verde pana la negru, avand reflexe colorate diferite. Mirosul petrolului este caracteristic. Densitatea lui este cuprinsa intre 0,750 si 0,970. Petrolul nu este solubil in apa.

Formarea petrolului Dintre diferitele teorii asupra formarii petrolului, teoria originii organice este cea mai acceptata. Conform acestei teorii, petrolul s-a format din malul rezultat din resturi de plante si animale inferioare din apele marilor (plancton), care, prin depunere la mare adancime in fundul apelor, in decurs de milioane de ani, a suferit procese de descompunere si transformare. Aceste procese s-au produs in absenta de aer si sub influenta caldurii terestre, a presiunii ridicate si, probabil, a unor bacterii anaerobe. Rol important se pare ca revine si malului mineral drept catalizator al unor procese chimice de transformare a grasimilor.

Malul negru unsuros de pe fundul apelor statatoare, format din materii organice in putrefactie si din mal mineral, se numeste sapropel. El constituie primul stadiu de transformare a substantelor organice, care are loc in timpul sedimentarii si sta la baza formarii bitumului in etapa urmatoare mai lunga cand se produc transformari biochimice si geochimice.

Formarea zacamintelor de petrol are loc ulterior, in urma unor procese de migratie si acumulare prin care au luat nastere concentratii mari de petrol in sectoare relativ mici din scoarta pamantului.

Petrolul se gaseste in zacaminte primare sau in zacaminte secundare, in care el a patruns prin migrare din zacaminte primare sub actiunea presiunii gazelor (rocile de inmagazinare, cum sunt calcarul, gresia, dolomitul, marnele si nisipul au totdeauna pori si fisuri).

Dupa patrunderea in roca rezervor, petrolul poate sa se separe de apa si de gazele care il insotesc, formand trei straturi distincte, el asezandu-se in acelasi rezervor, sub gaze si deasupra apei. In zacamant, petrolul se gaseste sub presiune din cauza hidrocarburilor gazoase dizolvate.

Tara noastra este bogata in petrol. Principalele noastre zacaminte de petrol se gasesc in Oltenia (la Tg. Jiu), Muntenia (campul petrolifer Dambovita - Prahova si cel din Pitesti), Moldova (zona petrolifera Bacau). In prezent se continua cercetarile in vederea descoperirii altor zacaminte de petrol, prin a caror exploatare rationala industria noastra petroliera sa ia o dezvoltare crescanda.

Exploatarea petrolului Petrolul se extrage din zacaminte prin sonde. Saparea sondelor se face prin metode mai vechi de izbire, sau prin metode mai noi de foraj rotativ. Ca metode de extractie se cunosc: eruptia naturala, eruptia fortata si extractia mecanica (pompare).

Eruptia naturala se produce cand presiunea titeiului in zacamant este suficient de mare ca sa-l ridice prin sonda, pana la suprafata. Cand presiunea in zacamant nu este suficient de mare, atunci ridicarea petrolului la suprafata este ajutata prin introducere de aer sau gaze comprimate pana in zacamant. Cu toate acestea, la un moment dat, zacamantul de petrol trebuie sa fie exploatat prin pompare. Multe zacaminte, chiar de la inceput, nu au presiune suficienta pentru o eruptie naturala sau ajutata si deci trebuie exploatate prin pompare.

Compozitia petrolului Petrolul este un amestec de hidrocarburi (hidrocarburi gazoase si solide dizolvate in hidrocarburi lichide), care mai contine si alti diferiti compusi, in proportii mici, ca de exmplu: compusi cu oxigen, compusi cu sulf, compusi cu azot si diferite substante minerale .

Nefiind o substanta unitara, petrolul brut nu are punct de fierbere constant.

Variatia, in limite destul de largi a proprietatilor petrolului : culoarea, densitatea, vascozitatea, este o urmare a varietatii compozitiei chimice a componentelor, cum si a proportiilor in care se gasesc.

Hidrocarburile existente in petrol fac parte din urmatoarele clase: alcani, cicloalcani si hidrocarburi aromatice. Petrolul nu contine hidrocarburi aciclice nesaturate (acestea apar insa in unele produse de cracare).

a) Alcanii intra in proportia cea mai mare in petrol. Ei se gasesc mai ales in fractiunile usoare. Astfel, gazele de sonda sunt alcatuite aproape numai din alcani inferiori, care se gasesc amestecati in zacamant (adeseori ei erup din pamant formand gaze naturale). In fractiunile cu puncte de fierbere mai inalte (fractiuni medii), proportia de alcani scade. In schimb, parafina care este formata din alcani cu un numar mare de atomi de carbon, peste 16 se gaseste in proportii ridicate in fractiunile de ulei.

b) Cicloalcanii (naftenele) se gasesc de asemenea in proportie mare. In petroluri exista numai naftene cu cicluri de C₅ si C₆. In fractiunile inferioare se gasesc derivati ai ciclopentanului si ciclohexanului cu una sau mai multe catene alchilice de lungimi diferite. In fractiunile superioare sunt prezente naftene policiclice cu 2-6 cicluri, in ale caror molecule se gasesc si catene alchilice.

c)Hidrocarburile aromatice se gasesc in proportie mai redusa decat celelalte hidrocarburi. Totusi, proportia lor in petrol variaza in limite foare largi. Astfel in fractiunile usoare se gasesc in proportie de 4-20% hidrocarburi aromatice monociclice; in fractiunile care fierb peste 200⁰ C, creste continutul in compusi cu mai multe nuclee aromatice. Cu cat continutul in hidrocarburi aromatice din fractiunile grele este mai mare, cu atat petrolul respectiv contine mai mult asfalt.

Dintre celelalte clase de substante organice care se gasesc in petrol, se mentioneaza compusii cu oxigen: acizi grasi, acizi naftenici si fenoli, care imprima petrolului caracter acid: compusii cu sulf: hidrogen sulfurat, mercaptani, etc., care imprima petrolului miros neplacut si proprietati corosive; compusii cu azot, care au caracter bazic; diferite substante organice cu stuctura complexa continand O, S si, uneori, N, denumite rasini si asfaltene.

Clasificarea petrolurilor Pe baza compozitiei chimice, respectiv a predominarii unor categorii de hidrocarburi, petrolurile au fost clasificate in mai multe tipuri:

1. Petrol parafinos caracterizat prin procentul mai ridicat in alcani (pana la 78%), asa cum sunt in general petrolurile americane.

2. Petrol asfaltos, caracterizat prin procentul mare de hidrocarburi aromatice (in fractiunile usoare) cat si de substante asfaltoase, asa cum sunt petrolurile din Caucaz.

3. Petrol de tip intermediar, caracterizat prin procentul mare fie de cicloalcani fie de alcani si hidrocarburi aromatice.

In tara noastra, cele mai numeroase sunt petrolurile parafino-nafteno-aromatice (52%), carora le urmeaza, in ordinea frecventei, petrolurile parafino-naftenice (37%), nafteno-aromatice (8%) si parafinice (3%).

Caracteristica petrolurilor romanesti este abundenta compusilor aromatici, in deosebi in fractiunile inferioare; de aceea, benzinele romanesti contin 10-20% hidrocarburi aromatice. De asemenea, caracteristic este continutul foarte redus de asfaltene si de compusi cu sulf

Prelucrarea petrolului

Petrolul brut extras din pamant este impurificat cu apa si substante minerale in suspensie, a caror separare se face de obicei inainte de prelucrare. Operatiile la care este supus petrolul se grupeaza in:

- procedee fizice de separare, dintre care cel mai important este distilarea fractionata;

- procedee de transformare chimica, bazate pe fenomenul de descompunere sau de condesare a moleculelor componentelor din fractiuni.

Prelucrarea primara a petrolului

Dezbenzinarea gazelor de sonda Petrolul brut extras din sonde este insotit de hidrocarburi gazoase, care formeaza asa-numitele gaze de sonda. De aceea, prima operatie la care este supus petrolul, dupa extragerea lui din zacamant, este indepartarea gazelor de sonda.

O data cu gazele propriu-zise sunt, insa, antrenate din petrolul brut si o parte din hidrocarburile condensabile la presiunea atmosferica: izopentanul, n-pentanul si omologii lui superiori pana la octan si nonan. Aceste hidrocarburi, impreuna cu o parte din butan si proportii reduse de propan, sunt separate prin diferite metode din gazele de sonda (operatie denumita dezbenzinare) si formeaza gazolina.

Din gazolina se poate obtine un amestec de propan si butan, care comprimat in butelii, este distribuit pentru consum ("aragaz"), precum si un concentrat de izopentan, folosit la fabricarea benzinelor de avion.

Amestecul de hidrocarburi gazoase ramas din gazele de sonda este folosit de obicei drept combustibil la locul de productie sau transportat prin conducte pentru alte intrebuintari.

Distilarea fractionala a petrolului Se deosebesc urmatoarele etape:

1. Fractionarea petrolului prin distilare la presiune normala (distilare primara) se face in instalatii speciale prevazute cu coloane de distilare de diferite sisteme. Prin distilarea petrolului se obtin fractiuni cu puncte de fierbere pana la 350⁰ C.

Benzinele forneaza prima fractiune obtinuta la distilarea petrolului. Ele sunt lichide incolore cu miros eterat, alcatuite din hidrocarburi C₅-C₁₀ care distila intre 30 si 200⁰ C. In ce priveste separarea dupa punctele de fierbere se deosebesc: benzina usoara, fractiunea care distila intre 30 si 100⁰ C; benzina medie I, intre 100 si 125⁰ C, si benzina medie II, intre 125 si 150⁰ C; benzina grea I, intre 150 si 175⁰ C si benzina grea II, intre 175 si 200⁰ C.

Componentele principale ale benzinelor sunt alcani (40-75%) si cicloalcani (20-60%) cu C₅-C₁₀. Continutul de hidrocarburi aromatice al benzinelor este, in medie, 10-12%. Sunt insa si unele petroluri care dau benzine ce contin chiar pana la 40% hidrocarburi aromatice.

Benzinele se folosesc in special drept carburanti pentru motoare cu explozie, apoi ca dizolvanti, agenti de extractie, etc.

Petrolul lampant este un lichid incolor, cu usoara fluorescenta. El este alcatuit din componente care distila intre 200 si 250⁰ C. Petrolul I este fractiunea 200-230⁰ C, iar petrolul II, fractiunea 230-250⁰ C. Componentele sunt in mare parte hidrocarburi cu C₁₀-C₁₅ , alaturi de care se mai gasesc compusi cu oxigen ( acizi, fenoli ) si compusi cu sulf.

Dintre hidrocarburi s-au putut indetifica in petrolul lampant atat hidrocarburile saturate aciclice cu molecule mai mari decat C₁₀, cat si hidrocarburile aromatice (in proportii de 20-50%). De asemenea, si procentul de hidrocarburi naftenice este destul de ridicat.

In afara de intrebuintarea lui uzuala pentru iluminat si incalzit, petrolul lampant este folosit tot mai mult drept carburant pentru turboreactoare de aviatie si pentru rachete cosmice.

Motorina este alcatuita din componente care distila intre 250 si 290⁰ C, formand motorina I, si intre 290 si 350 C, formand motorina II. Este un lichid galben-brun. Hidrocarburile care o compun sunt cu C₁₂- C ₂₀, atat cele cu caracter saturat (aciclice si ciclice) cat si cele aromatice, proportia lor variind foarte mult. Principalii compusi cu oxigen prezenti in motorine sunt acizii naftenici si acizii grasi (cazul motorinelor din petrolurile din tara noastra).

Motorina este intrebuintata mai ales drept combustibil pentru motoarele Diesel si pentru instalatii termice cu injectoare. Ea se mai foloseste ca lubrifiant pentru masini frigorifice, drept component lichid pentru fabricarea unsorilor consistente, etc.

Pacura este reziduul care ramane de la distilarea petrolului brut. Este un lichid vascos, de culoare neagra, alcatuit din hidrocarburi cu puncte de fierbere mai mari de 350⁰ C. Cantitativ, reprezinta aproximativ jumatate din petrolul supus distilarii primare. Prin prelucrarea mai departe a pacurii se obtin: uleiurile, parafina si asfaltul.

Pacurile provenite din petroluri cu caracter diferit au proprietati diferite, de aceea, si utilizarea lor este variata. Astfel, unele pacuri se folosesc drept combustibil in motoare Diesel (in amestec cu motorina) sau la instalatii termice cu injectoare, altele sunt supuse unor tratamente, fie pentru extragerea uleiurilor (prin distilare), fie pentru obtinerea benzinelor (prin cracare).

2. Fractionarea pacurii prin distilare la presiune redusa (distilare secundara) se face pentru a cobora temperatura de fierbere a componentelor care la presiune normala nu pot fi distilate deoarece se descompun. Prin aceasta fractionare a pacurii se obtin motorine, mai ales grele, si uleiuri, lichide vascoase, incolore sau colorate de la galben pana la brun.

Uleiurile sunt alcatuite din hidrocarburi cu C₂₀ -C₅₀, cu structura complexa, continand parafine, cicluri aromatice si naftenice.

Spre deosebire de alte fractiuni petroliere, uleiurile nu sunt diferentiate dupa domeniul temperaturilor de fierbere, ci dupa vascozitate, care este cea mai importanta caracteristica a unui lubrifiant. Uleiurile se intrebuinteaza pentru ungerea masinilor si a motoarelor cu explozie, pentru izolarea electrica, la transformatoare, etc.

Folosirea lubrifiantilor pentru scopuri fundamental diferite (motoare Diesel, automobile, mecanisme de ceasornice, etc.) necesita si calitati deosebite. Deoarece calitatile cerute nu pot fi obtinute insa numai prin alegerea fractiunii petroliere, se folosesc adaosuri fie de uleiuri de provenienta animala sau vegetala (uleiuri compoundate), fie de asa-numiti aditivi, substante care in doze mici influenteaza esential calitatile unui ulei (vascozitate, comportare la temperaturi joase sau inalte, stabilitate la oxidare, etc.).

Parafina se obtine din produsele distilarii secundare a unei pacuri parafinoase. Separarea parafinei de uleiuri se face prin racire la temperatura joasa in vederea cristalizarii ei, dupa care urmeaza separarea cristalelor de parafina prin filtrare, tot la temperatura joasa, sau, uneori, prin centrifugare.

Din punctul de vedere al compozitiei chimice, parafina este formata dintr-un amestec complex de alcani cu numar mare de atomi de carbon (C₂₁ - C₃₀).

Parafina este o masa semiopaca, insolubila in apa si alcooli, solubila in benzen, sulfura de carbon, etc. Calitatile parafinei (parafina pentru chibrituri, parafina moale, parafina semitare si parafina tare) sunt determinate de punctul de congelare, continutul in uleiuri, dar si de culoare si miros. In functie de aceste calitati, parafina se intrebuinteaza in cantitati mari la fabricarea lumanarilor, pentru impermeabilizarea tesaturilor si a hartiei, ca adaos la pulberi si explozivi, drept component la fabricarea cerurilor, ca izolant electric, etc.

Vaselina bruta sau petrolatum este un produs alifios, microcristalin, care se obtine din reziduurile de la distilare, bogate in produse parafinoase. Prin rafinare se obtine apoi vaselina farmaceutica, de culoare galbena sau alba (punct de picurare 35- 60⁰ C). Vaselina este folosita in medicina si cosmetica, iar in tehnica ca lubrifiant si agent anticorosiv.

Vaselina artificiala se prepara prin dizolvarea parafinei, cu adaos de cerezina, in uleiuri minerale rafinate. Ea este inferioara calitativ vaselinei naturale.

Asfaltul sau bitumul se obtine ca reziduu la distilarea pacurii sau la oxidarea acesteia. El este o masa neagra, moale, plastica si lipicioasa, care pe masura ce distilarea este inaintata devine din ce in ce mai dura. Asfaltul, din punct de vedere chimic, contine mai ales aromatice cu multe cicluri, acizi si rasini cu molecule mari si alte diferite substante care contin oxigen. El este intrebuintat pentru impregnarea cartonului (carton asfaltat), pentru etansarea mufelor si conductelor din industria chimica, ca liant pentru brichete, ca mijloc rudimentar de protectie a fierului contra ruginii, ca material izolant, la pavarea drumurilor, etc.

Rafinarea produselor petroliere Procedeele de distilare permit obtinerea din petrolul brut a unor fractiuni cu anumite domenii de fierbere, adecvate scopului folosirii. Ele nu influenteaza insa compozitia chimica a produselor, respectiv continutul in alcani, naftene si aromate, ceea ce este de deosebita importanta pentru calitatea produsului.

Rafinarea prin extractie. Indepartarea anumitor grupe de substante nedorite, respectiv o separare a fractiunii in asa-numite "rafinate" si "extracte", cu caracter chimic diferit, se realizeaza prin extractie. Procedeul se bazeaza pe tratarea amestecului lichid care trebuie separat, cu un dizolvant selectiv, adica cu un lichid paretial miscibil cu materialul tratat si care poseda o capacitate de dizolvare cat mai diferita pentru grupele ce trebuie indepartate. Prin folosirea unui dizolvant selectiv se realizeaza o imbogatire a componentelor mai solubile.

In practica, separarile se realizeaza prin extractie in contra curent in coloane umplute cu materiale cu suprafata mare (de exemplu inele Raschig).

Primul procedeu cu dizolvanti selectivi este procedeul Edeleanu, introdus in practica in 1911, cu scopul imbunatatirii proprietatilor de ardere in lampi a unor lampante, prin indepartarea hidrocarburilor aromatice. Extractia hidrocarburilor aromatice se realizeaza cu bioxid de sulf lichid. Procedeul este aplicat astazi nu numai pentru scopul initial, ci si pentru obtinerea unor extracte aromatice, antidetonante, din benzine, pentru imbunatatirea proprietatii de aprindere a unor motorine (pentru motoare Diesel), etc.

Pentru obtinerea unor hidrocarburi aromatice pure din amestecuri de hidrocarburi se mai foloseste ca dizolvant selectiv un amestec de glicol si apa (procedeul Udex).

Aplicatia cea mai importanta a procedeelor de extractie o reprezinta imbunatatirea calitatii lubrifiantilor. Pentru obtinerea unor lubrifianti de calitate sunt necesare urmatoarele:

- indepartarea componentelor asfaltoase, care se face folosind propanul lichid (in care componentele asfaltoase sunt insolubile);

- deparafinarea, care poate fi realizata prin cristalizare, utilizindu-se mai ales tot propan lichid, prin a carui vaporizare partiala, solutia se raceste la - 40⁰ C, cand are loc separarea parafinei; de asemenea, se poate folosi ca dizolvant selectiv un amestec de metiletilcetona (MEC) si benzen;

- imbunatatirea indicelui de vascozitate, care poate fi realizata prin diferite procedee, ca de exemplu procedeul Edeleanu, procedeul cu furfurol, procedeul cu fenol.

2. Rafinarea chimica. Se aplica in vederea imbunatatirii calitatii (stabilitate, nocivitate, culoare, miros) produselor rezultate prin procedeele de prelucrare a petrolurilor brute. Pentru realizarea acestui scop se urmareste indepartarea in special a compusilor cu oxigen (acizi grasi, acizi naftenici, fenoli), a unor compusi cu sulf (hidrogen sulfurat, mercaptani, etc.), a unor compusi cu azot (baze piridice), a unor hidrocarburi nesaturate cu tendinta de rezinificare, etc.

Metodele de rafinare uzuale folosesc acid sulfuric, hidroxid de sodiu, solutie de plumbit, pamant decolorant, etc. Recent sunt aplicate metode de transformare catalitica.

Rafinarea cu acid sulfuric este economica si poate fi aplicata practic la toate produsele petroliere. Taria acidului pentru rafinare depinde in mare masura de tipul produsului si scopul rafinarii. O temperatura mai ridicata favorizeaza indepartarea hidrocarburilor aromatice, alchenelor si substantelor asfaltoase.

Tratarea cu hidroxid de sodiu se foloseste pentru indepartarea componentelor acide din distilate (acizi naftenici fenoli, hidrogen sulfurat, etc.) sau a celor provenite in urma prelucrarii sau rafinarii acide (acid sulfuric, sulfati acizi de alchili, sau sulfati de dialchili).

Desulfurarea se aplica produselor petroliere, cum sunt benzinele si lampantul, care contin compusi cu sulf, ca de exemplu mercaptani (acestia, pe langa mirosul neplacut, imprima produsului actiune corodanta si diminueaza calitatile de carburant).

Indepartarea produsilor cu sulf, respectiv transformarea lor in compusi mai putin daunatori, se poate face prin: procedee oxidative, prin care mercaptanii sunt transformati in disulfuri, mai putin daunatoare; procedee extractive, prin care mercaptanii sunt solubilizati prin tratare cu lesii alcaline; procedee de desulfurare catalitica, prin care combinatiile cu sulf sunt transformate in H₂S, care apoi este indepartat prin spalare.

Prelucrarea secundara a produselor petroliere

Metodele de distilare, fractionare, extractie si cristalizare sunt metode fizice adecvate separarii petrolului in grupe de hidrocarburi. Insa, pentru satisfacerea cerintelor variabile si mereu crescande ale consumului si pentru o valorificare cat mai rationala a petrolului este necesara si o transformare pe cale chimica a componentelor sale.

Cracarea si reformarea Prin cracare se intelege scindarea unor hidrocarburi din petrol, cu masa moleculara mare si punct de fierbere ridicat (motorine si reziduuri de la distilarea primara), sub influenta unor temperaturi ridicate (450-550⁰ C), si, eventual a unor catalizatori, in fractiuni mai mici, cu puncte de fierbere mai joase.

Cracarea consta din o serie de reactii primare si secundare, de obicei greu de separat si urmarit. In principiu, materialul initial format din compusi cu masa moleculara mare este scindat in cateva fractiuni (produse intermediare), din care rezulta apoi benzina si gaze. Daca, insa, aceste produse de reactie raman in continuare expuse in conditiile de cracare, intervin reactii secundare care duc, in sens invers la compusi cu masa moleculara mare, anume gudroane sau chiar cocs. Hidrogenul existent in materia prima nefiind suficient pentru saturarea tuturor hidrocarburilor rezultate la cracare, in produsul de cracare apar alchene si alcadiene, care, fiind foarte reactive, pot suferi cu usurinta transformari ulterioare.

Produsul final este deci o suprapunere a acestor reactii determinat de durata si temperatura de cracare. In practica, conditiile de cracare trebuie astfel alese incat sa rezulte o proportie maxima de benzina si o proportie minima de gaze, gudroane si in special de cocs. 

Cracarea termica a fost primul procedeu de cracare aplicat in productie. El este folosit pentru cracarea motorinelor si a reziduurilor de distilare, precum si pentru reformarea benzinelor grele.

Procedeele de cracare termica in faza de vapori se aplica petrolurilor sau motorinelor. Se lucreaza la temperaturi pana la 600⁰ C si presiune joasa. Benzina obtinuta are calitati antidetonante, dar este puternic nesaturata si deci instabila. De aceea, pentru obtinerea benzinelor auto se prefera procedeul catalitic; totusi, produsul obtinut prin cracare in faza de vapori poate folosi ca materie prima cu caracter nesaturat necesar industriei petrochimice.

Reformarea termica este un procedeu dupa care o benzina grea, cu cifra octanica mai redusa, este transformata intr-o benzina cu cifra octanica ridicata. Procesul consta intr-o cracare termica, la temperaturi de 500-600⁰ C si presiuni de 40-80 atm.

2. Cracarea catalitica prezinta fata de procedeele termice avantajul unei accelerari esentiale a procesului de cracare, obtinerii unor randamente mai ridicate in benzine si, in special realizarii unei calitati superioare a produselor rezultate.

Procedeele de cracare catalitica sunt aplicatii ale catalizei eterogene (catalizatorul in stare solida este pus in contact cu materialul de cracat, care se gaseste in stare de vapori sau in stare lichida). De aceea, prezinta importanta suprafata activa si compozitia chimica a catalizatorului. Sunt folositi, drept catalizatori, hidrosilicatii de aluminiu cu compozitia 70-80% SiO₂, 10-20% Al₂-O₃ si cel mult 10% alti oxizi (NiO, MgO, Fe₂O₃).

Prin cracare catalitica se obtin benzine cu cifra octanica foarte ridicata. Pot fi supuse procesului de cracare catalitica numai fractiuni petroliere nete (de obicei motorine), dar nu reziduri.

Reformarea catalitica, adica transformarea catalitica a benzinelor grele, reprezinta un procedeu important si inca in dezvoltare.

Prin reformare catalitica se pot obtine nu numai benzine auto antidetonante, ci si produse cu caracter aromatic, care pot fi folosite drept adaosuri pentru benzine de aviatie, cum si compusi aromatici puri.

In comparatie cu procedeele de reformare termica, procedeele de refomare catalitica dau randamente mai bune in benzine cu calitati antidetonante superioare.

Petrolul ca materie prima pentru industria

chimica

O ramura relativ recenta a industriei chimice, dar care se gaseste in dezvoltare rapida, este industria petrochimica, adica acea parte din tehnologia chimica organica care foloseste produse obtinute din petrol ca materii prime pentru sinteze.

Dezvoltarea recenta a petrochimiei, mai ales in comparatie cu carbochimia - adica a acelei ramuri a tehnologiei chimice organice care foloseste produse obtinute din gudroane de carbuni ca materii prime pentru sinteze - se datoreste complexitatii si varietatii compozitiei petrolurilor, care ingreuneaza extrem de mult izolarea componentelor individuale, chiar daca acestea fac parte predominant din clasa hidrocarburilor. O data insa initiata, petrochimia a luat o dezvoltare accelerata, mai ales stimulata de cerintele ivite dupa cel de-al doilea razboi mondial, intrecand cu mult ritmul de dezvoltare a industriei carbochimice. In prezent exista o mare varietate de produse petrochimice (peste 3000), cu numeroase utilizari atat in ce priveste consumul productiv cat si ca bunuri de consum. Se apreciaza ca produsele industriei petrochimice reprezinta, pe plan mondial, circa o treime din valoarea totala a productiei chimice.

Spre deosebire de carbochimie, care prelucreaza in cea mai mare parte combinatii aromatice, petrochimia prelucreaza mai ales combinatii alifatice. Ca materii prime se folosesc unele hidrocarburi si compusi derivati, ca de exemplu alcani inferiori din gazele de sonda sau naturale, alcani superiori din fractiunile grele (lampant, motorina) sau chiar parafina, hidrocarburi aromatice, acizi naftenici, etc., care pot fi izolati cu destula puritate din fractiuni petroliere, astfel incat isi gasesc utilizirea fie ca atare, fie in sinteze - chimice. Sursele cele mai importante pentru obtinerea de produse nesaturate si aromatice care sa fie folosite ca materie prima pentru sinteze - chimice sunt insa procedeele de cracare si reformare (termice si mai ales catalitice).

Daca se tine seama de complexitatea compozitiei petrolului, cum si de varietatea proceselor la care pot fi supuse substantele organice, si anume: oxidare, reducere, sulfonare, nitrare, halogenare, polimerizare, alchilare, etc., ne putem da seama cat de mare este baza de materii prime pe care o prezinta petrolul pentru industria chimica.  

Poluarea apei cu reziduuri petroliere reprezinta o problema deosebit de importanta si greu de prevenit si remediat. Afecteaza atat apele de suprafata, cat si pe cele subterane. In prezent, acest gen de poluare a devenit ubicvitar, iar consecintele ei asupra proprietatilor organoleptice ale apei, faunei si florei acvatice sunt deosebit de nocive si durabile.

Reziduurile de petrol ajung in bazinele naturale de apa prin deversarea de ape reziduale rezultate de la rafinarii, uzini de cracare si alte instalatii de prelucrare a titeilui. Aceste reziduuri conduc la cresterea temperaturii si turbiditatii, la formarea unei pelicule de petrol la suprafata apei sau a unor emulsii ( apa- petrol sau petrol-apa) si la schimbarea compozitiei apei, prin dizolvarea in aceasta a substantelor petroliere solubile, toxice in anumite concentratii, pentru organismele acvatice, om si animale.

Indicatorii de poluare cu reziduuri petroliere sunt substantele extractibile, ca indicatori chimic global, ce evidentiaza totalitatea reziduurilor si germenii petrol oxidanti, ca indicator bacteriologic care, folosind pentru dezvoltarea lor substantele petroliere, se inmultesc cu atat mai puternic, cu cat acest substrat este in cantitate mai mare. Germenii petrol-oxidanti sunt in acelasi timp si indicatori de autopurificare de reziduuri petroliere.

Concentratiile admise in apele de suprafata sunt de 0,1 mg /dm³.

Cifra cetanica si cifra octanica

Cifra octanica (C.O.) sau indicele octanic arata rezistenta la detonatie a unui combustibil (ex. benzina) pentru motoarele cu aprindere din exterior. S-a constat ca hidrocarburile care intra in compozitia benzinelor se comporta diferit in motor in ce priveste fenomenul de detonatie; in timp ce alcanii normali produc detonatie puternica in motor, izoalcanii si hidrocarburile aromatice impiedica aparitia acestui fenomen. Pentru a aprecia tendinta la detonatie a unei benzine se compara comportarea ei intr-un motor experimental si in conditii standard cu a amestecurilor formate din hidrocarburile n-heptan (C₇H₁₆ ), considerat ca avand cifra octanica zero (care produce detonatie puternica in motor) si izooctan (2, 2, 4- trimetil-pentan), caruia i s-a atribuit cifra octanica 100 (putin sensibil la autoaprindere). Datorita proprietatilor sale antidetonante, izooctanul a fost luat ca substanta de referinta. In felul acesta se stabileste o scara (aleasa arbitrar) cu limite cuprinse intre 0 si 100 in care benzinele cu o cifra octanica anumita, de exemplu C.O. 86, se comporta in acest motor ca un amestec format din 86% izooctan si 14% n-heptan.

Definitie : Cifra octanica C.O. a unei benzine reprezinta deci, procentul in volume, de izooctan dintr-un amestec de izooctan cu heptan normal. Cu cat este C.O. a unui combustibil mai mare cu atat rezistentata sa la detonatie este mai mare.

Cifra octanica C.O. a unei benzine se poate imbunatati prin adaos de mici cantitati de antidetonanti care impiedica combustia detonanta in motoare. Cel mai utilizat este tetraetil-plumbul, Pb(C₂H₅)₄ cu structura moleculara: 

CH₂ CH₂ CH₂ CH₂

Pb

CH₂ CH₂ CH₂ CH₂

Cifra cetanica (sau indicele cetanic) este valoarea numerica care reprezinta procentul, in volume, de cetan (n-hexadecan, C₁₆H₃₄) intr-un amestec al acestuia cu a-metilnaftalina. Pentru aprecierea cifrei cetanice s-a ales o scara arbitrara (analog cifrei octanice) potrivit careia s-a atribuit cetanului (C₁₆H₃₄ ), valoarea 100, iar a-metilnaftalinei (C₁₀H₇-CH₃), valoarea 0 (zero). Cifra cetanica arata tendinta spre aprindere a combustililor (ex. Motorina) folositi in motoarele Diesel, cu auto-aprindere. Cu cat cifra cetanica a unui combustibil este mai mare cu atat mai usor se aprinde combustibilul. La combustibilii obisnuiti folositi la motoarele Diesel, cifra cetanica variaza intre 35 si 55. 

Petrochimia

Este o ramura a industriei chimice care reprezinta ansamblul proceselor tehnologice cu ajutorul carora in mod economic se pot obtine produse chimice prin valorificarea chimica a titeiului, a diferitelor sale fractiuni, a gazelor de sonda, a gazelor de rafinarie, gazului metan, ca surse de materii prime chimice. Gama de produse chimice, semifabricate si finite, furnizate de petrochimie este foarte mare (circa 5000). Astfel, din benzina rezultata distilarea fractionata primara a titeiului se extrag unele hidrocarburi (ex. ciclohexanul, benzenul, toluenul, xilenii), care prin prelucrari ulterioare sunt transformate in produsi intermediari (ex. acetona, fenol, stiren, anhidrida ftalica, acid teraftalic) necesari fabricarii fibrelor sintetice (relon, nylon) materialelor plastice (bachelitanovolac, polistiren), cauciucului sintetic, insecticidelor, erbicidelor, colorantilor, plastifiantilor, medicamentelor, etc. Din gazele de sonda supuse separarii se obtine etan, propan, butan, prin a caror valorificare chimica rezulta polietena, polipropena, cauciuc sintetic, alcool etilic, glicerina, solventi organici. Prin prelucrarea petrochimica a gazului metan se obtin materiale plastice, ca de exemplu policlorura de vinil (P.V.C.), poliacetat de vinil, polimetacrilat de metil, fenoplaste, amino-plaste, fibre sintetice (poliacrilonitrilice), precum si negru de fum, derivati clorurati, ingrasaminte cu azot (uree, azotat de amoniu).

Importanta :

Ø             Benzinele se intrebuinteaza ca dizolvanti si drept carburanti la automobile, avioane, etc.

Ø             Benzinele sintetice se formeaza in anumite conditii (temperatura, presiune, catalizatori) prin hidrogenarea carbunilor de pamant (procedeul Bergius) sau a oxidului de carbon (procedeul Fischer-Tropsch). Amestecul de hidrocarburi rezultat se distila fractionat.

Ø             Petrolul lampant se intrebuinteaza la iluminat si drept carburant la tractoare si avioane turboreactoare.

Ø             Motorina este un lichid galben-brun, care se intrebuinteaza drept carburant pentru motoarele Diesel si ca materie prima in industria petrochimica, in procesele de cracare.

Ø             Pacura reprezinta cam circa 45% din cantitatea initiala de titei supusa distilarii fractionate. Se utilizeaza ca materie prima pentru obtinerea uleiurilor de uns, numite si uleiuri minerale, a parafinei, a asfaltului, si in industria petrochimica.

Ø             Parafina se prezinta sub forma unei mase albe, semiopace; este un amestec de hidrocarburi cu mai mult de 20 de atomi de carbon in molecula. Se intrebuinteaza ca izolant electric, la impermeabilitatea tesaturilor, a hartiei, la fabricarea cerurilor, lumanarilor, etc.

Ø             Uleiurile de uns sunt fractiuni lichide-vascoase, alcatuite dintr-un amestec de hidrocarburi cu 20-50 de atomi de C in molecula. Se obtin din pacura prin distilarea fractionata la presiune joasa (in vid). Se intrebuinteaza la ungerea unor piese ca lagare, rulmenti, roti dintate, supape la motoare, pompe, turbine, compresoare, etc., precum si la izolarea electrica in transformatoare.

Ø             Asfaltul (bitumul), denumit si smoala de petrol, este o substanta solida-vascoasa de culoare inchisa. Este format dintr-un amestec de hidrocarburi grele, mai ales aromatice. Se obtine sub forma unui reziduu la distilarea fractionata a pacurii sau prin oxidarea pacurii asfaltoase. Se intrebuinteaza la impregnarea lemnului, a cartonului, la asfaltarea drumurilor, ca liant pentru brichete, ca izolant in constructia cladirilor etc.