Przeczytaj
Kraking i reforming
Biochemiczne i termiczne przemiany nagromadzonej materii organicznej na przestrzeni tysięcy lat doprowadziły do powstania ropy naftowej. Te zasoby mineralne wraz z gazem ziemnym (często wydobywanym przy złożach ropy naftowej) stanowią kluczowy czynnik napędzający światową gospodarkę. Szacuje się, że światowe złoża ropy naftowej to około ( rok). Wśród największych potentatów tej branży na świecie są: Arabia Saudyjska (), Iran (), Irak
(), Wenezuela (), Kuwejt () oraz Kanada
(). Niewielkie zasoby tego surowca zlokalizowane są również na terenie Polski, w Karpatach Środkowych – szacuje się, że wynoszą one około (wydobywa się stamtąd około w skali roku).
Ropa naftowaRopa naftowa jest cieką kopaliną, stanowiącą mieszaninę węglowodorów (głównie alkanów i cykloalkanów), z zanieczyszczeniami w postaci organicznych związków siarki i azotu. Ze względu na swój atrakcyjny skład, związki z niej pozyskiwane wykorzystywane są w różnych gałęziach przemysłu, np. do produkcji benzyny. Osiąganie z niej różnych produktów wymaga zastosowania różnych metod oczyszczania (oczyszczanie mechaniczne, odsiarczanie, destylacjadestylacja) i procesów przetwórczych. Wśród nich niezwykle ważne są krakingkraking i reformingreforming.
Kraking
Benzyna, w ilości pozyskanej bezpośrednio z destylacji frakcyjnej ropy naftowej, nie zaspokaja potrzeb obecnej gospodarki. Dlatego otrzymuje się ją również w wyniku przeróbki węgla kamiennego i gazu syntezowego oraz w wyniku krakingu.
Kraking jest procesem, w wyniku którego wyższe frakcje ropy, uzyskane z destylacji, poddawane są przetworzeniu. Polega to na rozkładzie wyższych węglowodorów (alkanów) na mieszaniny alkanów i alkenów o krótszych łańcuchach. W zależności od zastosowanych warunków tego procesu, wyróżnia się kraking termiczny i kraking katalityczny.
Rodzaje krakingu
W zależności od rodzaju zastosowanych warunków i surowców, do krakingu można otrzymać różną mieszankę produktów. Przykładowo, gdy jako surowca użyje się propanu, otrzymuje się najwięcej etenu (), znaczne ilości metanu () i propenu () oraz niewiele wodoru (), surowej benzyny () i buta-,-dienu (). Zależność tę przedstawia poniższa tabela:
Produkt | Surowiec | |||
Etan | Propan | Nafta | Olej napędowy | |
---|---|---|---|---|
Wodór | ||||
Metan | ||||
Eten | ‑ | ‑ | ||
Propen | ||||
Buten | ||||
Buta‑,‑dien | ||||
RPG | ‑ | |||
Olej opałowy | ‑ |
Tabela 1. Wydajności produktów podane są w procentach masowych [%] i otrzymane z krakowania parowego.
Reforming
Drugim niezwykle ważnym sposobem przetwarzania węglowodorów z ropy naftowej jest reforming. Proces ten polega na przetworzeniu alkanów o prostych alifatycznych (nierozgałęzionych) łańcuchach w alkany rozgałęzione (izomeryzacja) oraz w cykloalkany (cyklizacja) i związki aromatyczne (aromatyzacja). W wyniku tego otrzymuje się reformat surowy (LO ), gaz płynny i wodór.
Liczba oktanowa
Środki przeciwstukowe, czyli antydetonatory.
W celu podwyższenia LO benzyny można również stosować antydetonatory. Jednym z pierwszych takich środków była jodyna. Następnie przez długie lata stosowano w tym celu tetraetyloołów – . Związek ten był tani i bardzo wydajny ( benzyny sprawiał zmianę LO z na ). Został jednak wycofany ze względu dużą toksyczność. Obecnie w tym celu używane są etery: MTBE (-metoksy--metylopropan) i ETBE (-etoksy--metylopropan) oraz alkohole (np. metanol i etanol).
Ilustracja przedstawia model kulkowy cząsteczki 2‑metoksy‑2-metylopropanu. Szara kulka to atom węgla, biała to atom wodoru, a czerwona tlenu. Atom węgla łączy się z trzema grupami oraz z atomem tlenu, do którego przyłączona jest grupa .
Ilustracja przedstawia model kulkowy cząsteczki metanolu. Szara kulka to atom węgla, biała to atom wodoru, a czerwona tlenu. Atom węgla łączy się z trzema atomami wodoru i jednym atomem tlenu, do którego przyłączony jest atom wodoru.
Ilustracja przedstawia model kulkowy cząsteczki etanolu. Szara kulka to atom węgla, biała to atom wodoru, a czerwona tlenu. Atom węgla łączy się z trzema atomami wodoru i jednym atomem węgla, który tworzy wiązanie z dwoma atomami wodoru i jednym atomem tlenu. Ten atom tlenu tworzy wiązanie z atomem węgla, który łączy się z trzema grupami .
Ilustracja przedstawia model kulkowy cząsteczki etanolu. Szara kulka to atom węgla, biała to atom wodoru, a czerwona tlenu. Atom węgla łączy się z trzema atomami wodoru i jednym atomem węgla, który tworzy wiązanie z dwoma atomami wodoru i jednym atomem tlenu, do którego przyłączony jest atom wodoru.
Czy wiesz, z czego produkowana jest wazelina?
Wazelina (olej mineralny) to produkt uboczny destylacji ropy naftowej. Stanowi ona popularny składnik wielu kosmetyków.
Słownik
metoda rozdziału mieszanin ciekłych, wykorzystująca różnice w temperaturach wrzenia składników; polega na przeprowadzeniu w stan pary tych składników (po kolei), a następnie ich skropleniu
ciekła kopalina, składająca się z mieszaniny węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych (bituminów), głównie alkanów i cykloalkanów; zawarte są w niej również niewielkie ilości organicznych związków siarki i azotu, fenoli i nieorganiczne zanieczyszczenia; na tle światowej gospodarki posiada znaczenie strategiczne, ponieważ jest surowcem szczególnie ważnym w przemyśle chemicznym, paliwowym oraz w przypadku surowców energetycznych
(z ang. crack „pękać”, „łamać”) proces rozpadu alkanów o długich łańcuchach węglowych na alkany lub alkeny, o łańcuchach zawierających mniejszą liczbę atomów węgla
parametr określający jakość benzyny, a także informujący o odporności benzyny na spalanie stukowe
proces przekształcania prostych alifatycznych węglowodorów w węglowodory o łańcuchach rozgałęzionych lub węglowodory pierścieniowe
Bibliografia
Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Węglowodory. Repetytorium i zadania, Kraków 2020.
Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Kompendium terminologii oraz nazewnictwa związków organicznych. Poradnik dla nauczycieli i uczniów, Kraków 2020.
Hejwowska S., Marcinkowski R., Chemia organiczna, Gdynia 2005.
Golombok M., Steam Hydrocarbon Cracking and Reforming, „J. Chem. Educ” 2004, t.81, 2, s. 228, online: https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed081p228, dostęp: 19.03.2021.
Życka H., Komponowanie wysokooktanowych benzyn bezołowiowych, Radom 2006, online: http://informatyka.2ap.pl/ftp/tech_chem/technik.technologii.chemicznej_311%5B31%5D_z4.10_u.pdf, dostęp: 19.03.2021).