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 $234 \text{mld} \text{ton}$ ($2013$ rok). Wśród największych potentatów tej branży na świecie są: Arabia Saudyjska ($\mathrm{36,5} \text{mld} \text{ton}$), Iran ($\mathrm{20,8} \text{mld} \text{ton}$), Irak
($\mathrm{19,3} \text{mld} \text{ton}$), Wenezuela ($\mathrm{46,3} \text{mld} \text{ton}$), Kuwejt ($\mathrm{14,0} \text{mld} \text{ton}$) oraz Kanada
($\mathrm{28,2} \text{mld} \text{ton}$). Niewielkie zasoby tego surowca zlokalizowane są również na terenie Polski, w Karpatach Środkowych – szacuje się, że wynoszą one około $15 \text{mln} \text{ton}$ (wydobywa się stamtąd około $\mathrm{0,2} \text{mln} \text{ton}$ w skali roku).

Ropa naftowaropa 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, destylacjadestylacjadestylacja) i procesów przetwórczych. Wśród nich niezwykle ważne są krakingkrakingkraking i reformingreformingreforming.

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.

RTyeQ6rofZscK

Ilustracja przedstawia schemat reakcji krakingu. u góry umieszczono wzór dekanu: to łańcuch w kształcie zygzaka, na początku i na końcu łańcucha jest grupa metylowa, pomiędzy nimi jest osiem grup metylenowych. poniżej strzałka w dół i wzór propenu: grupa ${\text{CH}}_{\text{2}}$, wiązanie podwójne, atom węgla tworzący wiązanie z atomem wodoru oraz grupą ${\text{CH}}_{\text{3}}$. Obok znajduje się wzór heptanu: łańcuch główny ma kształt zygzaka. Na początku i na końcu jest grupa metylowa, pomiędzy jest pięć grup metylenowych.

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.

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 ($42\%$), znaczne ilości metanu ($27\%$) i propenu ($19\%$) oraz niewiele wodoru ($2\%$), surowej benzyny ($7\%$) i buta-$1$,$3$-dienu ($3\%$). Zależność tę przedstawia poniższa tabela:

Tabela 1. Wydajności produktów podane są w procentach masowych [%] i otrzymane z krakowania parowego.

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 $90$), gaz płynny i wodór.

R1RF5R0z8bHoT

Ilustracja przedstawia schemat reakcji izomeryzacji. U góry umieszczono wzór: od lewej grupa metylowa wiązanie pojedyncze grupa metylenowa wiązanie pojedyncze grupa metylenowa wiązanie pojedyncze grupa metylenowa wiązanie pojedyncze grupa metylowa, podpisany: LO=62. Poniżej strzałka w dół rozdzielająca się na dwie. Pod lewą strzałką wzór 2‑metylobutenu: grupa metylowa łączy się z grupą metylową, ta z grupą $\text{CH}$, która w dół i w prawo łączy się z grupą metylową. Podpis LO=93. Pod prawą strzałką znajduje się wzór 2,2‑dimetylopropanu: arom węgla położony centralnie łączy się u góry, na dole, po lewej oraz po prawej stronie z grupą metylową. Podpis LO=62.

RNDWKTWEeD9Bm

Ilustracja przedstawia schemat reakcji cyklizacji. Po lewej stronie umieszczono wzór heksanu: łańcuch główny ma kształt zygzaka, na początku i na końcu jest grupa metylowa, pomiędzy są cztery grupy metylenowe połączone ze sobą wiązaniami pojedynczymi, po prawej stronie pozioma strzałka i dalej sześć grup ${\text{CH}}_{\text{2}}$ połączonych w sześciokąt, dodać cząsteczka wodoru.

Słownik

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).