Przeczytaj

bg‑gray1

Ropa naftowa

Ropa naftowa stanowi wyjściowy surowiec do produkcji wielu różnych produktów. Niestety jest surowcem nieodnawialnym i ostatecznie kiedyś się wyczerpie. Surowa nie nadaje się bezpośrednio do wykorzystania. Aby móc użyć jej produktów w życiu codziennym, musi zostać poddana procesowi oczyszczania (rafinacja), a następnie przetworzona za pomocą destylacji frakcyjnej. Procesy te odbywają się w rafineriach. Przykładem firmy petrochemicznej na terytorium Polski jest PKN Orlen, która w $2020$ roku utrzymywała pierwsze miejsce w rankingu najbardziej dochodowych firm w Polsce. Zakłady te usytuowane są najczęściej na wybrzeżach morskich lub wzdłuż wielkich rzek. Położenie takie jest ściśle związane z wysokim zużyciem wody do procesu chłodzenia oraz z uwagi na transport surowców i produktów ropopochodnych. W Europie jest kilka miejsc z bardzo dużą aglomeracją rafinerii, np.: Roterdam – Holandia ( $5$ rafinerii), Antwerpia – Belgia ( $5$ ), Sycylia – Włochy ( $4$ ). Ropa naftowa jest przetwarzana na bardziej użyteczne produkty ropopochodne. Wszystkie jej frakcjefrakcjafrakcje są nierozpuszczalne w wodzie i spalają się w powietrzu. Każda z nich ma określone zastosowanie dla ludzi w zależności od ich potrzeb.

Ciekawostka

Rwn6f9zEUsDMe

Ilustracja przedstawiająca flagę OPEC - Organizacji Krajów Eksportujących Ropę Naftową. Na niebieskim tle znajduje się emblemat ze stylizowanych inicjałów organizacji. — Flaga OPEC
Źródło: dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna.

OPEC to organizacja Krajów Eksportujących Ropę Naftową (Organization of the Petroleum Exporting Countries). Powstała w $1960$ roku w Belgradzie, a swoją główną siedzibę posiada w Wiedniu. OPEC zrzesza czternaście państw. Zajmuje się określaniem limitów wydobycia oraz cen sprzedaży ropy naftowej. Kraje należące do OPEC to Algieria, Angola, Arabia Saudyjska, Ekwador, Gabon, Gwinea Równikowa, Irak, Iran, Kongo, Kuwejt, Libia, Nigeria, Wenezuela, Zjednoczone Emiraty Arabskie.

Polecenie 1

Uzupełnij poniższą grafikę podanymi określeniami, a dowiesz się, jakie frakcje można otrzymać w procesie przeróbki ropy naftowej.

R1GrY0HQ0NoKF1

Schemat procesu frakcjonowania ropy naftowej.

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1aVbMFfuq1Ti

Ćwiczenie 1

Jakie podstawowe frakcje otrzymujemy z ropy naftowej?

R1WNIE94h24mu

Odpowiedź:

bg‑gray1

Frakcje ropy naftowej

Mazut jest frakcją poddawaną powtórnej przeróbce. Dzięki temu otrzymujemy m. in. substancję, która znalazła zastosowanie przy produkcji asfaltu, a także oleje smarowe.

ReknzGyii03R2

Na zdjęciu asfalt w dużym zbliżeniu. Jest czarny, grudkowaty. — Asfalt otrzymywany z ropy naftowej
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Ciekawostka

W czasach starożytnych używano niekiedy naturalnego asfaltuasfaltasfaltu jako środka spajającego, w miejsce cementu. Według Herodota, rozgrzany asfalt stosowano do łączenia babilońskich budowli. Poza tym służył również do łączenia fragmentów rzeźb (np. osadzenie oczu w posągach), impregnowania kadłubów okrętów czy też stosowany był podczas budowy systemów wodnych.

bg‑gray1

Gdzie znalazły zastosowanie produkty przerobu ropy naftowej?

R1GDku8tsQLo7

gazy rafineryjne Charakterystyka:

temperatura wrzenia do

40 ° C

;

długość łańcucha

C_{1}

C_{4}

.
Zastosowanie:

paliwo w butlach turystycznych i domowych kuchenek gazowych;

paliwo do silników z zapłonem iskrowym (LPG);

gaz do zapalniczek., eter naftowy (gazolina) Charakterystyka

temperatura wrzenia do

35

60 ° C

;

długość łańcucha

C_{4}

C_{7}

.
Zastosowanie:

rozpuszczalnik;

paliwo do silników., benzyna lekka Charakterystyka:

temperatura wrzenia

40

200 ° C

;

długość łańcucha

C_{5}

C_{9}

.
Zastosowanie:

paliwo do silników z zapłonem iskrowym (spalinowych);

rozpuszczalnik;

do odkażania i odtłuszczania skóry, usuwania resztek plastrów., benzyna ciężka Charakterystyka:

temperatura wrzenia

140

200 ° C

;

długość łańcucha

C_{8}

C_{11}

.
Zastosowanie:

substrat do produkcji acetonu;

rozpuszczalnik farb – np. do czyszczenia narzędzi malarskich;

rozpuszczalnik tłuszczów, kauczuku., nafta Charakterystyka:

temperatura wrzenia

180

280 ° C

;

długość łańcucha

C_{12}

C_{16}

.
Zastosowanie:

paliwo do lamp naftowych, paliwo do silników rakietowych, odrzutowych, turbośmigłowych;

środek do pielęgnacji włosów;

substrat do produkcji benzyny (krakingowej);

środek do przechowywania metali aktywnych (np. sód);

zabezpieczanie przed rdzą;

produkcja leków;

rozpuszczalnik., olej napędowy Charakterystyka:

temperatura wrzenia

280

350 ° C

;

długość łańcucha

C_{16}

C_{20}

.
Zastosowanie:

paliwo do silników z zapłonem samoczynnym (wysokoprężnych silników Diesla);

produkcja oleju opałowego do domowych pieców

CO

;

substrat do produkcji benzyny (krakingowej)., mazut Charakterystyka:

temperatura wrzenia powyżej

350 ° C

;

długość łańcucha od

C_{20}

.
Zastosowanie:

oleje opałowe lekkie, średnie i ciężkie do wykorzystania w elektrowniach, maszynowniach statków – do napędu silników okrętowych, w ciepłowniach – jako paliwo do kotłów grzewczych;

do wyrobu asfaltu;

surowiec do dalszej produkcji (ropopochodne mazmutu).

gazy rafineryjne
Charakterystyka:

temperatura wrzenia do 40ºC;

długość łańcucha C₁-C₄.
Zastosowanie:

paliwo w butlach turystycznych i domowych kuchenek gazowych;

paliwo do silników z zapłonem iskrowym (LPG);

gaz do zapalniczek.

eter naftowy (gazolina)
Charakterystyka

temperatura wrzenia do 35-60°C;

długość łańcucha C₄-C₇.
Zastosowanie:

rozpuszczalnik;

paliwo do silników.

benzyna lekka
Charakterystyka:

temperatura wrzenia 40-200°C;

długość łańcucha C₅-C₉.
Zastosowanie:

paliwo do silników z zapłonem iskrowym (spalinowych);

rozpuszczalnik;

do odkażania i odtłuszczania skóry, usuwania resztek plastrów.

benzyna ciężka
Charakterystyka:

temperatura wrzenia 140-200°C;

długość łańcucha C₈-C₁₁.
Zastosowanie:

substrat do produkcji acetonu;

rozpuszczalnik farb – np. do czyszczenia narzędzi malarskich;

rozpuszczalnik tłuszczów, kauczuku.

nafta
Charakterystyka:

temperatura wrzenia 180- 280°C;

długość łańcucha C₁₂-C₁₆.
Zastosowanie:

paliwo do lamp naftowych, paliwo do silników rakietowych, odrzutowych, turbośmigłowych;

środek do pielęgnacji włosów;

substrat do produkcji benzyny (krakingowej);

środek do przechowywania metali aktywnych (np sód);

zabezpieczanie przed rdzą;

produkcja leków;

rozpuszczalnik.

olej napędowy
Charakterystyka:

temperatura wrzenia 280-350°C;

długość łańcucha C₁₆-C₂₀.
Zastosowanie:

paliwo do silników z zapłonem samoczynnym (wysokoprężnych silników Diesla);

produkcja oleju opałowego do domowych pieców CO;

substrat do produkcji benzyny (krakingowej).

mazut
Charakterystyka:

temperatura wrzenia powyżej 350°C;

długość łańcucha od C₂₀.
Zastosowanie:

oleje opałowe lekkie, średnie i ciężkie do wykorzystania w elektrowniach, maszynowniach statków – do napędu silników okrętowych, w ciepłowniach – jako paliwo do kotłów grzewczych;

do wyrobu asfaltu;

surowiec do dalszej produkcji (ropopochodne mazmutu).

bg‑gray1

Ropopochodne mazutu:

RDsLLSSeFezA5

lekkie oleje smarowe Charakterystyka:

temperatura wrzenia powyżej

350 ° C

;

długość łańcucha od

C_{20}

.
Zastosowanie:

smary, do zmniejszania tarcia i zużycia pomiędzy elementami mechanicznymi;

pojazdy silnikowe., parafina Charakterystyka:

temperatura wrzenia powyżej

350 ° C

;

długość łańcucha od

C_{20}

.
Zastosowanie:

świece parafinowe;

impregnacja papieru;

smary do mechanizmów metalowych;

olejki dla niemowląt;

emulsje kosmetyczne., wazelina Charakterystyka:

temperatura wrzenia powyżej

350 ° C

;

długość łańcucha od

C_{20}

.
Zastosowanie:

smar;

środek do produkcji kosmetyków;

środek do ochrony przed zamarzaniem uszczelek drzwi i bagażnika samochodowego., bitum, asfalt Charakterystyka:

temperatura wrzenia powyżej

370 ° C

;

długość łańcucha od

C_{30}

.
Zastosowanie:

nawierzchnie dróg;

izolacja chroniąca przed wilgocią;

do wytwarzania papy bitumicznej (pokrycia dachowe), bitumicznych mas szpachlowych, mas uszczelniających;

substrat do produkcji gumy do opon i dętek., stała pozostałość Charakterystyka:

temperatura wrzenia powyżej

400 ° C

;

długość łańcucha od

C_{30}

.
Zastosowanie:

reduktor w metalurgii;

paliwo w elektrowniach, maszynowniach statków, ciepłowniach.

lekkie oleje smarowe
Charakterystyka:

temperatura wrzenia powyżej 350°C;

długość łańcucha od C₂₀.
Zastosowanie:

smary, do zmniejszania tarcia i zużycia pomiędzy elementami mechanicznymi;

pojazdy silnikowe.

parafina
Charakterystyka:

temperatura wrzenia powyżej 350°C;

długość łańcucha od C₂₀.
Zastosowanie:

świece parafinowe;

impregnacja papieru;

smary do mechanizmów metalowych;

olejki dla niemowląt;

emulsje kosmetyczne.

wazelina
Charakterystyka:

temperatura wrzenia powyżej 350°C;

długość łańcucha od C₂₀.
Zastosowanie:

smar;

środek do produkcji kosmetyków;

środek do ochrony przed zamarzaniem uszczelek drzwi i bagażnika samochodowego.

bitum, asfalt
Charakterystyka:

temperatura wrzenia powyżej 370°C;

długość łańcucha od C₃₀.
Zastosowanie:

nawierzchnie dróg;

izolacja chroniąca przed wilgocią;

do wytwarzania papy bitumicznej (pokrycia dachowe), bitumicznych mas szpachlowych, mas uszczelniających;

substrat do produkcji gumy do opon i dętek.

stała pozostałość
Charakterystyka:

temperatura wrzenia powyżej 400°C;

długość łańcucha od C₃₀.
Zastosowanie:

reduktor w metalurgii;

paliwo w elektrowniach, maszynowniach statków, ciepłowniach.

Ciekawostka

Frakcja benzynowa znalazła zastosowanie m. in. jako paliwo do silników spalinowych. „ $86,6$ proc. gospodarstw domowych ma przynajmniej jedno auto. Słowo przynajmniej jest tu kluczowe. Co czwarty Polak ma w swoim gospodarstwie domowym dwa samochody, a co setny – cztery lub więcej. Według danych z połowy $2017$ roku w Polsce jest ponad $28,5 mln$ zarejestrowanych aut, w tym $22 mln$ samochodów osobowych”.

W związku ze stale wzrastającą liczbą samochodów, wzrasta zapotrzebowanie m. in. na benzyny silnikowe i olej napędowy.

Ilość benzyny otrzymywanej w procesie destylacji ropy naftowejdestylacja frakcyjna ropy naftowejdestylacji ropy naftowej jest niewystarczająca. Dlatego opracowano metodę pozyskiwania benzyny z wyższych frakcji destylacji ropy naftowej, która poddaje się krakowaniukrakingkrakowaniu. Polega to na rozerwaniu długich łańcuchów węglowych na krótsze w odpowiednich warunkach. Procesem przetwarzania ropy naftowej, prowadzącym do otrzymania benzyny o wyższej liczbie oktanowejliczba oktanowa benzynyliczbie oktanowej, jest reformingreformingreforming (izomeryzacja). Przetworzeniu ulegają alkany o prostych nierozgałęzionych łańcuchach w alkany rozgałęzione. Następuje cyklizacja i aromatyzacja węglowodorów łańcuchowych. Zabieg ten prowadzi do otrzymania benzyny wysokooktanowej, co świadczy o lepszej jakości paliwa.

RJFHHFA1AIbwo

Schemat rozrywania łańcuchów węglowodorów alifatycznych, czyli proces krakowania inaczej kraking. Po lewej stronie struktura naftalenu, policyklicznego węglowodoru aromatycznego, czyli dwóch skondensowanych sześcioczłonowych pierścieni aromatycznych, podstawionych w pozycji pierwszej na węglu C 1 grupą pentylową, czyli pięciowęglowym łańcuchem nasyconym oraz w pozycji trzeciej na węglu C 3 grupą oktylową, czyli ośmiowęglowym łańcuchem nasyconym. Strzałka w prawo. Produkty krakingu, w wyniku którego nastąpiło zerwanie wiązań węgiel węgiel. Są to naftalen, pent-1-en oraz heksa-1,5-dien i etan. — Schemat rozrywania łańcuchów węglowodorów alifatycznych zawartych w ciężkich frakcjach w procesie krakowania.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RGQgwFxFdVPNw1

Ilustracja przedstawia zastosowanie ropy naftowej. Artykuły biurowe: płyty CD, tusz do drukarek, taśma klejąca. Sport, gry i hobby: wabiki rybackie, sprzęt sportowy, wełna. Uroda: perfumy, suszarki do włosów, make‑up, biżuteria. Ubrania i materiały: parasole, namioty, buty, torebki i portfele. Rolnictwo: węże ogrodowe, rury nawadniające. Meble: krzesła ogrodowe, lampy. Sprzęt medyczny: okulary, inhalatory, plastry. Niemowlęta i dzieci: zabawki, siedziska samochodowe, smoczki. Kuchnia i sprzęty domowe: plastikowe torebki, folia spożywcza, teflonowe garnki i patelnie. Motoryzacyjne: opony, filtry oleju, pachołki. Budownictwo: farby i pędzle, gniazdka elektryczne, przedłużacze, miarki. — Zastosowanie ropy naftowej
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

asfalt

jedna z frakcji otrzymywana w procesie przeróbki ropy naftowej lub materiał pochodzenia naturalnego o konsystencji stałej lub półstałej o barwie od ciemnobrązowej do czarnej; używany m.in. do budowy dróg

destylacja frakcyjna ropy naftowej

proces, który pozwala na oddzielenie od siebie poszczególnych frakcji ropy, różniących się między sobą temperaturą wrzenia

frakcja

porcja składniku o temperaturach wrzenia mieszczących się w określonych przedziałach wartości

kraking

proces technologiczny polegający na rozszczepieniu cząsteczek o długich łańcuchach węglowodorowych na łańcuchy krótsze, poprzez rozrywanie wiązań pomiędzy atomami węgla

liczba oktanowa benzyny

parametr mówiący o jakości benzyny

reforming

proces polegający na przekształceniu węglowodorów nierozgałęzionych w węglowodory o łańcuchach rozgałęzionych lub pierścieniowych; prowadzi do otrzymania benzyny wysokooktanowej

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.

Mastalerz P., Podręcznik chemii organicznej, Warszawa 1998.

McMurry J., Chemia organiczna, t. 2, Warszawa 2000

Morrison R. T., Boyd R. N., Chemia organiczna, t. 1‑2, Warszawa 1997.

Bitumy, bituminy [w:] Encyklopedia architektury, online; https://archirama.muratorplus.pl/encyklopedia‑architektury/bitumy‑bituminy,62_505.html?cat=62, dostęp: 14.06.2021.

Brzeziński D., Czapigo‑Czpla Martyna., Mineral Resources of Poland. Cruide oil, 2019, online: http://geoportal.pgi.gov.pl/surowce/energetyczne/ropa_naftowa, dostęp: 14.06.2021.

Ignacy Łukasiewicz, Historia Polskiej nafty, odc. 1, online: https://www.youtube.com/watch?v=4XfEtymyXJ0, dostęp: 14.06.2021.

W Polsce wzrośnie zapotrzebowanie na benzyny i olej napędowy, spadnie na autogaz, Business Insider 2018, online: https://businessinsider.com.pl/finanse/handel/konsumpcja‑paliw‑w-polsce‑prognoza‑do‑2025‑roku/1w0dl20, dostęp: 14.06.2021.

Życka H., Wytwarzanie produktów naftowych i surowców petrochemicznych, Radom 2006, online: http://informatyka.2ap.pl/ftp/tech_chem/technik.technologii.chemicznej_311[31]_z4.01_u.pdf, dostęp: 14.06.2021.

Wprowadzenie

Gra edukacyjna

Ropa naftowa

Frakcje ropy naftowej

Gdzie znalazły zastosowanie produkty przerobu ropy naftowej?

Ropopochodne mazutu:

Słownik

Bibliografia