Petrol

Titeiul sau petrolul brut constituie una dintre principalele bogatii naturale ale tarii noastre. Zacaminte mari de de titei se gasesc in judetele :Bacau,Prahova, Arges si Gorj.

COMPOZITIE .Din punctul de vedere al compozitiei chimice ,titeiul este un amestec complex de hidrocarburi gazoase si solide dizolvate in hidrocarburi lichide. De aceea el se prezinta in natura in stare lichida . titeiul mai contine compusi organici cu oxigen (fenoli,acizi naftetici),cu sulf(tiofen,mercaptani),cu azot (chinolina). In titei se gasesc hidrocarburi aciclice saturate (alcani sau parafine), hidrocarburi ciclice saturate(cicloparafine sau naftene) si hidrocarburi aromatice.aceste trei clase de hidrocarburi in proportii diferite se gasesc in toate tipurile de titei.

ORIGINEA TITEIULUI . Asupra modului de formare a titeiului in scoarta pamantului s-au emis mai multe teorii. Unele dinte acesteconsidera titeiul ca fiind de origine anorganica ,altele ii atribuie origine organica.

Teoria anorganica asupra originei titeiului a fost formulata de M.Berthelot si a fost completata si sustinuta de D.I. Mendeleev.

Aceasta teorie afirma faptul ca titeiul s-a format in straturile adanci ale scoartei prin actiunea apei asupra carburilor metalice: CaC₂ ,Al₄C₃ etc.,care in contact cu apa se descompun rezultand acetilena ,metan si alte hidrocarburi si sub actiunea temperaturii si presiunii inalte din interiorul pamantului si in prezenta catalizatorilor naturali(oxizi si saruri metalice),hidrocarburile nesaturate s-au polimerizat formand titeiul de astazi.

Teoria organica se fundamenteaza pe mai multe ipoteze , si anume :

titeiul este de origine vegetala (Figuier),formandu-se din plante prin putrezirea acestora si transformarea lor in metan,dioxid de carbon si acizi grasi etc.

titeiul este de origine animalica (Engler),rezultand din transformarea grasimilor animalelor marine ,in special a pestilor ,la temperaturi si presiuni mari in scoarta pamantului ;

titeiul este de origine mixta ,vegetala -animala (Potonie) si prin transformarea unor plante si animale marine microscopice (microplanton), acoperite de namol ,si sub actiunea unor bacterii anaerobea rezultat o materie organica ,numita 'sapropel' care a imbibat namolul.Datorita transformarilor geologice ale scoartei pamantului ,namolul cu 'sapropropel' a fost acoperit cu alte straturi de pamant .Sub influenta temperaturii si a presiunii inalte 'sapropelul' din namol a suferit apoi transformari chimice rezultand titeiul.

In majoritatea cazurilor ,titeiul astfel format n-a ramas in locul de formare printer rocile permeabile adunandu-se sub forma de zacaminte in straturile de nisip inconjurate de straturi de argila impermeabila sau marna.

PROPRIETATI . Titeiul brut, este un lichid vascos ,de culoare bruna-neagra ,cu reflexe albastrui,rareori galbui. Are miros caracteristic ,este insolubil in apa si mai usor decat apa ,densitatea lui variind intre 0,700 si 0,930 g/cm³ . Nu are temperatura de fierbere fixa ,fiind un amestec complex de hidrocarburi.

Extractia si prelucrarea titeiului . Pentru exploatarea titeiului sunt necesare doua operatii succesive : forajul sondelor si extractia titeiului. Prin sonda intelegem o gaura cilindrica ,sapata in scoarta Pamantului cu ajutorul unor dispozitive mecanice ,caracterizata printr-o sectiune foarte mica in comparatie cu lungimea ei care poate ajunge la cateva mii de metri(pana la 15000 m). Deschiderea de la suprafata se numeste gura sondei (cu diametrul de aproximativ 60 cm), iar fundul gaurii cilindrice poarta numele de talpa (cu diametrul minim de 10 cm).

Forajul sondei reprezinta ansamblul operatiilor care se fac in vederea obtinerii unei gauri de sonda cum sunt : saparea (forarea) propriuzisa,care consta in dislocarea rocilor intalnite ,cu ajutorul unui instrument numit sapa sau trepan, eliminarea detritusului (curatirea gaurii de sfaramaturile de teren rezultate din sapare), tubarea gaurii (consolidarea peretilor gaurii de sonda prin introducerea unor burlane de otel,insurubate cap la cap care se fixeaza prin cimentare), inchiderea apelor ,etc. saparea unei sonde se poate executa umed (eliminarea detritusului se realizeaza cu ajutorul noruiului de foraj) folosind sistemul de foraj percutant(cand sapa avanseaza prin cadere libera, percutie sau bataie pe talpa sondei) si rotativ(la care sapa avanseaza prin apasare si rotire continua ,ca un burghiu)sau uscat (numai percutant).S-a creat si o noua metoda de foraj(de sapare a sondelor) caracterizata prin folosirea unor motoare (masini de forta) care se introduc in sonda ,la talpa si actioneaza direct asupra sapei.motoarele care actioneaza direct sapa sunt amplasate imediat deasupra sapei.ele sunt hidraulice(ansamblul motor-sapa numindu-se electrobur sau motor electric de fund).

Sistemele de extractie a titeiului din tara nostra sunt foarte diferite, ele depinzand de adancimea ,pozitia si de presiunea titeiului sau a gazelor pe care le contine. Astfel, din zacamintele fara presiune el trebuie extras cu dispozitive corespunzatoare.sistemele de extractie a titeiului utilizate ,dupa ce forarea a ajuns pana la stratul de titei,sunt :

prin eruptie , daca in zacamant titeiul este insotit de op cantitate mare de gaze naturale, presiunea exercitata de acestea asupra titeiului poate fi destul de mare pentru a ridica titeiul pana la suprafata .

prin eruptir artificiala (gaz-lift), cand presiunea gazelor a scazut in asa masura incat eruptia naturala nu mai poate avea loc si in acest caz se provoaca sifonarea fortata a titeiului la suprafata,prin introducerea in gaura sondei a gazelor sub presiune, cu ajutorul compresoarelor.

Extractia prin pompare, cu ajutorul pompelor de adancime se aplica sondelor neeeruptive ,izolate si putin adanci(pana la 1000 m).

Titeiul extras prin sistemele mentionate este amestecat cu apa si nisip. Nisipul se separa prin sedimentare iar daca insa ,apa formeaza cu titeiul o emulsie ,atunci se adauga titeiului anumite substante cu actiune dezemulsionanta pentru a se separa de apa. Titeiul extras este supus in continuare ,unor tratamente speciale in instalatii de prelucrare a titeiului numite rafinarii. Prin incalzirea progresiva a titeiului, la presiunea atmosferica sau la presiune joasa ,se separa componentii sai dupa temperatura lor de fierbere. Operatia aceasta se numeste distilare fractionata si hidrocarburile care se separa in intervale diferite de temperatura se numesc fractiuni de distilare. Se considera 'fractiuni usoare' cele cu punct final de distilare de 200⁰ C si 'fractiuni medii' cele care au acest punct final intre 200 si 360⁰ si 'fractiuni grele' cele cu punctul final de distilare peste 360⁰ C.

DERIVATELE TITEIULUI

Principalele derivate ale titeiului sunt urmatoarele :

Benzina usoara

Benzina grea

White-spirit Gaze de cracare

Titei                           Petrol lampant Benzine

Motorina Uleiuri

Pacura prin cracare Bitum

Parafina

Cocs de petrol

Pacura de cracare

Inainte de a fi supus operatie de distilare fractionata , titeiul este supus unui tratament preliminar ,pentru indepartarea gazelor de sonda care insotesc intotdeauna titeiul.in urma acestui tratamentse obtin :gaze sarace, alcatuite din hidrocarburisaturate gazoase cu 1-4 atomi de carbon ,gazolina, o fractiune lichida ,foarte volatila ,care contine in special alcani cu 5 atomi de carbon (pentan+izopentan) si titeiul dezbinat. Din gazele sarace se separa propanul si butanul , care comprimate in butelii ,sunt consumate in gospodarie sub denumirea de aragaz. Instalatiile speciale ,folosite pentru separarea titeiului in fractiuni,prin distilare sunt alcatuite din coloane de distilare prevazute cu talere si cu clopote. Fiecare taler (etaj) are orificii prin care vaporii componentelor mai volatile urca in susul coloanei. Doua talere consecutive sunt unite prin tevi(preaplinuri) prin care lichidul dintr-un taler superior se poate scurge in unul inferior. In felul acesta ,titeiul brut se fractioneaza, in talerele superioare aglomerandu-se fractiunile mai usoare (hidrocarburile cu mase moleculare mai mici si puncte de fierbere mai scazute),iar in talerele din partea inferioara a coloanei se aduna fractiunile mai grele.

La prima distilare (distilare primara)se obtin urmatoarele fractiuni mai importante :

benzinele intre 30-150⁰ (contin hidrocarburi C₅-C₁₀ ) ;

petrolul lampant intre 150-250⁰  (cu peste 10 atomi de C in moleculele hidrocarburilor) ;

motorina intre 250-360⁰ (cu 12-20 atomi de C in molecula) ;

pacura care este reziduul ramas in cazan dupa distilarea primara(cu mai mult de 20 atomi de C in moleculele hidrocarburilor) .       

Importanta :

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

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.

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

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.

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.

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.

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 e lectrica in transformatoare etc.

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 oxidareapacurii asfaltoase. Se intrebuinteaza la impregnarea lemnului, a cartonului, la asfaltarea drumurilor, ca liant pentru brichete,ca izolant in constructia cladirilor etc.

Procesul de cracare

Prin incalzire la peste 400⁰ a fractiunilor mai grele de titei(motorina sau pacura) are loc procesul decracare, obtinandu-se fractiuni mai usoare (benzinele de cracare). In functie de conditiile in care lucreaza,se deosebesc : procedee de cracare termica si procedee de cracare catalitica.

a)                 Cracarea termica se poate realiza in faza lichida sau in faza de vapori :

In faza lichida ,motorina sau pacura este incalzita la 450-550⁰ sub o presiune de 15-45 at ;

In faza de vapori, motorina sau pacura se incalzeste la temperaturi de 500-600⁰ si la presiuni joase de 1-3 at. Benzinele de cracare astfel obtinute se deosebesc de benzinele rezultate prin distilarea fractionata a titeiului ,prin continutul lor mare mai mare de alchene si hidrocarburi aromatice.

b) Cracarea catalitica se realizeaza in faza de vapori. Motorina sau pacura ,la                           480⁰ si 1-2,5 at, este trecuta peste un strat de catalizatori (ortosilicat de aluminiu). La cracarea catalitica se obtin randamente mai mari de benzina si cu caracter mai saturat. Benzinele de cracare , in comparatie cu cele obtinute la distilarea fractionata a titeiului sunt mai bune si au o cifra octanica (C.O.) mai mare.

CIFRA OCTANICA SI CETANICA

Cifra octanica (C.O.) sau indicele octanic aratarezistenta 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 octanicaC.O. a unei benzine reprezinta deci, procentul in volume ,de izooctan dintr-un amestec de izooctancu heptan normal. Cu cat este C.O. a unui combustibil mai mare cu atat rezistentat sa la detonatie este mai mare.

Cifra octanica C.O. a unei benzine se poate imbunatati prin adios de mici cantitati de antidetonanti care impiedica combustia detonantain 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).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. Motorinei etc.)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 ansamblulproceselor 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 rezultala 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 plasticeca de exemplupoliclorura de vinil (P.V.C.) ,poliacetatde vinil, polimetacrilat de metil, fenoplaste, amino-plaste, fibre sintetice (poliacrilonitrilice), precum si negru de fum ,derivati clorurati, ingrasaminte cu azot (uree, azotat de amoniu).