Petrolul

Definiţie

Petrolul, sau țițeiul, împreună cu cărbunii și gazele naturale fac parte din zăcămintele de origine biogenă care se găsesc în scoarța pământului. Petrolul, care este un amestec de hidrocarburi solide și gazoase dizolvate într-un amestec de hidrocarburi lichide, este un amestec de substanțe lipofile. Țițeiul în stare brută ( nerafinat ) conține peste 17 000 de substanțe organice complexe, motiv pentru care este materia primă cea mai importantă pentru industria chimică (vopsele, medicamente, materiale plastice, etc.) și producerea carburanților. Ca o curiozitate, se poate menționa că unele varietăți de țiței devin fosforescente în prezența luminii ultraviolete.

Teorii de formare

1. Teoria Biogenă de formare a zăcămintelor de petrol susține că petrolul ia naștere din organisme marine plancton care după moarte s-au depus pe fundul mării, fiind acoperite ulterior de sedimente.Conform acestei teorii perioada de formare a petrolului se întinde pe perioada de timp de ca. 350 - 400 milioane de ani în urmă Devonian perioadă în care a avut loc în rândurile florei și faunei o mortalitate în masă, explicată prin teoria meteoritului uriaș care a căzut în aceea perioadă pe pământ, declanșând temperaturi și presiuni ridicate.Astfel s-au format așa numitele substanțe cherogene ce provin din substanțe organice cu un conținut ridicat în carbon și hidrogen.Prin procesele următoare de diageneză aceste substanțe cherogene pot deveni substanțe bituminoase, rocile sedimentare ce conțin substanțe cherogene sunt denumite roci mamă a zăcămintelor de petrol.Materia cherogenă alcătuită din particule fin dispersate în roca mamă, sub anumite condiții, mai ales în prezența temperaturilor înalte suferă un proces de migrație fiind împinse de apa sărată care are o greutate specifică mai mare, sub presiunea exercitată particulele fine se unesc într-o masă compactă de petrol. Această migrație are tendință ascendentă spre suprafață, dacă acest proces de migrație este oprită de un strat impermeabil (argilos), are loc sub presiune îmbogățirea zăcământului care se află deja în porii rocii de depozitare a petrolului, în condiții asemănătoare iau naștere gazele naturale, de aceea deasupra unui zăcământ de petrol se poate afla o cupolă de gaz natural. În peninsula Arabiei zăcămintele de petrol se află înmagazinate într-un calcarporos biogen care a luat naștere din corali.

Compoziția zăcământului de petrol poate avea un raport diferit de alcani și alchene, la fel poate diferi raportul grupărilor alifatice și aromatice.

2. Teoria Abiogenă are adepţi puţini ( Thomas Gold ) şi care postulează că petrolul ar fi rezultat din minerale, roci cu un conţinut ridicat în carbon şi hidrogen care având greutatea specifică mai mică au fost presate spre suprafaţă.

Prelucrarea petrolului

1. Prelucrarea primară

Dezbenzinarea gazelor de sondă

Petrolul brut extras din sonde este însoţit de hidrocarburi gazoase, care formează aşa numitele gaze de sondă. De aceea, prima operaşie la care este supus petrolul, după extragerea lui din zăcământ, este îndepărtarea gazelor de sondă.

Distilarea fracţională a petrolului

Se deosebesc următoarele etape:

1. Fracţionarea petrolului prin distilare la presiune normală ( distilare primară )

2. Fracţionarea păcurii prin distilare la presiune redusă ( distilare secundară )

Rafinarea produselor petroliere

1. Rafinarea prin extracţie

Îndepărtarea anumitor grupe de substanţe nedorite, respectiv o separare a fracţiunii în aşa numite ’’rafinate’’ şi ’’extracte’’ , cu caracter chimic diferit, se realizează prin extracţie.

2. Rafinarea chimică

Se aplică în vederea îmbunătăţirii calităţii ( stabilitate, nocivitate, culoare, miros ) produselor rezultate prin procedeele de prelucrare a petrolurilor brute.

2. Prelucrarea secundară a produselor petroliere

A. Cracarea termică a fost primul procedeu de cracare aplicat în producţie. El este folosit pentru cracarea motorinelor şi a reziduurilor de distilare, cum şi pentru reformarea benzinelor grele.

B. Cracarea catalitică prezintă faşă de procedeele termice avantajul unei accelerări esenţiale a procesului de cracare, obţinerii unor randamente mai ridicate în benzine şi, în special realizării unei calităţi superioare a produselor rezultate.

Benzina uşoară Benzina grea Ţiţeiul White-spirit Gaze de cracare Petrol lampant Benzine Motorina Uleiuri

Păcura prin cracare Bitum Parafina Cocs de petrol

Păcura de cracare

Utilizarea Petrolului

Ţiţeiul este important deoarece este mai curat şi mai ieftin decât cărbunele şi mai uşor de transformat decât gazele naturale. El are nenumărate utilizări. Uneori numit “aurul negru”, el asigură aproape jumătate din energia utilizată în lume. Fără acesta, transporturile s-ar bloca şi maşinile şi utilajele industriale sau centralele termice nu ar putea funcţiona. Ţiţeiul brut este utilizat pentru producerea combustibililor, printre care diferite tipuri de petrol, motorină sau cherosen. Petrolul este utilizat şi pentru producerea unor lubrifianţi uleioşi şi a vaselinelor necesare funcţionării utilajelor şi maşinilor. Petrolul este utilizat şi la producerea asfaltului necesar şoselelor şi o mare varietate de produse din industria petro-chimica. Din produsele petrochimice se fabrică cosmetice, medicamente, vopsele, explozibili, fertilizatori, fibre sintetice , cerneluri, insecticide, coloranţi, mase plastice şi cauciucuri sintetice – utilizate la anvelope.

Cărbune

Cărbunele este o rocă sedimentară de culoare brun - neagră cu proprietăți combustibile formată prin (carbonizare) îmbogățirea în carbon(în condițiile lipsei oxigenului) a resturilor unor plante din epocile geologice. Procesul de incarbonizare a plantelor preistorice s-a produs cu milioane de ani în urmă, prin două procese mai importante:

1. faza biochimică produsă de bacterii și ciuperci care transformă celuloza și lignina din plante;

2. faza geochimică, faza propriu zisă de incarbonizare, care se produce la temperaturi și presiuni ridicate formându-se într-un timp îndelungat huila și antracitul. Acest proces are ca rezultat o îmbogățire de peste 50 % din volum în carbon.

Formare

Materia inițială de bază din care ia naștere cărbunele sunt resturi de plante fosile, care constau mai ales din feriga uriașă (Pteridopsida sau Polypodiopsida) care în urmă cu 400 de milioane de ani alcătuia adevărate păduri, azi feriga are între 9000 și 12000 de varietăți.

După moartea lor aceste plante se scufundau în mlaștină unde fiind izolate de aerul atmosferic urmează o serie de procese anaerobe, în primele faze se formează turba.

Prin migrația mărilor aceste mlaștini au fost acoperite cu sedimente, creându-se temperaturi și presiuni ridicate, care intensifică procesele de încarbonizare, presiunea elimină apa din turbă astfel ia naștere cărbunele brun.

Dacă aceste presiuni mari persistă mai departe se continuă eliminarea apei din cărbunele brun rezultând cărbunii cu cea mai mare putere calorifică, huila și în final antracitul care este în același timp și cărbunele cel mai vechi. La antracit procentul de carbon ajunge la 90 - 96 %.

Zăcămintele de huilă s-au format cu cca. 280 - 345 milioane de ani în urmă, constituind azi una dintre principalele resurse energetice ale globului. Cărbunele brun este un cărbune mai tânăr formându-se în peroada terțiară în urmă cu 2,5 - 65 milioane de ani.

Clasificarea cărbunilor din România

Turba este cel mai tânăr cărbune, din Neogen, formându-se și astăzi. Conține 52 - 62 % carbon în masa combustibilă, iar prin încălzire degajă foarte multe materii volatile. În momentul extracției ea conține 75 - 80 % umiditate, ca urmare trebuie uscată, stare în care are o putere calorifică de 12 - 20 MJ/kg.

Turba uscată și brichetată se folosește drept combustibil casnic. De asemenea, ea se poate folosi ca material filtrant sau ca îngrășământ.

Cărbunele brun este un cărbune mai vechi, din Paleogen. Conține 60 - 78 % carbon în masa combustibilă, iar prin încălzire degajă multe materii volatile. În momentul extracției conține 30 - 45 % umiditate. Are o putere calorifică de 6 - 18 MJ/kg (uzual 7 - 9 MJ/kg). Este mult folosit, în special lignitul, care se găsește în cantități mari, de exemplu în România în bazinul Olteniei, în scopuri energetice, fiind combustibilul clasic în termocentralele pe bază de cărbune.

Cărbunele brun huilos este un cărbune specific României, are aspect de huilă, însă putere calorifică sub 20 MJ/kg, ca urmare nu poate fi considerat huilă. Este folosit în scopuri energetice.

Huila este un cărbune vechi, datând din Cretacic și Jurasic. Conține 75 - 92 % carbon în masa combustibilă, iar prin încălzire degajă suficiente materii volatile pentru aprindere. În momentul extracției conține 1 - 5 % umiditate. Are o putere calorifică de 20 - 29 MJ/kg. Este cel mai prețios cărbune. Huilele cu flacără lungă (numele vine de la durata degajării volatilelor, care ard cu flacără vizibilă) și de gaz (numele vine tot de la cantitatea volatilelor) nu cocsifică, ca urmare se folosesc în scopuri energetice. Huila de cocs și parțial cea grasă (în amestec cu cea de cocs) cocsifică, ca urmare este folosită la producerea cocsului, valorificare mult mai valoroasă decât prin ardere. Huilele slabă și antracitoasă au puține volatile, sunt greu de ars.

Antracitul este cel mai vechi cărbune, datând din Jurasic. Conține 92 - 98 % carbon în masa combustibilă, dar aproape deloc materii volatile, ceea ce îl face foarte dificil de aprins. Aprinderea trebuie făcută cu un combustibil de suport, care să-l aducă la temperatura de 800 °C, temperatura de aprindere a carbonului. În momentul extracției conține 3 - 12 % umiditate. Are o putere calorifică de 20 - 25 MJ/kg. Datorită aprinderii dificile este puțin folosit în energetică, fiind folosit în industria chimică la producerea electrozilor.

În concluzie, cărbunele se folosește:

Drept combustibil, atât casnic, cât și în producerea de curent electric produs cu ajutorul turbinelor din termocentrale. Prin ardere cărbunele eliberează căldură și produce gaze de ardere cadioxid de carbon, dioxid de sulf și vapori de apă. In anul 2003 24,4 % din energia primară produsă pe glob și 40,1 % din energia electrică era produsă pe bază de cărbune, cu ponderea însemnată a huilei și

lignitului. Termocentralele moderne au redus substanțial emisiile de gaze nocive rezultate din arderea cărbunilor.

Ca materie primă în industria chimică și în metalurgie. O importanță mare o prezintă cocsul care este folosit drept combustibil în încălzire (înlocuitor al gazelor naturale) și de asemenea ca reducător al minereurilor feroase în furnale.