Petrolul si gazele naturale sunt amestecuri de hidrocarburi care se gasesc ca zacaminte in scoarta pamantului in diferite regiuni. Petrolul (titeiul) contine intotdeauna reprezentati ai trei clase de hidrocarburi :saturate aciclice (alcani),saturate aciclice (cicloalcani) si aromatice. Proportia acestora variaza de la un zacamant la altul. Hidrocarburile nesaturate alchenele si mai ales acetilenele lipsesc din compozitia titeiului.
Zacaminte de petrol
Prin petrol brut
sau titei se inteleg amestecuri de hidrocarburi in stare lichida. Din punct de vedere geologic ,zacamintele de
petrol au cateva trasaturi generale din care rareori lipseste vreuna. Astfel,
petrolul se gaseste intr-o incretire a
scoartei ,imbibat,sub presiune inalta,intr-un strat de roca poroasa ,prins intre doua
straturi impermeabila . In partea superioara a stratului de roca poroasa se
gaseste zona in care se acumuleaza produsele gazoase iar in partea inferioara
se gaseste o portiune imbibata cu apa sarata. Prezenta acestuia din urma
constituie unul din argumentele teoriei formarii petrolului prin fermentatie
,in absenta aerului, a resturilor de vietuitoare (mai laes microscopice)care
s-au depus pe fundul marilor in epoci geologice. In acelasi sens pledeaza si
analiza chimica a petrolului,care a pus in evidenta ramasite ale moleculelor
caracteristice arsenalului chimic al celulei vii.
Conditia
principala pentru ca descompunerea acestor resturi de vietuitoare sa ia calea
imbogatirii in carbon o constituie absenta
oxigenului; in caz contrar ar avea loc fermentatia aeroba,cu degajarea
produselor obisnuite ale metabolismului microorganismelor, bioxidul de carbon
si apa. Conditia lipsei de oxigen se indeplineste cel mai bine in sedimente
foarte putin rascolite depuse pe fundul marilor fara flux si reflux. Primele
etape ale descompunerii fermentative se petrec chiar pe locul de origine si duc
la o scadere a continutului in oxigen, azot si sulf a sedimetelor organice in
straturi mai profunde.Etapele decisive au avut loc insa dup ace miscarile
scoartei au antrenat depozitul de materii organice in straturi mai profunde.
Aici procesul de transformare in hidrocarburi s-a desfasurat la presiuni si
temperature inalte si a beneficiat de actiunea
catalitica a rocilor cu care substantele organice veneau in contact.
Zacamintele de
hidrocarburi reprezinta o bogatie incalculabila ,iar utilizarea lor drept surse
de combustibili va fi supusa foarte curand,fara indoiala,unor limite drastice.
Pe de o parte se vor dezvolta alte mijloace de producere a energiei ,mai rentabile
si mai lipsite de efecte secundare (poluarea atmosferei prin produse de ardere
etc.), pe de alta parte, apare tot mai nerationala
arderea pana la bioxid de carbon si apa, pe un drum lung si complicat compusii
din care se pot prepara, prin sinteza organica, substante fara de care
civilizatia actuala ar fi de neconceput.
Extractia si prelucrarea
petrolului
Zacamintele de
petrol se exploateaza tot prin foraje
,cu ajutorul sondelor. Extractia petrolului poate avea loc in doua situatii si
anume: petrolul poate fi adus la suprafata de presiunea gazelor naturale din
zacamant( care uneori provoaca eruptii
greu de controlat)sau poate fi necesar pomparea
,daca zacamantul nu se gaseste sub presiune ,ca urmare a epuizarii gazelor.
Dupa extractie,
petrolul se supune prelucrarii. Putem
distinge ,in linii mari, trei etape principale de prelucrare a titeiului:
-indepartarea impuritatilor care au alta
natura chimica decat hidrocarburilor;
-fractionarea, prin distilare , a amestecului
de hidrocarburi(rafinate);
-prelucrarea chimica a fractiunilor obtinute
prin rafinare.
Indepartarea
impuritatilor
Se elimina apa ,care ,dupa cum stim ,insoteste
intotdeauna titeiul ,precum si excesul de compusi cu sulf etc.
Rafinarea
Utilizandu-se coloane de distilare ,de
dimensiuni mari ,titeiul se fractioneaza in cateva grupuri de hidrocarburi, pe
baza diferentelor dintre punctele lor de fierbere. Acestea din urma sunt cu
atat mai ridicate cu cat numarul de atomi de carbon din molecula hidrocarburii
este mai mare. Deoarece, in timpul functionarii ,vaporii si lichidul sunt in
echilibru termic ,la baza coloanei temperature atinge 350-
Figura de mai jos
este o reprezentare shematica a unei coloane de rafinare indicand zonele de
temperature si principalele produse care sunt separate din talerele de la
nivelele respective ale coloanei. In paranteze se indica numarul de atomi de
carbon al hidrocarburilor care in fractiunea respective. Se dau, de asemenea,
indicatii privind cele mai obisnuite utilizari drept combustibil.
Multe din aceste
fractiuni sunt supuse apoi chimizarii
,fie pentru a le utiliza ca materii
prime in industria chimica organica, fie pentru a le imbunatati calitatile lor
de carburanti.
Astfel
benzinele ,obtinute direct prin rafinarea petrolului, nu permit atingerea unor
randamente suficient de ridicate ale motoarelor cu explozie. Se stie ca
randamentul motorului depinde foarte mult de gradul de comprimare a gazelor(
amestec de aer si vapor de benzina ) inainte de detenta ,produsa ca urmare a
exploziei amorsate de scanteia alectrica data de bujie. Comprimarea amestecului nu se poate efectua decat
pana la o anumita limita , deoarece la un moment dat ,are loc explozia spontana ,ca urmare a
ciocnirilor prea violente intre molecule ,la temperatura si presiunea produse
prin comprimare . Asemenea explozii spontane au urmari foarte grave pentru
functionarea motorului, care cere ca explozia sa nu aiba loc decat intr-un
moment foarte bine stabilit in functie de pozitia pieselor in miscare
.Capacitatea amestecului de aer si
vapori de benzina de a rezisat la comprimare,fara sa explodeze spontan, este
exprimata de cifra octanica a
benzinei.
Pentru definirea
cifrei octatice s-au ales doua hidrocarburi,una care sa detoneze foarte usor, heptanul normal, si alta care sa reziste
deosebit de bine la comprimarea amestecului vaporilor cu aerul, si anume unul
dintre izooctani(2,2,4
trimetilpentan)
CH –CH –CH –CH –CH –CH –CH n-heptan(cifra octatica
0)
CH CH
| |
CH –C -CH -CH 2,2,4 trimetilpentan(cifra
octatica 100)
| |
CH CH
Prin conventie s-a atribuit n-heptanul cifra octatica
0 iar izooctanului cifra octica 100.
Facand amestecuri din aceste doua
hidrocarburi ,in diferite proportii, se pot
obtine combustibili, caror comportare , in motoarele cu explozie , este
identice cu cea a mostrei de benzina care se doreste a fi caracterizata. Cifra octatica a benzinei respective este egala cu proportia de
izooctan , in volume, din amestecul de izooctan si n-heptan care aera aceeasi
comportare la detonatie. O benzina cu cifra octatica 98(cum este cea
utilizata de motorul autoturismului <
Pacura ,reziduul greu ramas de la distilare ,in afara de utilizare drept
combultibil in arzatoare speciale (injectoare de pacura) se poate supune redistilarii. Aceasta operatie se
executa sub vid, pentru a evita incalzirile la temperature prea ridicate , care
ar produce descompuneri nedorite. Se obtin astfel uleiurile utilizate ca lubrefianti , mai ales la motoarele
vehicolelor obisnuite. Reziduul ramas dupa aceasta redistilare se supune unei
insuflari la aer cald,cand au loc procese complicate de oxidare si de obtine asfaltul, masa utilizata la constructia
soselelor.
Prelucrare
chimica
Produsele isolate
prin rafinarie se supun transformarilor chimice in cadrul a doua tipuri de
procese:
-cracare
-reformare
a) Cracare cuprinde ansamblu de reactii chimice ce au loc prin incalzire la temperature ridicate si in prezenta unor catalizatori, cand moleculele alcanilor sufera ruperi in fragmente mai mici. Dupa cum se stie ,prin cracare alcanii superiori trec in alcani inferiori si alchene (cracarea propriu-zisa) sau elimina atomi de hidrogen ducand la alchene cu acelasi numar de atomi de carbon in molecula (dehidrogenare).
CH –CH –CH –CH CH +CH –CH =CH
butan metan propena
Sau
CH –CH –CH –CH CH –CH +CH =CH
butan etan
etena
CH –CH –CH –CH CH –CH–CH
–CH +H
butan
butena-1
Sau
CH –CH –CH –CH CH
–CH =CH +H
butan
butena-2
Ponderea
reactiilor de dehidrogenare scade pe masura ce molecula alcanului creste. Alcani superiori trec aproape numai in
alchene si alcani in molecule mici (cracarea propriu-zisa). Desfasurarea
paralele a reactiilor de cracare si dehidrogenare ,precum si oate celelate
caracteristici lae ale procesului de descompunere a alcanilor prin cracare , se
explica prin aparitia acelorasi intermediari reactivi: radicalii liberi ai hidrocarburilor. Acestia apar prin ruperea
homolitica (datorita temperaturii ridicate )a unei legaturi C –H ; fragmentarea scheletului moleculei,formarea
alchenelor,eliminare cu precadere a moleculelor de metan nu sunt altceva decat
diferitele moduri de stabilizare a
acestor reactivi.
Prin acest
procedeu se obtin alchenele,materii
prime de baza in industria chimica. Tot pe aceasta cale produsele grele, ca
motorina etc., ieftine si cu utilizari restarnse, se pot transforma in benzene,
combustibili mult mai cautati.
Produsele
obtinute prin cracare sunt separate tot prin distilare fractionate; aceasta se face insa sub presiune, deoarece,
in conditii normale , multe din substantele cu molecule mici ce rezulta din
fragmentari sunt in stare gazoasa . Prin ridicarea presiunii ,acesti compusi se
lichefiaza si pot fi supusi distilarii , la temperature coborate.
Din punctual de
vedere al sintezei organice, cel mai important produs al cracarii il constituie
etena, materie prima pentru etanol, polietilina ,polistiren si multe altele.
Valoroase sunt de asemenea propena
( intalnitae pilda la sinteza fenolului
si glicerinei) si butenele, baza unei serii de solventi organici si cauciucuri
sintetice.
b) Reformarea
catalitica este numita astfel deoarece benzinele obtinute prin rafinare sunt trecute pe un catalizator de platina (
depus pe un suport de oxid de aluminiu) la temperature si presiuni ridiacate
(450-
Plecand de la un
alcan si ajungand la o hidrocarbura aromatica este evident ca procesul trebuie
sa constate intr-o dehidrogenare;
daca molecula substantei are o catena liniara de atomi de carbon,
dehidrogenarea trebuie sa fie insotita de o ciclizare.
Aceasta consta intr-o reactie a moleculei de alcan cu ea insasi (dupa activarea
prin ruperea unor legaturi C –H)
Industria
petrochimica, in plin avant in tara noastra, reprezinta unul din domeniile de
prim rang ale economiei Romaiei. In ultimii ani au luat o dezvoltare deosebita
platformele petrochimice de
Comentarii
Trimiteți un comentariu