Definicja pojęcia:

ropa naftowa

Ropa naftowa, olej skalnypaliwo kopalne stanowiące ciekłą mieszaninę węglowodorów składającą się z węglowodorów parafinowych (alkanów), cyklicznych (cykloalkanów, czyli naftenów) i aromatycznych (arenów). W skład ropy naftowej wchodzą również organiczne związki siarki, tlenu i azotu, związki metaloorganiczne i składniki mineralne (związki żelaza, krzemu, wanadu, sodu, niklu i innych metali). Ropa naftowa jest jednym z najważniejszych surowców energetycznych; w przemyśle petrochemicznym wykorzystywana jest m.in. do otrzymywania benzyny, nafty, olejów gazowych, parafiny, wazelin, asfaltu oraz mazutu.
  1. Pochodzenie i występowanie złóż ropy naftowej
  2. Właściwości fizyczne i skład chemiczny ropy naftowej
  3. Wydobycie i przeróbka ropy naftowej
  4. Zastosowanie ropy naftowej

Pochodzenie i występowanie złóż ropy naftowej

Złoża ropy naftowej powstały najprawdopodobniej w wyniku przeobrażenia rozkładających się szczątków morskich organizmów roślinnych i zwierzęcych, pozbawionych dostępu tlenu przez warstwę opadających na dno drobnych okruchów mineralnych. Procesy przeobrażenia szczątków organicznych zachodziły pod wpływem bakterii beztlenowych przekształcających te szczątki w bardziej jednorodną substancję o złożonym składzie chemicznym, określaną mianem kerogenu, i długotrwałych procesów geochemicznych (diagenezy, metamorfizmu) zachodzących w warunkach wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia przy udziale ruchów tektonicznych, w wyniku których w skałach macierzystych z kerogenu powstają bogate w węglowodory bituminy, jak ropa naftowa i gaz ziemny.

Skały macierzyste ropy naftowej (skały bitumiczne) stanowią przeważnie skały ilaste bogate w substancje organiczne (łupki ilaste, piaski bitumiczne, mułowce wapienne). Pod wpływem wzrastającego ciśnienia warstw skalnych w nadkładzie skały macierzystej, ropa naftowa migrowała ze skały macierzystej i gromadziła się w pobliskich skałach o większej porowatości i przepuszczalności (tzw. kolektorach złożowych), do których zalicza się głównie mezozoiczne i trzeciorzędowe skały osadowe, jak wapienie, dolomity, piaskowce i piaski. Największe złoża ropy naftowej występują na Bliskim Wschodzie (Arabia Saudyjska, Irak, Iran), na obszarze Azji (Rosja, Chiny), północnej Afryki (Libia, Algieria), regionu Zatoki Gwinejskiej (Nigeria), Ameryki Północnej (Stany Zjednoczone, Kanada) oraz Ameryki Południowej (Brazylia, Wenezuela). 
Proces powstawania ropy naftowej. Źródło: shutterstock

Właściwości fizyczne i skład chemiczny ropy naftowej

Ropa naftowa jest gęstą i oleistą cieczą o charakterystycznym, ostrym zapachu, cechującą się zróżnicowaną barwą zależną od pochodzenia i składu chemicznego; przeważnie posiada barwę żółtobrunatną, brunatną bądź czarną, rzadziej jest zielonkawa, czerwonawa bądź całkowicie bezbarwna. Ropa naftowa jest cieczą nierozpuszczalną w wodzie i rozpuszczalną w rozpuszczalnikach organicznych. Jest cieczą palną, w reakcji spalania ropy naftowej (ściślej wchodzących w jej skład węglowodorów) wydzielają się duże ilości ciepła; wartość opałowa tego surowca wynosi 9500-11500 kcal/kg. Gęstość ropy naftowej w temperaturze 20°C wynosi 0,73-1,03 g/cm³; ze względu na różnice gęstości wyróżnia się lekką (< 0,87 g/cm³), średnią (0,87-0,92 g/cm³), ciężką (0,92-1 g/cm³) i superciężką ropę naftową (˃ 1 g/cm³).

Ropa naftowa, zwana również olejem skalnym, stanowi ciekłą mieszaninę węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych, która składa się z węglowodorów parafinowych, czyli alkanów (20-60%), węglowodorów cyklicznych (cykloalkanów, naftenów) (40-75%) i węglowodorów aromatycznych (arenów) (10-15%). Składnikami ropy naftowej są także organiczne związki siarki, tlenu i azotu, związki metaloorganiczne i składniki mineralne (związki żelaza, krzemu, wanadu, sodu, niklu i innych metali). Alkany występują głównie w lżejszych frakcjach ropy naftowej (temp. wrzenia do 200°C), cykloalkany obecne są głównie we frakcjach olejowych (temp. wrzenia wyższa od 350°C), zaś areny występują we wszystkich frakcjach, z udziałem rosnącym wraz z temperaturą wrzenia. Tlen w ropie naftowej wchodzi w skład kwasów naftenowych i tłuszczowych, fenoli, naftoli, żywic oraz asfaltów; azot buduje aminy cykliczne i acykliczne; siarka występuje w postaci siarkowodoru, siarczków, disiarczków, tioli oraz rozpuszczalnej siarki elementarnej.
Próbka ropy naftowej. Źródło: shutterstock

Wydobycie i przeróbka ropy naftowej

Złoża ropy naftowej w danych utworach geologicznych poszukiwane są dzięki obserwacji naturalnie występujących fal sejsmicznych bądź z wykorzystaniem geofizycznej metody pomiarowej zwanej sejsmiką refleksyjną. Metoda ta polega na przeprowadzeniu serii podziemnych eksplozji w pobliżu potencjalnego złoża ropy oraz na obserwacji i analizie wywołanych wskutek eksplozji fal sejsmicznych, dzięki czemu uzyskiwane są dane o jego położeniu i wielkości. Odwierty wykonywane są metodą turbinową; ropa naftowa wydostaje się na powierzchnię samorzutnie dzięki ciśnieniu wywieranemu przez obecny w złożu gaz ziemny bądź za pomocą technik polegających na zwiększaniu ciśnienia pod ziemią poprzez  wtłaczanie do złoża wody bądź gazów (powietrza, dwutlenku węgla). Przy bardzo niskim ciśnieniu do wydobywania ropy naftowej wykorzystywane są pompy głębinowe. Światowe wydobycie ropy naftowej w 2019 roku wyniosło ok. 80,62 mln baryłek dziennie (bbl/d); największymi producentami tego surowca były Stany Zjednoczone (15,04 mln bbl/d), Arabia Saudyjska (12 mln bbl/d) oraz Rosja (10,8 mln bbl/d).

Ropa naftowa po wydobyciu poddawana jest wstępnym procesom oczyszczania polegającym na oddzieleniu rozpuszczonego w ropie naftowej gazu ziemnego w kolumnach w warunkach obniżonego ciśnienia, oddzieleniu wody wraz z rozpuszczonymi substancjami w odstojnikach i usunięciu zawieszonych w ropie cząstek wody za pomocą zmiennego pola elektrycznego. Oczyszczona ropa naftowa poddawana jest w rafineriach procesowi technologicznej obróbki w celu otrzymania określonych frakcji węglowodorów różniących się temperaturą wrzenia, określanemu mianem destylacji frakcyjnej. Destylacja frakcyjna ropy naftowej w warunkach ciśnienia atmosferycznego (destylacja atmosferyczna) umożliwia rozdział tej mieszaniny na frakcje wrzące do temperatury 300-350°C – benzynę lekką (do 100°C), benzynę ciężką (do 180°C), naftę (180-240°C) i olej gazowy (240-360°C). Destylacja frakcyjna pod zmniejszonym ciśnieniem (destylacja próżniowa) umożliwia rozdział ropy na frakcje wrzące w wyższych temperaturach – olej napędowy (250-350°C), olej opałowy (350-400°C) oraz olej smarowy (400-500°C). Pozostałość po destylacji atmosferycznej stanowi mazut; pozostałościami po destylacji próżniowej są oleje smarowe, przemysłowe oleje opałowe, asfalt ponaftowy oraz masy bitumiczne.

Otrzymane po destylacji poszczególne frakcje ropy naftowej mogą być ponadto poddawane procesom uszlachetniającym, np. odsiarczanie frakcji benzynowej, rafinacja frakcji olejowych (odparafinowanie, odasfaltowanie); krakingowi, czyli degradacji cząsteczek węglowodorów długołańcuchowych do cząsteczek o krótszych łańcuchach węglowych (np. kraking termiczny – piroliza niskotemperaturowa pozostałości destylacyjnych i wysokowrzących frakcji ropy naftowej do lotnych olejów i koksu, piroliza wysokotemperaturowa benzyny lekkiej i surowej ropy naftowej do alkenów i acetylenu; kraking katalityczny wysokowrzących frakcji ropy naftowej do benzyny o dużej liczbie oktanowej) oraz reformingowi katalitycznemu benzyny destylacyjnej w celu otrzymania benzyny o dużej liczbie oktanowej.
Szyby naftowe. Źródło: shutterstock

Zastosowanie ropy naftowej

Ropa naftowa, wraz z gazem ziemnym i węglem, stanowi jeden z najważniejszych surowców energetycznych używanym w transporcie, przemyśle i wielu innych działach gospodarki. Stanowi podstawowy surowiec przemysłu petrochemicznego, który wykorzystywany jest do otrzymywania benzyny (paliwo do napędu silników spalinowych, rozpuszczalnik, produkcja gazu syntezowego), nafty (paliwo lotnicze, surowiec do procesów krakingowych), olejów gazowych (olej napędowy do silników wysokoprężnych, olej opałowy, olej smarowy, surowiec do procesów krakingowych) i mazutu (olej smarowy, surowiec do otrzymywania wazeliny i parafiny, smoła asfaltowa wykorzystywana do budowy nawierzchni dróg). Ropa naftowa ma również zastosowanie w produkcji kosmetyków, leków, barwników, materiałów wybuchowych, nawozów sztucznych oraz tworzyw sztucznych (nylon, kauczuk syntetyczny).
Destylacja frakcyjna ropy naftowej. Źródło: shutterstock

Bibliografia

  1. John McMurry; “Chemia organiczna”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005.;
  2. Andrew Burrows, John Holman, Andrew Parsons, Gwen Pilling, Gareth Price; “Chemistry. Introducing inorganic, organic and physical chemistry”; Oxford University Press, 2017.;
  3. Hamid N. Alsadi; “Elements of Petroleum Science”; Partridge Publishing 2018.;
  4. K.-H. Lautenschlager, W. Schroter, A. Wanninger; “Nowoczesne kompendium chemii ”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2016.;
  5. Jonathan Clayden, Nick Greeves, Stuart Warren; “Organic Chemistry”; Oxford University Press, 2012. ;
  6. U.S. Energy Information Administration.; “Production of Crude Oil Including Lease Condensate 2019.”; data dostępu:
Legenda. Pokaż objaśnienia oznaczeń i skrótów
Szukaj
Oceń stronę
Ocena: 4.6
Wybór wg alfabetu:
a b c ć d e f g h i j k l ł m n o q p r s ś t u v w x y z ż ź
Pasaż zakupowy