Ropa naftowa

Ropa naftowa to źródło energii, bez którego trudno dziś wyobrazić sobie codzienność. Aby to osiągnąć, warto przytoczyć kilka faktów. Niecałe 200 lat temu elektryczność była nieznana, podobnie jak lampy naftowe. Jedynymi źródłami światła po zmroku są świece i lampy naftowe. Niestety nie mają dużo światła i nie mogą wykonywać wielu czynności. Poza tym niemożliwe jest wykonanie zabiegów chirurgicznych, które mogłyby uratować ludzkie życie. Wiele osób zostaje rannych w wypadkach górniczych, na wojnie iw wielu innych codziennych sytuacjach, które zdarzają się po zmroku – na śmierć. Wszystko zmieniło się dzięki wynalazkowi polskiego farmaceuty Ignacego Łukasiewicza. Ten niezwykle sprytny człowiek odniósł sukces w pierwszej w historii prymitywnej destylacji. Pozyskał z niej naftę, z której robił lampy naftowe. Wynalazek ten umożliwił doświetlenie pomieszczenia wyjątkowo jasnym światłem. Od tego czasu lampy naftowe pojawiły się w tysiącach gospodarstw domowych. Niewątpliwie przyczynili się do rozwoju cywilizacji. Dlatego warto pamiętać o roku 1852 jako o historycznym przełomie. Ignacy Łukasiewicz wkrótce założył pierwszą kopalnię ropy naftowej na świecie! Wydobywał ropę naftową i destylował ją w celu uzyskania nafty, która była niezbędna do zasilania lamp naftowych. Kopalnia znajduje się w Polsce, niedaleko Krosna. Sam Łukasiewicz znany jest jako ojciec polskiego przemysłu naftowego.
Ropa naftowa to ciekłe paliwo kopalne, które eksploatuje się z dna mórz i oceanów. Jest ona naturalną mieszaniną węglowodorów. Odgrywa ważną role w przemyśle petrochemicznym (dział technologii organicznej, który zajmuje się przeróbką ropy naftowej i gazu ziemnego) oraz w energetyce. Wytwarza się z niej: paliwa, syntetyki, naftę, asfalt, różne oleje, smary, parafinę i wiele innych.
Powstawała w każdej erze geologicznej, jednak najwięcej (około 50% odkrytych na razie złóż) powstało w mezozoiku oraz trzeciorzędzie. Jej skała macierzysta to skały zazwyczaj o wysokiej porowatości i przepuszczalności na przykład: piaskowce lub wapnie.
Powstawanie ropy dzielimy na dwie teorie: organiczną i nieorganiczną. Organiczna mówi, że ropa powstała z przeistoczenia szczątek roślin i zwierząt z drobnymi okruchami mineralnymi. Nieorganiczna mówi, że ropa powstała w warunkach laboratoryjnych.
Zwykle występuje wraz z złożami gazu ziemnego. Występuje najczęściej w analitykach (wypukłe fałdy które wewnątrz są zbudowane z starszych skał, a zewnątrz z coraz młodszych) na dnie występuje solanka, później ropa, a na końcu na samej górze gaz ziemny.
Pierwszy jej wyciek był w 1750 roku w Pensylwanii, Wirginii oraz w okolicach Nowego Yorku. W tym czasie uważano ją za substancje szkodliwą, która brudziła wodę. Jednak 100 lat potem w 1847 roku Samuel Martin Kier znalazł dla niej zastosowanie i rozpoczęto jej sprzedaż. Samuel M. Kier był amerykańskim biznesmenem oraz odkrywcą. To właśnie mu przypisuje się rozwinięcie amerykańskiego rynku rafinacji. Historycy nazwali go ojcem amerykańskiego przemysłu naftowego.
Jego wydobycie dzielimy na etapy: w pierwszym wykonuje się długi odwiert w ziemi (najdłuższy miał około 15 tysięcy metrów), w kolejnym jest umieszczana obudowa (stalowa rura) w wywierconym otworze, w dalszych etapach wykonuje się coraz więcej otworów, by zwiększyć przepływ ropy.
Czarne złoto na rynku towarowym. Ropa naftowa to strategiczne źródło energii, które odgrywa ogromną rolę na świecie. Nazywane jest czarnym złotem ze względu na jego wyjątkowość – kiedy jest rafinowane, można uzyskać nie tylko paliwo, ale także wiele innych półproduktów – między innymi leki.
Jej złoża występują w: Afryce Północnej, Azji (w okolicach Zatoki Perskiej, Basenie morza Kaspijskiego oraz także na Syberii), Europie (na dnie morza Północnego) i w Ameryce Północnej (w Stanach Zjednoczonych, Zatoce Meksykańskiej, w Meksyku i w Kanadzie). Najwięcej wydobywa go Arabia Saudyjska, potem jest Rosja. Największą jego rezerwę ma Wenezuela aż 311 lat.
Skład ropy: w większości od 80 do 88% składa się z węgla, 11 do 14,5% wodoru, 0,01 do 6% (rzadko 8%) z siarki, 0,005 do 0,7% (rzadko 1,2%) tlenu oraz azotu od 0,001 do 1,8%. Zawiera jeszcze 50 innych pierwiastków. Pod względem związków 95% jego masy wchodzą węglowodory: parafinowe, naftowe oraz aromatyczne. Pozostałe związki: organiczne zawierające heteroatomy – asfalteny, żywice, różne związki siarki, azotu, tlenu; nieorganiczne: siarkowodór, woda, związki manganu, niklu i krzemu.
Właściwości fizyczne ropy: ciecz, ciemnobrunatna, gęstość ropy lekkiej to poniżej 900 kg/m3 oraz ciężkiej ponad 1000 kg/m3, nierozpuszczalna w wodzie, rozpuszcza się w rozpuszczalnikach organicznych, podczas spalania wydziela duże ilości ciepła, źle przewodzi prąd elektryczny. Właściwości chemiczne: ostry, charakterystyczny zapach, ciecz palna, jest toksyczna dla organizmu.
Ropa naftowa uzyskana po ekstrakcji nie ma praktycznego zastosowania. Aby otrzymać produkty o zastosowaniu przemysłowym, ropa musi zostać podzielona na odpowiednie frakcje (część mieszaniny, która jest oddzielana podczas procesu separacji). Stosując odpowiednią metodę fizyki, dzięki której jesteśmy w stanie uzyskać interesujący nas wynik. Po usunięciu zanieczyszczeń kolejnym krokiem jest usunięcie wody i rozpuszczonych w niej soli. W późniejszych etapach usuwane są organiczne związki azotu, siarki i metali ciężkich. Głównymi zanieczyszczeniami ropy naftowej są chlorek potasu, chlorek sodu i chlorek magnezu. Różne gatunki ropy naftowej zawierają różne rodzaje soli. Dodając demulgator ropy naftowej możemy przeprowadzić odsalanie. W tym procesie wymagane jest wstępne podgrzanie. W rezultacie ropa naftowa jest rozdzielana na roztwór soli i frakcję organiczną. W elektrodach zachodzi całkowita separacja faz. Warunkiem zajścia tego procesu jest podwyższone ciśnienie i temperatura.
Destylacja wykorzystuje fakt, że wrząca ciekła mieszanina wydziela parę o innym składzie niż ciekła mieszanina. Kondensacja pary uwolnionej z wrzącej cieczy daje szereg frakcji różniących się składem od cieczy destylowanej. Destylat jest bardziej czysty (lepsza separacja) i wykorzystuje proces wielokrotnej destylacji – rektyfikacji. Destylacja frakcyjna jest najszerzej stosowaną i najważniejszą metodą oczyszczania ropy naftowej. Ta metoda wykorzystuje różnicę w temperaturze wrzenia każdego składnika. W wyniku frakcjonowania ropy naftowej otrzymujemy frakcje. Każda część składa się z kilku organicznych składników o podobnych właściwościach. Podczas wstępnego oczyszczania, odwadniania i odsalania ropa naftowa musi zostać podgrzana w dedykowanych wymiennikach ciepła, a następnie podzielona na frakcje. Proces prowadzi się w kolumnie destylacyjnej pod ciśnieniem atmosferycznym. Pękanie następuje po frakcjonowaniu, czyli rozpadzie ciężkich frakcji drewna, ropy naftowej, węgla czy smoły węglowej. W wyniku tego procesu powstaje paliwo płynne (benzyna) oraz gaz krakowany. Temperatura, w której zachodzi proces krakingu to 400-6000°C. Jeżeli proces prowadzony jest na podwyższonym poziomie jest to kraking termiczny, a gdy proces prowadzony jest w obecności katalizatora to kraking katalityczny. Kraking oksydacyjny w obecności tlenu i hydrokraking w obecności wodoru. Cracking to bardzo popularny proces, który jest stosowany na dużą skalę na całym świecie.
Liczba oktanowa to wielkość określająca jakość benzyny (im wyższa liczba oktanowa, tym lepsza benzyna). Liczba oktanowa benzyny otrzymywanej bezpośrednio z destylacji ropy naftowej waha się od 50 do 76, benzyny do pirolizy – 90, reformowanej – około 100. Po dodaniu tetraetyloołowiu (w ten sposób powstaje etylen, używany jedynie jako paliwo – bardzo toksyczny) kolejnym po benzynie destylatem jest nafta, klarowna żółta ciecz o niebieskawym połysku i charakterystycznym zapachu. Wcześniej używany głównie do oświetlenia (lampy naftowe), obecnie jest używany jako paliwo do silników Diesla lub odrzutowych oraz jako surowiec do krakingu lub reformingu benzyny. Kolejną frakcją po nafcie jest lekki olej napędowy (olej solarny). Stosowany jest jako paliwo do silników Diesla – tańsze od benzyny, ponieważ nie wymaga obróbki chemicznej. Cięższe frakcje olejów (oleje smarujące) służą do smarowania urządzeń mechanicznych.
Polska ropa naftowa wydobywana jest z: Nowego Sącza, Gorlic, Bolesława, Krosna, Jasła i Kamienia Pomorskiego. Istnieją również złoża na Morzu Bałtyckim. W Karpatach ropa naftowa występuje w pobliżu miejscowości: Łodyna, Mokre, Osobnica, Wielopol. Niewielkie złoża ropy naftowej znajdują się na obszarach: Strachocina, Grabownica, Kryg-Lipinki. Ze względu na brak środków wydobycie ropy naftowej w Polsce nie rozwijało się normalnie. Mimo tych trudności poszukuje się nowych złóż. W 2003 r. w okolicach Międzychodu odkryto złoże (powierzchnia 6,2 km2, głębokość 3,2 km, zasób 10 mln ton). W ciągu dnia udało nam się zdobyć 150 ton oleju. Poszukiwanie złóż jest niezbędne do zapewnienia niezależności ekonomicznej. Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo pracuje nad poszukiwaniem nowych złóż ropy w Polsce. W latach 90. do Polski weszły zachodnie firmy poszukujące nowych złóż ropy i gazu (m.in. Meduza Oil & Gas, RWE-EDA, Eurogas Polska). Największy udział w polskim rynku mają Apache Corporation i FX Energy. Pierwsza spółka zajmuje się również poszukiwaniem i wierceniem w innych krajach (Egipt, Kanada, Australia, Chiny). Firma może pochwalić się odkryciami ropy naftowej w Tucholi i Verdzie. Oczekuje się, że nowo odkryte złoża w Polsce osiągną niezależność surowcową. Niedawno w Nieporęcie podczas nielegalnego wiercenia szybu naftowego aresztowano mężczyznę. Jak widać, złoża ropy i gazu w Polsce są bardzo powszechne. Złoża zostały niedawno odkryte w obwodzie kaliningradzkim poniżej Morza Bałtyckiego. Obecnie realizowany jest tam i planowany wkrótce wstępny program wierceń. Mimo protestów ekologów warto podjąć taką próbę. Oczywiste, jest to że w polskiej części Bałtyku znajdują się również złoża ropy naftowej.
Ropa naftowa to substancja, która w przypadku niekontrolowanego wycieku stanowi ogromne zagrożenie dla życia biologicznego. Szczególnie niebezpieczne są awarie tankowców. W przypadku uszkodzeń i wycieków ropy, zwierzęta i rośliny morskie są zagrożone. W historii było kilka takich katastrof, których skutki odczuwalne są do dziś. W rezultacie równowaga ekologiczna zostaje zniszczona.
Przykładem takiej tragedii jest katastrofa libijskiego tankowca Amoco Cadiz. Stało się to w marcu 1978 roku u wybrzeży Bretanii. Ponieważ ropa jest lżejsza od wody, pozostaje na morzu jako gigantyczna plama. Odcina dopływ powietrza do zwierząt wodnych: fok, uszatek i innych. Przykleił im pióra ptaków, zwłaszcza mew i skazał je na śmierć. Dziesięć lat po tragedii naukowcy twierdzą, że u zwierząt morskich zaobserwowano zmiany i mutacje. Rozmnażanie ryb jest zaburzone, ryby i ostrygi są skażone, a narządy rozrodcze flądry są nieprawidłowe. Długofalowe skutki zanieczyszczenia zbiorników wód ropą naftową są związane ze skutkami zawartych w ropie substancji żywych, które są szkodliwe dla zdrowia organizmów żywych. Po pewnym czasie plama olejowa samoistnie rozpadnie się na składniki, które nie są już szkodliwe. Zanim jednak to nastąpi, może spowodować ogromne szkody. W przypadku takiej tragedii rozwiązaniem jest jak najszybsze zebranie i przepompowanie rozlanego oleju. Odbywa się to przez rury nad wodą. Pożary szybów naftowych należą do największych i najniebezpieczniejszych pożarów. Niezapomniany pożar szybu naftowego na Saharze trwał prawie pół roku! Ze względu na swoje ogromne rozmiary nazywana jest diabelską zapalniczką. Słup ognia ma prawie 137 metrów wysokości. Pomarańczowo-czerwone płomienie można obserwować z odległości do 160 kilometrów. To jedno z nielicznych wydarzeń widzianych z kosmosu. Ogień obserwował przebywający w tym czasie na orbicie amerykański astronauta John Glenn. Akcja gaśnicza obejmowała instalację sprzętu w pobliżu odwiertu, w którym umieszczono dużą ilość materiałów wybuchowych. Ich eksplozja spowodowała ogromną falę uderzeniową, która zgasiła płomienie. Projekt instalacji trwał ponad 5 miesięcy. Wielu strażaków i robotników zginęło podczas pożaru. Pożary szybów naftowych do dziś mają problem z ich gaszeniem.
Podsumowując ropa naftowa odgrywa jedną z ważniejszych ról w naszym życiu. Dzięki niej mamy dziś mnóstwo udogodnień. Co gdyby ropa się skończyła? Tak, prosta matematyka pokazuje, że jeśli nie zostaną odkryte żadne nowe rezerwy ropy, a popyt pozostanie taki sam, będziemy mieli dość ropy do wykorzystania przez około 48 lat, czyli do 2067 roku. Ropa nie jest już stabilizującą gwarancją dla gospodarki ze względu na utratę stabilności cen i prognozę, że część złóż zbliża się do wyczerpania. Co jednak najważniejsze, branża motoryzacyjna będzie stopniowo i dynamiczniej przechodzić na napędy elektryczne.