Przemysł petrochemiczny
Skład ropy naftowej i struktura węglowodorów
Ropa naftowa składa się głównie z węglowodorów, czyli cząsteczek zbudowanych z atomów wodoru i węgla. Węglowodory różnią się długością łańcucha, masą cząsteczkową i strukturą. Najprostszy z nich - metan - zawiera tylko jeden atom węgla i w warunkach standardowych występuje w postaci gazowej. Wraz ze wzrostem liczby atomów węgla powstają węglowodory ciekłe, a przy jeszcze większych masach cząsteczkowych - stałe. Ta różnorodność strukturalna umożliwia przekształcanie ropy naftowej w szeroki zakres produktów, takich jak butan, paliwo lotnicze, benzyna, olej napędowy, środki smarne oraz różne tworzywa sztuczne.
Ropa naftowa stanowi podstawowy surowiec dla przemysłu petrochemicznego. Zawarte w niej związki przetwarzane są na paliwa, rozpuszczalniki, oleje i polimery przy użyciu destylacji frakcyjnej oraz zaawansowanych procesów rafinacyjnych, takich jak kraking, reforming i hydrokraking.
Destylacja ropy naftowej na frakcje
Temperatura wrzenia węglowodorów zależy od długości ich łańcucha cząsteczkowego, co pozwala na rozdzielanie ropy naftowej na poszczególne frakcje poprzez destylację. W tym procesie ropa zostaje odparowana dzięki zmieszaniu z przegrzaną parą wodną, a następnie trafia do wysokiej kolumny destylacyjnej, w której u podstawy panuje temperatura około 600°C, a u szczytu około 20°C.
W miarę unoszenia się pary w kolumnie, jej składniki napotykają szeregi półek, na których skraplają się w miejscach odpowiadających ich punktom wrzenia. W ten sposób odzyskiwane są kolejne frakcje: gazy, benzyna, nafta, nafta lekka (naphtha), olej napędowy, olej opałowy oraz pozostałości ciężkie.
Dalsze przetwarzanie i konwersja frakcji
Nie wszystkie frakcje destylacyjne mają równą wartość handlową, dlatego stosuje się dodatkowe procesy konwersji. Najpowszechniejszym z nich jest kraking, polegający na rozbiciu dużych cząsteczek węglowodorów na mniejsze, bardziej lotne i łatwiej palne. Dzięki temu powstają lżejsze związki, szczególnie przydatne jako paliwa ze względu na lepsze właściwości zapłonowe i płynnościowe.
Oprócz tego stosuje się procesy unifikacji, które łączą mniejsze cząsteczki w większe, oraz alteracji, zmieniające strukturę cząsteczki bez zmiany liczby atomów.
Rodzaje krakingu w przemyśle rafineryjnym
Kraking realizowany jest kilkoma metodami, w zależności od oczekiwanych rezultatów. Kraking termiczny wykorzystuje bardzo wysoką temperaturę, a czasem również ciśnienie, do rozerwania wiązań chemicznych. Kraking parowy polega na rozcieńczaniu węglowodorów parą wodną i krótkotrwałym poddaniu ich działaniu ekstremalnie wysokiej temperatury. Kraking katalityczny odbywa się w reaktorze fluidalnym z udziałem katalizatora, w niższych temperaturach, co ułatwia reakcje chemiczne prowadzące do rozpadu cząsteczek.
Wprowadzenie wodoru do procesu katalitycznego daje początek hydrokrakingowi, który pozwala uzyskać wyższą wydajność i lepszą jakość produktów. Otrzymane mieszaniny często poddawane są dalszej destylacji w celu rozdzielenia ich na frakcje użytkowe.