Przemysł paliwowy

Paliwa otrzymywane w wyniku przetwórstwa ropy naftowej mają kluczowe znaczenie dla wszystkich aspektów nowoczesnego społeczeństwa przemysłowego. Ropa naftowa jest niezbędna dla funkcjonowania wielu gałęzi przemysłu, a także pełni rolę niezwykle ważnego czynnika geopolitycznego. Podobnie jak gaz ziemny, należy do naturalnie występujących węglowodorów, których złoża występują w różnych miejscach na świecie. Surowce te przetwarzane są w rafineriach na różne produkty, takie jak:

a) Gaz płynny (LPG),

b) Paliwa silnikowe (benzyna, nafta, olej napędowy),

c) Oleje opałowe,

d) Asfalt drogowy i przemysłowy,

e) Surowce węglowodorowe do różnych syntez,

f) Koks naftowy,

g) Stałe węglowodory naftowe (np. parafina).

Dodatkowo, produkty przemysłu paliwowego pełnią rolę surowców do otrzymywania różnych produktów chemicznych, w tym farmaceutyków (parafina otrzymywana z ciężkich frakcji ropy naftowej wykorzystywana jako środek przeczyszczający), nawozów sztucznych (fenol stosowany do produkcji środków ochrony roślin), rozpuszczalników (benzyna ekstrakcyjna i aceton) oraz tworzyw sztucznych (poliolefiny).

Procesy przetwarzania ropy naftowej

Przemysłowo ponad 90% ropy naftowej przerabia się na benzynę, oleje i asfalt. Ogromne znaczenie w tym procesie ma roztwór wodorotlenku sodu, czyli ług sodowy. Służy on do usuwania zanieczyszczeń, takich jak związki siarki i dwutlenek węgla. Ich eliminacja jest kluczowym etapem procesu rafinacji ropy, koniecznym do spełnienia wymogów prawnych dotyczących zawartości tych związków. Ług sodowy stosowany jest także podczas rafinacji produktów końcowych otrzymanych po przeróbce ropy naftowej. Wyróżnia się kilka podstawowych procesów jej przetwarzania:

a) Destylacja – proces polegający na rozdzieleniu ropy naftowej na frakcje wrzące w różnych zakresach temperatur. Uzyskuje się w ten sposób kilka surowców, takich jak gaz suchy i mokry, benzyna, nafta, olej napędowy, mazut oraz gudron.

b) Kraking katalityczny – polega na rozkładzie ciężkich frakcji ropy naftowej na lżejsze pod wpływem katalizatora (głównie są to zeolity). W ten sposób otrzymuje się stosunkowo dużą ilość benzyny o wysokiej jakości.

c) Reforming katalityczny – opiera się na katalitycznym przetwarzaniu benzyny niskooktanowej na wysokooktanową w obecności katalizatora platynowego. Głównymi produktami reformingu są: wodór, gaz rafineryjny, LPG, izo- i n-butan.

d) Hydrokraking – polega na katalitycznej przeróbce ciężkich frakcji naftowych oraz mazutu i gudronu pod ciśnieniem wodoru na lżejsze paliwa. Otrzymuje się w ten sposób frakcje benzyny, nafty oraz oleju napędowego.

e) Piroliza – proces oparty na rozkładzie ciężkich frakcji ropy naftowej w obecności pary wodnej. Uzyskuje się w ten sposób popirolityczną benzynę, olej i smołę.

f) Alkilacja – polega na reakcji olefin z izobutanem, w wyniku czego powstają izoparafiny o wyższej masie cząsteczkowej i liczbie oktanowej. Proces ten obejmuje reakcje przeprowadzane w niskiej temperaturze i w obecności katalizatora. Najczęściej stosowanym katalizatorem jest kwas siarkowy. W Grupie PCC kwas siarkowy otrzymywany jest metodą kontaktową, co pozwala na uzyskanie jego bardzo wysokiej czystości. Tak uzyskany kwas siarkowy może być stosowany w procesach oczyszczania olejów, nafty, parafiny oraz osuszania gazów.

Rodzaje paliw

Paliwa można dzielić ze względu na ich pochodzenie (naturalne i sztuczne), wartość opałową (wysoko- i niskokaloryczne), a także ze względu na stan skupienia (ciekłe, gazowe i stałe). Każdy typ charakteryzuje się innymi właściwościami oraz zakresem zastosowań.

Paliwa ciekłe – benzyna

Do najważniejszych paliw ciekłych otrzymywanych z ropy naftowej należą: benzyna, nafta, oleje napędowe i opałowe. Benzyna to frakcja ropy naftowej, która wrze w temperaturze od około 40 do 200oC. Jest to paliwo stosowane głównie do napędzania silników o zapłonie iskrowym. Może także pełnić rolę rozpuszczalnika (np. benzyna ekstrakcyjna). Benzyna składa się głównie z węglowodorów alifatycznych, zawiera także pewne ilości węglowodorów aromatycznych i nienasyconych. Najważniejszymi właściwościami benzyny są: liczba oktanowa (czyli odporność na spalanie detonacyjne), zdolność do tworzenia mieszanek palnych, a także skłonność do tworzenia osadów żywicznych. Wyróżnia się kilka jej typów:

a) Benzyna ołowiowa – etylina. Stosowana była do połowy lat 80. Zawierała w sobie tetraetylek ołowiu, który podczas spalania w silniku prowadził do powstawania toksycznych tlenków ołowiu.

b) Benzyna 95 – tańsza odmiana benzyny bezołowiowej, której liczba oktanowa wynosi 95.

c) Benzyna 98 – droższa odmiana, o liczbie oktanowej 98.

Do tego, aby benzyna stała się produktem handlowym, niezbędne jest także wprowadzenie do jej składu szeregu dodatków, których zadaniem jest zapobieganie niekorzystnym i niepożądanym zjawiskom podczas magazynowania, eksploatacji i transportu paliwa.

Dodatki do benzyny

Do najważniejszych dodatków do benzyny należą inhibitory utleniania. Z racji tego, że benzyna jako produkt jest mieszaniną węglowodorów, to w trakcie magazynowania może ona ulegać procesowi utleniania. Doprowadza to tym samym do pogorszenia właściwości paliwa przez obniżenia jej liczby oktanowej. Zazwyczaj w skład inhibitorów utleniania wchodzą aminy aromatyczne i fenole.

Drugą grupą substancji dodatkowych są deaktywatory metali. Mają one za zadania wspieranie inhibitorów utleniania poprzez przeciwdziałanie katalitycznemu wpływowi metali na reakcje utleniania benzyny. Ich działanie polega na tworzeniu warstw ochronnych na powierzchni metali.

Niezbędnymi dodatkami są także związki dyspergująco-emulgujące, których zadaniem jest utrzymanie w dyspersji osadów i produktów korozji. Grupą produktową mogącą pełnić takie funkcje są ROKAmery. Produkty te należą do grupy niejonowych surfaktantów typu kopolimerów blokowych tlenku etylenu i propylenu. Cecha ta wyróżnia grupę ROKAmerów na tle innych surfaktantów niejonowych i determinuje ich właściwości antypienne.

Kolejną grupą dodatków są substancje smarne. Zapobiegają one szybkiemu zużywaniu się elementów pompy paliwowej, która wymaga odpowiedniego smarowania. Przykładami takich związków mogą być np. kwasy karboksylowe, estry czy też aminy. Woda z benzyny jest natomiast usuwana za pomocą deemulgatorów, dzięki czemu wydziela się jako oddzielna faza w zbiorniku. Jest to szczególnie ważne przy np. pompowaniu paliwa. W celu przeciwdziałania temu zjawisku stosuje się właśnie dodatki zwane deemulgatorami.

Większość instalacji w przemyśle naftowym wykonana jest ze stali, co w obecności wody może powodować ich korozję, a w rezultacie niebezpieczeństwo rozszczelnienia i wycieku. Dlatego w tym celu stosowane są inhibitory korozji. Oddziałują one z powierzchnią metalu, tworząc barierę ochronną, tym samym zapobiegając oddziaływaniu czynników korozyjnych. Zazwyczaj są to związki oparte na aminach, amidach czy też solach amoniowych.

Ostatnią, jednak nie mniej ważną, cechą współczesnych benzyn silnikowych jest ich zdolność do utrzymywania w czystości układu paliwowego (w szczególności układu dolotowego) oraz komór spalania silnika. Stosuje się w tym celu dodatki uszlachetniające zwane detergentami. Doskonale w tym celu sprawdzi się produkt Grupy PCC Petrotex DF30. Jest to żółta, oleista ciecz stosowana jako składnik kompozycji dyspergujących, a także emulgujących. Najważniejszą cechą tego produktu są jego zdolności myjące. Petrotex DF30 stosowany jest głównie jako detergent czyszczący zawory wlotowe i wylotowe cylindrów. W roli dodatku do przygotowywania środków czyszczących układ paliwowy doskonale sprawdzi się także Dodecylofenol. Jest to gęsta, lepka ciecz o żółtym zabarwieniu i fenolowym zapachu. Dodecylofenol stosowany jest do produkcji propoksylatów stanowiących syntetyczne komponenty pakietów dodatków do paliw.

Paliwa ciekłe – olej napędowy

Olej napędowy, to paliwo przeznaczone głównie do silników wysokoprężnych z zapłonem samoczynnym. Stanowi on mieszaninę węglowodorów parafinowych, naftalenowych i aromatycznych wydzielonych z ropy naftowej w procesach destylacyjnych. Jest to frakcja ropy naftowej wrząca w temperaturze 180-350°C. Najważniejszymi parametrami tego paliwa ciekłego są: lepkość (rozpylanie), odporność na samozapłon (liczba cetanowa) oraz temperatura krzepnięcia, a także zawartość siarki. Ze względu na to, że destylaty oleju napędowego posiadają dużą zawartość związków siarki, konieczne jest ich usuwanie poprzez hydrorafinację.

Dodatki do oleju napędowego

Obecnie stosowany olej napędowy wymaga stosowania różnych dodatków uszlachetniających. Większość z nich spełnia podobne funkcje jak te przeznaczone do benzyny. Kluczowym w przypadku oleju napędowego jest jednak stosowanie dodatków antypiennych, antyelektrostatycznych oraz modyfikatorów zwiększających liczbę cetanową.

Modyfikatory przeciwpienne mają za zadanie zapobieganie powstawaniu piany podczas przygotowania paliwa oraz napełniania zbiorników. Niektóre oleje napędowe mają także tendencję do pienienia się w trakcie pompowania, co zakłóca proces napełniania zbiornika, powodując wycieki. Doskonale w tym celu sprawdzą się produkty serii ROKamer. Są to środki antypienne, które mogą być wykorzystywane w bardzo szerokim zakresie temperatur. Dodatkowo ROKAmery charakteryzują się bardzo dobrymi właściwościami odtłuszczającymi i zdolnością do zmniejszania napięcia powierzchniowego pomiędzy cieczą a powietrzem. Poprawiają w ten sposób drenaż piany, powodując w efekcie jej redukcję.

Dodatki antyelektrostatyczne mają za zadanie zwiększenie przewodności elektrycznej oleju napędowego, tym samym zmniejszając zagrożenie pożarowe. Zazwyczaj w tym celu stosuje się kopolimery olefin i akrylonitrylu w połączeniu z poliaminami.

Kolejną grupą modyfikatorów są dodatki zwiększające liczbę cetanową. Ich zadaniem jest skrócenie czasu opóźnienia zapłonu i zwiększenia szybkości spalania. Najpopularniejszymi z nich są azotan 2-etylohaksylu (EHN) i nadtlenek di-tert-butylu (DTBP).

Ważna grupą dodatków są także markery. Ich rola polega na ułatwianiu identyfikacji rodzaju paliwa. W celu odróżnienia oleju napędowego od opałowego wprowadzane są związki azopochodne, które barwią paliwo na dany kolor. Ostatnio bardzo popularne stały się także dodatki zapachowe, które stosowane są tam, gdzie uciążliwy jest zapach oleju czy też benzyny. Rolę takich modyfikatorów zapachu mogą pełnić np. estry lub też terpeny.

Paliwa ciekłe – nafta

Nafta to paliwo stosowane w bardzo dużych ilościach głównie w lotnictwie do silników odrzutowych czy też turbośmigłowych. Wykorzystywana jest także jako rozpuszczalnik i składnik formulacji kosmetycznych. Z uwagi na to, że posiada niską liczbę oktanową i cetanową nie może być używana w silnikach o zapłonie iskrowym (silniki benzynowe), jak i samoczynnym (silniki Diesla). Nafta jest ciekłą frakcją ropy naftowej wrzącą w temperaturze około 170-250°C. Jej produkcja jest stosunkowo tania. Nafta powstaje głównie w procesie rektyfikacji ropy naftowej. Zazwyczaj do tego typu paliwa nie stosuje się dodatków i procesów uszlachetniających, takich jak w przypadku produkcji benzyny i oleju napędowego. Nafta jest również przerabiana na benzynę, a także inne produkty w procesach krakingu i reformingu.

Paliwa ciekłe – biodiesel

Biodiesel to odnawialna alternatywa dla ropopochodnego oleju napędowego. Jest on otrzymywany z olejów roślinnych lub też zwierzęcych. Pod nazwą biodiesel zazwyczaj kryją się czyste estry metylowe kwasów tłuszczowych lub ich estry etylowe kwasów tłuszczowych. Często biodieslem nazywa się także mieszanki paliwowe z olejem napędowym. Stosowane są w celu otrzymania paliwa zapewniającego lepsze warunki pracy silnika. Czysty biodiesel niekorzystnie wpływa na gumowe węże i przewody paliwowe. Dodatkowo, jego lepkość zmienia się znacznie podczas wzrostu temperatury, co może wymagać stosowania dodatkowej chłodnicy do biodiesla. Kolejną wadą tego paliwa jest wytrącanie się osadów w niskiej temperaturze, co powoduje zatykanie się filtrów i innych elementów silnika podczas eksploatacji w warunkach zimowych. Oczywiście biodiesel ma też szereg zalet. Przede wszystkim nie zatruwa on powietrza związkami siarki, jest biodegradowalny, nie zwiększa stężenia CO2 w atmosferze, a także jego produkcja pozwala na zagospodarowanie nieużytków rolnych.

Dodatki do biodiesla

Wysokiej jakości wielofunkcyjne dodatki do oleju napędowego pozwalają ograniczyć wiele problemów związanych z mieszankami biodiesla, takich jak korozja układu paliwowego, separacja wody i zwiększone pienienie paliwa. W tym celu stosuje się bardzo podobne modyfikatory jak te dodawane do olejów napędowych. Kluczową i często budzącą obawy kwestią używania biodiesla jest jego wpływ na czystość wtryskiwaczy oraz możliwość poważnego ich koksowania, a także zanieczyszczenia dysz. W tym celu stosuje się środki zwane dyspergatorami. Grupa PCC posiada w swojej ofercie serię ROKAcet, której produkty mogą pełnić rolę dyspergatorów. ROKAcety to środki ogólnego zastosowania, które z powodzeniem mogą być stosowane w różnych aplikacjach przemysłowych.

Mieszanie biodiesla z konwencjonalnymi olejami napędowymi może dodatkowo pogorszyć jego właściwości pieniące. Jest to szczególnie uciążliwe podczas np. napełniania zbiornika paliwa na stacji benzynowej. Aby zapobiec temu zjawisku, stosuje się dodatki antypienne do paliwa. Doskonale sprawdzą się w tej roli wspomniane wcześniej produkty serii ROKAmer.

0 Schowek