Znane jest zapewne wszystkim pojęcie „skrzywienia zawodowego”. Ot, takiej (niegroźnej zwykle) skłonności osób na stałe zajmującej się danym tematem dostrzegania wszędzie nawiązań do swojej pracy. Co więcej, wiąże się to z pewnym szczególnym wyczuleniem na pojawiające się w przestrzeni publicznej błędne twierdzenia i przesądy.
Ponieważ zapewne i Was to w dużej mierze dotyka, to możecie sobie wyobrazić moje katusze, kiedy z czytam i słyszę w mediach o samochodach „na ropę” albo o tym, że „ropa” kosztuje już prawie tyle a tyle za litr (choć w tym ostatnim przypadku katusze są podwójne, bo także finansowe).
Powiedzmy to sobie raz na zawsze – nie ma silników „na ropę”. Nie i koniec. Nawet jeśli to już wiecie, to potraktujcie proszę niniejszy tekst jako materiał edukacyjny do rozpowszechniania wśród tych, którzy dalej będą używać tego nieszczęsnego określenia „ropa” na olej napędowy (a właściwie jego frakcja zwana potocznie „dieslem”, czy jak być powinno olejem Diesela).
Nie jest oczywiście tak, że ropa nie ma nic wspólnego z olejem napędowym. Owszem, olej napędowy wytwarza się z ropy, lecz on sam ropą nie jest. Ale zacznijmy od początku, czyli od ropy, a będąc precyzyjniejszym, od ropy naftowej.
[Nefronus, CC0, via Wikimedia Commons]
Ropa naftowa jest lepką cieczą o ciemnobrązowej barwie, która jest wydobywana ze złóż podziemnych. W niektórych rejonach świata (np. na Podkarpaciu) występuje na tyle płytko, że dochodzi do jej samoczynnych wypływów. Ale o występowaniu, wydobyciu i pochodzeniu ropy naftowej opowiemy sobie kiedy indziej. Na razie poprzestańmy o chemicznych właściwościach tej cennej cieczy.
Swoją brunatną barwę ropa naftowa zawdzięcza przede wszystkim różnym cząstkom stałym. Po przefiltrowaniu ropa jest już przejrzysta, choć dalej brązowo-pomarańczowa. Ma intensywną woń i jest palna, ale te fakty nie powinny nas dziwić, w końcu głównym składnikiem ropy naftowej są węglowodory. Podkreślmy to – głównym, ale nie jednym. W zależności od miejsca i sposobu wydobycia ropa naftowa zawiera do kilku procent wody, nieorganicznych soli, w tym siarczków, a także związki azotu.
Nas jednak najbardziej interesują węglowodory, których jest w ropie naftowej całe zatrzęsienie. Analizy wykazały, że liczba różnorodnych węglowodorów w ropie naftowej sięga tysięcy. Są to zarówno związki nasycone i nienasycone, aromatyczne i alifatyczne, cykliczne i rozgałęzione. Ich różnorodna struktura chemiczna wpływa oczywiście na ich właściwości fizyczne, w szczególności temperaturę wrzenia.
Ta właśnie właściwość jest podstawą do najważniejszego procesu związanego z przetwórstwem ropy naftowej, czyli jej destylacji, którą do światowego przemysłu wprowadził Ignacy Łukasiewicz. Ropa naftowa w stanie surowym nie jest za bardzo użyteczna (pierwotnie stosowano ją jako impregnat do drewna oraz smar), na przykład paląc się kopciła niemiłosiernie i nie dawała za dużo światła. Destylacja z kolei pozwala na rozdział ropy naftowej na bardziej użyteczne frakcje, które mają bardziej jednorodny skład i które różnią się temperaturą wrzenia.
[Public domain, via Wikimedia Commons]
Zróbmy więc teraz krótki przegląd podstawowych frakcji otrzymywanych z ropy naftowej. Pamiętajmy jednak, że przedstawiony poniżej podział jest umowny i w różnych krajach i różnych branżach przemysłu definicje mogą się nieco różnić (a co istotniejsze mogą pojawiać się różne alternatywne nazwy).
Kiedy zaczynamy ją ogrzewać to pierwsze odparowują najbardziej lotne związki – krótkołańcuchowe alkany i alkeny, głownie propan i butan. Związki wrzące w temperaturach między ok. 40°C a 170-180°C, to benzyna, czyli węglowodory alifatyczne o łańcuchach od 5 do 12 atomów węgla. Jej zastosowanie jest powszechnie znane – najpopularniejsze paliwo do spalinowych silników samochodowych. Kolejna frakcja to nafta (o temperaturze wrzenia między 180°C a 250°C i o węglowodorach z 12-15 atomami węgla). Dawniej (za sprawą Łukasiewicza) stosowana jako paliwo do lamp (naftowych), a dziś głównie wykorzystywana jako paliwo lotnicze do silników odrzutowych.
[Burger, Public domain, Wikimedia Commons]
Wyżej wrzące frakcje (o temperaturze wrzenia między 250°C a 350°C) to właśnie tytułowy olej napędowy. Składają się na niego już nie tylko związki alifatyczne, ale także jedno- i dwupierścieniowe związki aromatyczne. Jego lżejsza frakcja (ta o niższych temp. wrzenia) nazywana jest olejem Diesela, od nazwiska wynalazcy i konstruktora silników wysokoprężnych – Rudolfa Diesela.
Silniki wysokoprężne różnią się tym od silników benzynowych, że mieszanka paliwa z powietrzem, która jest wtłaczana do cylindrów silnika „wybucha” w wyniku samozapłonu przy silnym sprężeniu. Z kolei silnik benzynowy wymaga świec zapłonowych, czyli elementów inicjujących „wybuch” poprze iskrę elektryczną. Powyżej 300°C oddestylowuje się tzw. mazut, tzw. ciężki olej napędowy – paliwo do olbrzymich silników okrętowych.
[https://www.youtube.com/watch?v=T35ALtdjQig]
Ten sam olej Diesela może być też stosowany jako materiał opałowy (tzw. olej opałowy). Nieznacznie różni się on od oleju napędowego składem (wynikającym z nieco innej obróbki w rafinerii), ale w praktyce oba te paliwa mogą być swoimi zamiennikami. Problem w tym, że są one inaczej opodatkowane – olej opałowy w wielu krajach świata nie jest obłożony tak różnorodnymi podatkami jak napędowy. Stąd czasem słyszymy o „aferach”, gdzie ktoś handluje olejem Diesela nazywając go oficjalnie opałowym.
Frakcja ropy naftowej zbierana powyżej 350°C to tak zwane oleje smarne. Są one palne, ale mało użyteczne jako paliwo. Stąd, jak sama nazwa wskazuje, służą jako smary (lubrykanty). Związki o temperaturze wrzenia wyższej niż ok. 400-500°C to asfalty i bitumeny, stosowane w produkcji dróg, jako uszczelniacze w budownictwie itp.
Sama destylacja frakcyjna ropy naftowej to nie jedyny proces, któremu należy poddać ropę naftową aby uzyskać użyteczne dla nas związki. Zapewne zastanawiacie się, w jaki sposób ropa naftowa jest surowcem do produkcji polimerów (np. polietylenu). Ale o tym, pozwólcie, opowiem w przyszłym tygodniu 😉
Wojciech Smułek
12.06.2022