Niszczycielski Kraken

Kraken – gigantyczny potwór, czy raczej olbrzymia kałamarnica atakująca statki i wciągająca w morskie głębiny całe statki oplatając je swymi wężowatymi mackami. Choć zapewne wielu z Was kojarzy go tylko z serii filmów „Piraci z Karaibów”, to jednak on istniał naprawdę. To znaczy istniał, i to od wieków, w legendach i podaniach, ale nie w rzeczywistości (choć kto tam wie, co się kryje w mrocznych otchłaniach mórz).

Choć praktycznie wszystkie ludy parające się morskim rzemiosłem i żeglugą opowiadały sobie o potworach z morskich głębin, to imię Krakena pochodzi z krajów nordyckich, a stamtąd pojawił się także w Anglii, a poprzez dominację kultury anglosaskiej (w tym Hollywood) pojawił się w świadomości ludzi z całego świata.

Po tym wstępie pomyśleliście zapewne, że już zapomniałem, że ostatnio obiecałem napisać o przeróbce ropy naftowej. O nie, wcale nie zapomniałem, i zaraz Wam powiem, jaki to ma związek z Krakenem.

Otóż imię potwora wywodzi się od pragermańskiego czasownika *krakojan, oznaczającego „łamać, kruszyć, rozdzielać, otwierać”. Dało ono początek angielskiemu słowu crack, niemieckiemu krachen, czy holenderskiemu kraken. I w naszym języku mamy daleką pochodną, a mianowicie zapożyczony z niemieckiego krach (czyli załamanie, np. na giełdzie).

Z tego słowa, poprzez język angielski, powstało również słowo kraking. I tak możemy wrócić do obiecanego tematu przeróbki ropy naftowej, albowiem kraking to właśnie jeden z kluczowych procesów w tej dziedzinie.

Ostatnio opowiadaliśmy sobie o różnych frakcjach węglowodorów otrzymywanych w wyniku destylacji ropy naftowej. Najbardziej pożądane paliwa płynne to krótko- i średniołańcuchowe węglowodory alifatyczne. Jednak występują one tylko w ograniczonym zakresie. Pozostałe, cięższe frakcje mają swoje zastosowanie, ale zapotrzebowanie na paliwa, powoduje, że ilości paliw płynnych pozyskiwane bezpośrednio z ropy naftowej są niewystarczające.

To skłoniło petrochemików (czyli chemików specjalizujących się w ropie naftowej) do znalezienia sposobu, jak węglowodory o bardziej złożonej strukturze (np. związki aromatyczne lub długołańcuchowe alifatyczne) przekształcić w prostsze związki, które są komponentami paliw, np. benzyny. Zasadniczo chodzi więc o to jak te cząsteczki „pociąć” lub „połamać” (po angielsku crack!!!). Tak powstał kraking (ang. craking), który prowadzony jest w rafineriach na całym świecie.

Cały problem w tym procesie wynika z tego, że wiązania węgiel-węgiel w węglowodorach są bardzo trwałe i wymagają dużej energii do ich rozerwania. Wysoka energia wiąże się z koniecznością doprowadzenia tych związków do wysokich temperatur i ciśnień. Co więcej, taki proces musi być prowadzony w warunkach uniemożliwiających zajście innych reakcji, np. utleniania. A taki proces rozkładu związków chemicznych w podwyższonej temperaturze bez dostępu tlenu nazywamy pirolizą.

Pirolizę prowadzi się zazwyczaj w temperaturach od 400 do 1400°C. A jej produktami są bardzo małe cząsteczki etenu, propenu, czy nawet sam wodór. Akurat eten i propen nie są użyteczne jako paliwo, ale za to wykorzystywane w milionach ton jako surowiec do produkcji polimerów – polietylenu i polipropylenu. Jakkolwiek warto dodać, że odpowiednie pokierowanie pirolizą prowadzić może do uzyskania nieco większych cząsteczek, które mogą być składnikami benzyny.

Istotną cechą pirolizy jest to, że nie wymaga ona dodatku katalizatora (jak pamiętają stali Czytelnicy – to taki „przyspieszacz” reakcji zasadniczo niezużywający się w procesie).

Ale kraking to nie tylko piroliza, ale również szereg procesów opartych na katalizie. Dotyczy to przede wszystkim reakcji związków aromatycznych i innych nienasyconych węglowodorów. Posiadają one wiązania podwójne i potrójne między atomami węgla, których likwidacja jest konieczna do użycia tych związków jako składników paliw. Zasadniczo „usuwa” się je poprzez przyłączenie do tych wielokrotnych wiązań wodoru. Tę grupę reakcji nazywa się uwodornieniem, a rozróżnia się hydroreforming i hydrokraking. We wszystkich tych procesach katalizatorem są związki platyny, palladu ewentualnie wolframu oraz tlenek glinu(III).

Katalizatory zawierające nikiel, kobalt, miedź albo mangan są z kolei wykorzystywane w tzw. krakingu katalitycznym, w którym w odróżnieniu do reakcji uwodornienia nie wprowadza się wodoru do środowiska reakcji. Niemniej hydroreforming, hydrokraking i kraking katalityczny łączy to, że prowadzone są w temperaturze 250-600°C i pod ciśnieniem od kilku do kilkudziesięciu razy większym niż ciśnienie atmosferyczne.

Petrochemicy rozróżniają setki wariantów opisanych przeze mnie procesów. O ich wyborze decydują zarówno potrzeby (jakie dana rafineria ma zamówienia) oraz to jaki surowiec jest wykorzystywany. Trzeba Wam wiedzieć, że ropa naftowa ropie naftowej nierówna i w zależności od miejsca wydobycia może dość istotnie różnić się składem. To dlatego „przestawienie” się rafinerii z ropy wydobywanej w rosyjskiej Arktyce na np. ropę irańską to nie jest kwestia tylko przetransportowania ropy do rafinerii, ale także rekonfiguracja sposobu jej pracy.

Zarówno destylacja ropy naftowej jak i kraking wymagają specjalnie skonstruowanych aparatów, i aby proces był opłacalny musi być on prowadzony w dużej skali. Stąd aparaty te mają po kilka-kilkadziesiąt metrów wysokości i kilka metrów średnicy. To głównie je widzimy na zdjęciach z rafinerii ropy naftowej. A tak w ogóle, to czy ich masywne, potężne „cielska” oplecione wieńcem rur niczym macek ośmiornicy, nie przypominają Wam jakiś morskich potworów, jak tytułowy Kraken? Bo mi jak najbardziej… 😉

Wojciech Smułek

19.06.2022