Nafta i derivati

  • View
    158

  • Download
    2

Embed Size (px)

DESCRIPTION

pele pesic svetislav

Text of Nafta i derivati

  • Pogonski materijali motornih vozila i motora

    11

    I.2. NAFTA

    Potujui nae preokupacije primenom moemo samo konstatovati da je nafta sirovina i energent bez koga civilizacija ne moe. Simbioza izmeu pogonskih materijala na bazi nafte i motorne industrije je toliko vrsta da ni jedna druga tzv. alternativna vrsta goriva ili maziva nema ansu za iru primenu u blioj budunosti. Uobiajena primena nafte kod srednje razvijenih zemalja je pola u sirovinske, a pola u energetske svrhe. U razvijenim zemljama stalno raste sirovinski udeo. Posmatrajui naftu kao industrijski proizvod mogu se izvui zakljuci da sledi njeno iscrpljenje uz stalno pogoranje sadraja.

    Dnevno se prerauje do 70 miliona barela (1b=160 litara) nafte, sl 9. Potronja je neto vea od proizvodnje zato to rafinerije dodaju alkohole i druge termogene produkte u goriva. Za 2005.g. se predvia da e potronja u EU biti maksimalna i to oko 150 miliona tona benzina i oko 200 miliona tona dizela.

    SL. 9: SVETSKE REZERVE I POTRONJA NAFTE

    780

    10

    360

    28

    6

    32

    5

    19

    48

    OPEC SAD Ostali svet0

    200

    400

    600

    800

    1000

    Reze

    rve,

    m

    ilij ar

    di ba

    rela

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    Proizvod

    nja i

    potro

    nja, m

    ilion

    a b

    arela

    dn

    ev

    no

    ODNOSI U SVETURezerve Proizvodnja Potronja

    Drugu industrijsku revoluciju, zamenu uglja naftom, karakterisala je vladavina "sedam naftnih sestara" koje su zbog izvora nafte postavljale i ruile diktatore na neposlunim teritorijama. Danas su naftne kompanije vlasnice vrhunskih tehnolokih znanja i nosioci globalizacije u svim sferama, sl.10 (u tekuim integracijama ve su Total, Fina i Elf dospeli na etvrto mesto u svetu). Kada se napravi lista po finansijskoj moi svih zemalja u svetu (prva SAD, drugi Japan i td.) onda u prvih 100 treina pripada velikim kompanijama. Po broju zaposlenih najvea je firma GM (General Motors- oko 800.000, ali je na 47 mestu). Ona po profitu ne moe ni da se priblii naftnom i dolarskom dinu Ekson-Mobilu (sa 95.000

  • S. Veinovi, R. Pei, S. Petkovi

    12

    zaposlenih, koji je na 45 mestu). Amerika vlada ve sada stimulie uvoz nafte i skladiti je u stare buotine (planirajui da ona potroi zadnju kap nafte).

    SL. 10: NAJVEE NAFTNE KOMPANIJE

    165

    5034

    242

    14783

    39

    Ekson+Mobilel

    BP+Amokoevron+Texaco

    ENIELF

    Total+Petrofina

    Naftne kompanije

    0 50 100 150 200 250 300Obrt u milijardama dolara

    Jezera nafte su iznad vode koja lei na nepropusnom sloju od gline, kriljaca i dr. Iznad nafte je redovno gas. Da bi se shvatili visoki trokovi istraivanja novih nalazita evo par podataka o standardnoj opremi za buenje: instalisana snaga jedne platforme preko 2.000 kW, teina opreme preko 1.500 tona, a radna povrina preko 10.000 m2. Istraivanja i otkrivanja novih nalazita traju od 3 do 10 g. (trokovi 10 %); priprema za komercijalnu proizvodnju 2 do 4 g.(trokovi 50 %) i sam vek nalazita varira od 15 do 25 g. Svi plii izvori su ve iscrpljeni, a buotine sve dublje i sve skuplje, sl.11.

    SL. 11: DUBINE BUOTINA

  • Pogonski materijali motornih vozila i motora

    13

    Kao i svaki drugi sirovinski sadraj naeg okruenja tako je i poreklo nafte neodreeno. Na prirodno-tehnolokim fakultetima se raspravlja o neorganskom, organskom i meovitom poreklu nafte. Radi ilustracije navodimo poente tih hipoteza.

    Po neorganskoj pretpostavci nafta je nastala tokom formiranja zemljine kore u procesu njenog hlaenja. U zonama sa povoljnim fiziko-hemijskim uslovima (visok pritisak i visoke temperature), u prisustvu odabranih sirovina (vodene pare, karbida gvoa, vodonika i acetilena) i uz stimulativno dejstvo katalizatora nastala su jezera nafte.

    Po organskoj teoriji nafta je stvorena tokom tektonskih poremeaja u ranijim geolokim epohama koje su pramateriju (ostatke bujne flore i faune) pretvorile (pod povienim pritiscima i temperaturama i uz delovanje bakterija) u razliite ugljovodonike.

    Nafta (Petrol; Crude oil; Crude petroleum). Nafta je uljasta mineralna sirovina sloenog sastava od gasovitih, tenih i vrstih ugljovodonika razliite strukture, sl.12 i sa brojnim primesama, tabela 4.

    Tabela 4: Elementarni sastav tipine nafte (IUPAC-International Union of Pure and Applied Chemistry)

    Sastojci % Tip veza Ugljenik, C 82 87 Vodonik, H2 1014

    Alkani, alkeni, alkini, areni, aromati, olefini, smole, asfalteni

    Sumpor, S 0.17 Elementarni sumpor, sumporvodonik, merkaptani, organski sulfidi, polisulfidi i tiofenoli

    Kiseonik, O2 0.06 0.4 Naftenska kiselina, fenoli Azot, N2 0.01 2.2 Amini, piridini, hinolini, piroleni, indoleni Metali < 0.05 Si, Fe, Al, Mg, Ni, Na, W... SL. 12: UGLJOVODONICI U NAFTI (prema IUPAC i naftakoj terminologiji)

    Metan

    , CH

    4

    Etan

    , C2

    H6

    Prop

    an, C3

    H8

    Butan

    , C4

    H10

    Penta

    n,

    C5H1

    2

    Heks

    an, C6

    H14

    Hepta

    n,

    C7H1

    6

    Oktan

    ,C8H1

    8

    Nona

    n,C9

    H20

    Deka

    n,C1

    0H22

    Unde

    kan,

    C11H

    24

    Dode

    kan,

    C12H

    26

    Tride

    kan,

    C13H

    28

    Tetra

    deka

    n,C1

    4H30 :

    0

    100

    200

    300

    -100

    -200

    Tem

    pera

    ture

    oC ALKANI: GASNA FAZA

    TENA FAZA

    VRSTA FAZA

  • S. Veinovi, R. Pei, S. Petkovi

    14

    Parafini (ili alkani - po IUPAC). Alkani su zasieni ugljovodonici, Cn H2n+2, sa jednostrukim kovalentnim vezama izmeu atoma ugljenika. U naftakom argonu je naziv parafini po latinskoj sloenici parum/malo+affinis/srodan u smislu malo aktivan. Prva etiri C1C4 su gasovi (metan, etan, propan i butan); C5C12 su benzini; C10C22 su lako lo ulje i dizel; C20C35 maziva, a preko C35 vakuum ostatak (bitumeni ili asfalti). Temperatura kljuanja raste sa brojem molekula, oktanski broj opada, a cetanski raste. Linijski i jednostruko povezani molekuli su normalni parafini. Parafini imaju visoke cetanske brojeve i zato su osnova za dizel goriva. Vrlo slabo podnose niske temperature pa je neophodna sekundarna prerada "deparafinacija" za primenu kao baze za goriva i maziva. Oksidaciona stabilnost je dobra. Pod odreenim uslovima normalni parafini grade bone grane koje se oznaavaju sa prefiksom izo, tabela 5. Izomeri su hemijska jedinjenja iste molekulske formule ali razliitih fizikih i hemijskih osobina. Metan, etan i propan imaju samo linijsku strukturu. Butan ima "n" i "izo": normalni butan i izo-butan.

    Grubo govorei, kod normalnih parafina oktanske vrednosti su niske (nula n-heptan) do 90 oktana. Isti parafini kao izo imaju visoke oktanske vrednosti (2,2,4-trimetil pentan ili izo-oktan ima 100 jedinica), slika 13. Izoparafini imaju niske cetanske brojeve. Indeksi viskoznosti su za sve parafine osrednji.

    SL. 13: MOTORSKE KARAKTERISTIKE NAFTNIH GORIVA

    0 20 40 60 80 100Oktanski brojevi goriva

    0

    20

    40

    60

    80

    Ceta

    nsk

    i bro

    jevi g

    oriv

    a

    Jet "

    A-1"

    Dize

    l D1

    Dize

    l D2

    Jet "

    B" Benzini

    Alkilne grupe (u formulama se obeleavaju sa R) su delovi molekula alkana bez jednog atoma vodonika: metil grupa -CH3, etil grupa -C2H5 i td.

    Alkeni su nezasieni ugljovodonici kod kojih su najmanje dva atoma ugljenika povezana dvostrukom vezom (CnH2n): eten ili etilen C2H4; propen ili propilen C3H6; buten C4H8; penten C5H10, heksen C6H12 i td. U naftakom argonu imamo olefine=oleum/ulje+fieri/postati (po gasu olefinatu, to je drugo ime za eten) koji su lanani nezasieni ugljovodonici opte formule CnH2n. Kada imaju dve

  • Pogonski materijali motornih vozila i motora

    15

    dvogube nezasiene valencije zovu se dieni sa optom formulom CnH2n-2: propadien C3H4. Tako se imenuju i ostali diolefini. (U gorivima ih skoro nema, a za maziva su jako vani poli-alfa-olefini =PAO). Nafteni (cikloalkani - po IUPAC). Nafteni (ili cikloparafini) su zasieni ugljovodonici, opte molekulske formule CnH2n, sa prstenastim vezama izmeu atoma ugljenika. U nafti su pronaeni nafteni sa jednim prstenom i sa samo jednim atomom ugljenika u prstenu (primer, ciklopropan C3H6=3H2C). Kod pojave izomerizacije postoje boni nizovi i/ili smanjivanje broja ugljenika u prstenu. Na primer, izomer cikloheksanu C6H12=6CH2 je metil-ciklopentan C6H12=4CH2-CH-CH3. Njihova koliina raste pri frakcionom kljuanju iznad 150 oC. Nafteni imaju visok oktanski i nizak cetanski broj sl.14. Jako im se menja viskoznost sa temperaturom, ali podnose niske temperature.

    Tabela 5: Broj izomera ugljovodonika Atomi C4 C5 C6 C7 C8 C9 C12 C15 C26 C40

    Izomeri 2 3 5 9 18 35 355 4 347 36 795 588

    62 491 178 805 831

    L I N I J S K I C I K L I N I ZASIENI NEZASIENI JAKO

    NEZASIENI ZASIENI NEZASIENI JAKO

    NEZASIENI AROMATI

    Alkani Alkeni Alkini Cikloalkani Cikloalkeni Cikloalkini Areni PARAFINI OLEFIN ACETILENI CIKLO

    PARAFINI DIOLEFINI BENZENI BENZOL

    SL.14: TIPINI PREDSTAVNICI UGLJOVODONIKA U GORIVIMA

    Primeri: Etan C2H6 Etilen C2H4 Etin C2H2 Cikloparafini Benzol C6H6

    n- parafini izo- parafini

    Alkini su nezasieni ugljovodonici povezani trostrukom vezom izmeu atoma ugljenika CnH2n-2: etin ili acetilen C2H2; propin C3H4; butin C4H6; pentin C5H8, heksin C6H10 i td.

  • S. Veinovi, R. Pei, S. Petkovi

    16

    Aromati (areni po IUPAC). Areni su mnogobrojna ugljovodonina jedinjenja poznata po mirisu (grki aroma) i otrovnosti produkata sagorevanja. Aromati su nezasieni CnH2n-6 prstenasti ugljov