chimica-online.it

Petrolio

Caratteristiche e proprietà del petrolio

Il petrolio è un liquido oleoso di densità compresa fra 0,82 e 0,95 g/cm3 e di colore più o meno scuro.

Sulla sua origine esistono molte teorie, e la più accettabile sembra essere quella che lo ritiene originato da fermentazioni anaerobiche di grandi accumuli di materiale biologico marino (principalmente plancton ed alghe).

Il petrolio è costituito da migliaia di specie chimiche organiche, per la gran parte idrocarburi, ed ha composizione assai variabile a seconda della provenienza: i petroli della Pennsylvania, ad esempio, contengono circa il 95% di idrocarburi, mentre quelli della California ne contengono circa il 50 % (il restante è essenzialmente costituito, in ambedue i casi, da composti organici contenenti oltre a C ed H anche S, O, N).

La natura e le quantità relative delle diverse specie chimiche variano da petrolio a petrolio, ma la composizione elementare media è abbastanza costante per tutti i petroli, e si aggira sull'85% C, 11% H ed il restante principalmente S, O, N.

La quasi totalità del petrolio estratto (98%) viene distillato per la produzione di carburanti, lubrificanti, combustibili, solventi; dal petrolio si ottengono inoltre, direttamente o indirettamente, un gran numero di altri prodotti destinati agli usi più svariati.

Oggi in tutto il mondo industrializzato si conducono ricerche per trovare fonti di energia alternative al petrolio, oltre che per ragioni economiche e per l'elevato tasso di inquinamento atmosferico causato dall'uso dei combustibili da esso derivati, perché ci si comincia a rendere conto che si sta sconsideratamente distruggendo la più grande fonte naturale di ricchezza a disposizione dell'uomo.

Il petrolio costituisce un enorme, ma non inesauribile deposito di prodotti chimici pregiati e andrebbe usato, come si è già accennato, essenzialmente come fonte di materie prime per la chimica secondaria e terziaria.

Lavorazione del petrolio

Il petrolio naturale dopo alcuni pretrattamenti, ad esempio per eliminare l'acqua con esso emulsionata, viene sottoposto a processi di distillazione continua in colonne a piatti (si veda: colonne di distillazione), a pressione circa atmosferica (topping).

Dalla sommità della colonna fuoriescono i prodotti più volatili, e le frazioni meno volatili vengono prelevate ad altezze decrescenti.

colonna di distillazione

Nella colonna di distillazione è possibile separare i componenti del petrolio

Dai dati disponibili sulla quantità di petrolio estratto nel mondo e sulle quantità dei prodotti di raffineria ottenuti, si può, approssimativamente, stimare che circa il 20% del greggio vada in benzina, 55% in gasolio e olio combustibile ed il restante, diminuito di circa il 6% per perdite di lavorazione e consumi interni di raffineria, è distribuito fra gli altri prodotti (si veda oltre).

La composizione delle benzine (potere calorifico circa costante attorno ai 44000 kJ/kg) è variabile a seconda del petrolio di provenienza, ma tutte sono costituite da paraffine e da piccole percentuali di idrocarburi insaturi ed aromatici; tutti questi idrocarburi contengono 5-10 atomi C.

I processi successivi al topping, destinati ad aumentare la resa in benzina del petrolio, consistono nella trasformazione in benzina (C5-C10) di frazioni più pesanti (C12-C30) mediante rottura delle molecole di queste ultime in molecole più piccole (cracking): tale rottura può ottenersi o con cracking termico o con cracking catalitico.

Il primo opera per lo più in fase mista (liquido/vapore) a temperatura dell'ordine dei 400°C, in presenza di idrogeno e a pressioni di alcune decine di atmosfere.

Il secondo opera in fase vapore, anch'esso in presenza di idrogeno, a temperature dell'ordine dei 450°C, a pressioni dell'ordine dell'atmosfera e in presenza di catalizzatori.

Con i processi di cracking si arriva a trasformare il 60% dei prodotti pesanti trattati in prodotti leggeri (benzine, idrocarburi gassosi).

Oltre ai processi di cracking, che aumentano la resa dei petroli in benzina, esistono i processi di reforming, destinati a migliorare le caratteristiche delle benzine stesse come carburanti.

Questi operano in fase gassosa, a temperature dell'ordine di 500°C e a pressioni di alcune decine di atmosfere in presenza di catalizzatori e provocano la trasformazione di una parte degli idrocarburi saturi, insaturi e naftenici in idrocarburi saturi a catena ramificata, idrocarburi, questi, che fanno aumentare il numero di ottano della benzina.

Durante il reforming, inoltre, vengono eliminate varie sostanze che sarebbero poi causa di corrosione nei motori (ad esempio composti solforati) e di formazione di gomme nei cilindri (idrocarburi insaturi).

Una benzina, oltre alla stabilità chimica, all'assenza di sostanze nocive per i motori e a soddisfacenti proprietà antidetonanti, deve anche possedere una opportuna volatilità.

Oltre alla benzina, tra i prodotti quantitativamente più importanti ottenuti dal petrolio ricordiamo:

  • il gasolio (per motori Diesel) per il quale si richiede ridotta volatilità ed elevato potere detonante;
  • i cheroseni per motori a reazione;
  • il gas liquido (GPL: propano e butano), ottenuto dal topping, dal cracking e dal reforming;
  • gli asfalti (idrocarburi e composti eterociclici con pesi molecolari 500-5000) ottenuti come residui del topping e di altri processi di conversione;
  • gli oli lubrificanti, preparati dalle frazioni pesanti del topping per distillazione sotto vuoto o per estrazione con solventi, costituiti da idrocarburi con pesi molecolari compresi fra 250 (oli a bassa viscosità) e 1000 (oli ad alta viscosità). Per addizione di oli lubrificanti a particolari saponi di sodio, di calcio, di alluminio, preparati da acidi grassi animali e vegetali vengono poi ottenuti i grassi lubrificanti.

Studia con noi