sveuČiliŠte josipa jurja strossmayera u osijekumdjumic/uploads/diplomski/men04.pdf · goriva...
TRANSCRIPT
SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU ODJEL ZA FIZIKU
VEDRAN MENĐUŠIĆ
DERIVATI NAFTE
DIPLOMSKI RAD
Osijek, 2012
1
SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU ODJEL ZA FIZIKU
VEDRAN MENĐUŠIĆ
DERIVATI NAFTE
DIPLOMSKI RAD
predložen Odjelu za fiziku Sveučilišta J. J. Strossmayera u Osijeku radi stjecanja
zvanja profesora fizike i tehničke kulture s informatikom
Osijek, 2012
2
Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku Diplomski rad Odjel za fiziku
DERIVATI NAFTE
VEDRAN MENĐUŠIĆ
Sažetak Kroz ovaj radi istražio sam i opisao osnovne procese prerade nafte kojima nastaju pojedini derivati te njihova fizikalna i kemijska svojstva. (37 stranica, 6 slika, 2 tablice, 9 literaturnih navoda) Rad je pohranjen u knjižnici Odjela za fiziku Ključne riječi: nafta, cracking, rafinerija, goriva, derivati Mentor: doc.dr.sc. Milan Čačić Ocjenjivači: doc.dr.sc. Josip Brana, doc.dr.sc. Denis Stanić Rad prihvaćen:
3
J. J. Strossmayer University in Osijek Bachelor of Science Thesis Department of Physics
OIL DERIVATES
Vedran Menđušić
Abstract In this project I researched and described the basic processes of oil processing through which certain derivatives are produced, as well as their physical and chemical properties. ( 37 pages, 6 figures 2 tables, 9 references) Thesis deposited in Department of Physics library Keywords: petroleum, cracking, refineries, fuel derivatives Supervisor: prof.dr.sc. Milan Čačić Reviewers: doc.dr.sc. Josip Brana, doc.dr.sc. Denis Stanić Thesis accepted:
4
SADRŽAJ
1. UVOD............................................................................................................................................................6 2. OPĆENITO O GORIVIMA.........................................................................................................................7
2.1. Definicija goriva i osnovna podjela..............................................................................................7 2.2. Tekuća goriva................................................................................................................................9
3. POVIJEST NAFTE......................................................................................................................................10 4. POSTANAK NAFTE...................................................................................................................................11 5. NALAZIŠTA NAFTE..................................................................................................................................12
5.1 Istraživanje nafte...........................................................................................................................12 5.2 Vađenje nafte................................................................................................................................13
6. FIZIKALNA SVOJSTVA ..........................................................................................................................15 6.1. Gustoća........................................................................................................................................15 6.2. Isparljivost...................................................................................................................................15 6.3. Temperatura paljenja...................................................................................................................16 6.4. Viskoznost...................................................................................................................................16
7. KEMIJSKI SASTAV NAFTE....................................................................................................................17 7.1. Ugljikovodici...............................................................................................................................17
7.1.1 Parafinski ugljikovodici (alkani) ...............................................................................17 7.1.2. Naftenski ugljikovodici (cikloparafini).....................................................................18 7.1.3. Aromatski ugljikovodici...........................................................................................19
7.2. Sumporni spojevi nafte................................................................................................................19 7.3. Dušikovi spojevi nafte.................................................................................................................19 7.4. Kisikovi spojevi nafte..................................................................................................................19
8. PRERADA NAFTE......................................................................................................................................20 8.1. Frakcijska destilacija...................................................................................................................21 8.2. Krekiranje....................................................................................................................................22 8.3. Polimerizacija..............................................................................................................................23 8.4. Rafinacija....................................................................................................................................24
9. PODJELA RAFINERIJA PREMA TIPOVIMA......................................................................................25 9.1. Hydroskimming-rafinerija...........................................................................................................25 9.2. Rafinerija s katalitičkim krekingom............................................................................................27 9.3. Rafinerija za duboku konverziju (katalitički kreking) .............................................................28 9.4. Rafinerija za duboku konverziju (hidrokreking-koking) ...........................................................29
10.PROIZVODI PRERADE NAFTE............................................................................................................30 10.1. Benzin.......................................................................................................................................30
10.1.1 Motorni benzin.........................................................................................................31 10.2 Destilat i mlazna goriva..............................................................................................................31 10.3 Diesel goriva..............................................................................................................................32 10.4 Mineralna goriva ulja i masti......................................................................................................32 10.5. Ostalo.........................................................................................................................................33
10.5.1. Parafin.....................................................................................................................33 10.5.2. Bitumen..................................................................................................................33 10.5.3. Ulje za loženje.........................................................................................................33 10.5.4 Koks.........................................................................................................................34
11. ZAKLJUČAK.............................................................................................................................................35 12. LITERATURA...........................................................................................................................................36 13. ŽIVOTOPIS...............................................................................................................................................37
5
Ovaj diplomski rad je izrađen u Osijeku pod vodstvom prof. Dr. Sc. Milana Čačića u sklopu Sveučilišnog diplomskog studija fizike i tehničke kulture s informatikom na Odjelu za fiziku Sveučilišta Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku.
Vedran Menđušić
6
1. UVOD
U ovom diplomskom radu pobliže ćemo se upoznati sa naftom, fizikalno-kemijskim
svojstvima i metodama klasifikacije i karakterizacije nafte i naftnih proizvoda, te načinima
rafiniranja nafte.
Petrokemijska industrija odnosno industrija nafte (kod nas INA) je dio nacionalne ekonomije svake
zemlje. Riječ ekonomija (grč.) u doslovnom značenju je upravljanje kućom, a inače znači
gospodarstvo i razumno iskorištavanje dobara i znanja. Različiti dijelovi ekonomije povezani su
međusobno na složen način. Međuovisnost se može jasnije vidjeti ako se ekonomija podijeli u
specifične privredne grane ili sektore. Većina današnje kemijske industrije i industrije općenito
bazira se na nafti i naftnim proizvodima. Nafta je neizostavni dio današnjeg života, trenutno ona
pokreće svijet. Otkrićem nafte nastao je ekonomski i znanstveni „bum“, ona je olakšala i ubrzala
razvoj prometa i prijenos dobara. Omogućila je da čovjek ode u svemir, no ipak iako nam je donijela
brzi napredak u nekim dijelovima svijeta ona je postala prokletstvo. Ne možemo zamisliti život bez
nafte, jer ekonomska ovisnost o njoj je prevelika. Stoga u ovoj radnji nastojat ću pojasniti osnovne
procese prilikom prerade nafte, njena fizička i kemijska svojstva, te proizvode koji nastaju.
7
2. OPĆENITO O GORIVIMA
2.1. Definicija goriva i osnovna podjela
Goriva su tvari koje procesom izgaranja stvaraju toplinu iskoristivu u praksi. Klasična definicija
goriva je da su to tvari koje oksidacijom kisika daju toplinsku energiju.
Izgaranje jeste egzotermno spajanje dviju tvari pri povišenoj temperaturi od kojih je jedna kisik.
Gorive tvari prilikom zapaljenja pod utjecajem kisika stvaraju plamen ili žar i prelaze u plinovite
spojeve i nesagorive ostatke.
Važniji sastojci unutar goriva su ugljik i vodik, iako većina goriva sadrže još gorivih tvari. Od
velikog broja gorivih tvari gorivom se smatra samo ona tvar koja omogućava iskorištavanje topline.
Gorivo mora ispuniti sljedeće uvjete: Mora nastati visoka temperatura nužna za raspon oslobođene
topline, mora biti raspoloživo u većim količinama, lako pristupačno i jeftino. Gorivo mora biti
stabilno zbog transporta i uskladištenja. Točka zapaljenja ne smije biti previsoka .
Goriva dijelimo prema porijeklu (prirodna i umjetna) i prema agregatnom stanju (kruta,
tekuća i plinovita).
Gorivo je smjesa složenih kemijskih organskih spojeva ugljika, vodika, dušika i sumpora.
Gorivo se sastoji od gorivog dijela (izgorivi sastojci) i balasta (neizgorivi sastojci). Gorive tvari su
ugljik, vodik i djelomično sumpor, praćeni kisikom koji ne gori, ali omogućava izgaranje.
Nesagorive tvari su vlaga i mineralne tvari (pepeo) naročito izražen kod krutog goriva, manje kod
tekućeg, te minimalno kod plinovitog goriva. Plinovita goriva kao nesagorivu tvar sadrže vodenu
paru i sastojke ugljičnog dioksida i dušika. Udio gorive tvari i balasta prikazuje se u postotnom
odnosu.
Podjela goriva prema udjelu tri glavna sastojka ugljik, vodik i kisik
Umjetna goriva dobivena suhom destilacijom (koks, polukoks i umjetni ugljen) sadrže veliku
količinu ugljika. Sva tekuća goriva i masni plinovi najveći udio imaju u ugljikovodiku, a ugljen
treset i alkohol sastoje se najvećim dijelom od ugljika, vodika i kisika.
Ugljik je jedan od osnovnih elemenata u sastavu goriva. Prilikom izgaranja, ugljik se veže s
kisikom i daje znatne količine toplinske energije. Izgaranje ugljika može biti potpuno(ugljični
dioksid) i nepotpuno (ugljični monoksid). Pri potpunoj oksidaciji jedan atom ugljika veže se sa
molekulom kisika i oslobađa se 34080 kJ/kg, dok kod nepotpune 2 atoma ugljika vežu se sa jednom
molekulom kisika i oslobađa se 10216 kJ/kg. U gorivu se ugljik nalazi u spojevima zajedno sa
8
vodikom, kisikom, dušikom i sumporom. Količina ugljika u gorivu određuje kvalitetu goriva ako
ima više ugljika tada ta goriva izgaraju s malim plamenom ili čak bez plamena. Kod izgaranja,
složeni se spojevi raspadaju i oslobađaju ugljik. Ukoliko se izgaranje odvija uz dovoljnu količinu
zraka, ugljik izgara u ugljični dioksid. U slučaju manjka zraka ili hlađenja nastalih plinova, ugljen
odlazi neizgoren sa ostalim plinovima (dim i čađa). Ugljik ima veliki značaj kod kemijske obrade
goriva kao osnova niza organskih goriva.
Vodik uz ugljik čini osnovni sastav gorive tvari svakog goriva. Prilikom izgaranja vodik se
spaja s kisikom što rezultira različitim količinama oslobođene energije (od 120.161 kJ/kg do
142.770 kJ/kg) ovisno o agregatnom stanju nastalog produkta. Vodik u gorivu može biti slobodan,
vezan u spoj ugljikovodika ili vode. Kod krutih goriva sadržaj vodika je 5 do 6%. Tekuća goriva
imaju vrlo mali sadržaj vezanog vodika. Količina ukupnog vodika kod tekućih goriva iznosi od 8 do
12 %, što je 1,5 do 2 puta više nego kod krutih goriva. Vodik iz goriva istjeruje plinove i pospješuje
izlučivanje smolastih hlapivih tvari koje daju čađavi plamen. Dužina plamena je to veća što je više
vodika u gorivu. O sadržaju vodika ovisi postojanost goriva kod viših temperatura, intenzitet
izgaranja i stvaranje plamena uopće.
Dušik se nalazi u malim količinama od 0,7 do 1,3 %, kao ostatak proteinske tvari biljnog i
životinjskog porijekla. Dušik se oslobađa u elementarnom stanju, ne izgara i ne daje toplinu već
djeluje kao inertni sastojak. Negativno djeluje na aktivnost elementa s kojima je u spoju te smanjuje
ogrjevnu vrijednost spoja.
Sumpor je neželjeni dio u gorivima, djeluje korozivno – kod dimnih plinova stvaraju se
kisele kiše. Veći dio sumpora ne generira toplinu, te se smatra balastom. Udio sumpora u krutim
gorivima je od 2.5 do 12%, dok se u tekućim nalazi u vrlo malim količinama. Sumpor može biti
vezan za organsku tvar, ali i u spoju s metalima - piritni i sulfidni sumporni spojevi. Oni su gorivi
dio sumpora dok sulfat ostaje u pepelu. U organskim spojevima sumpor je slabije vezan, te se
oslobađa uslijed visoke temperature izgaranja. U nafti je sumpor najčešće prisutan kao
sumporovodik, elementarni sumpor ili u formi merkaptana, disulfida i sulfida.
Vlaga je isto neželjeni oblik u gorivima smanjuje toplinsku moć, prilikom izgaranja troši se
toplinska energija na isparavanje. Vlaga može biti i kod krutih, tekućih i plinovitih goriva. Vlaga
kod kapljevitih goriva u nafti može biti u otopljenom stanju ili u emulziji, za rastvaranje potrebno je
njeno zagrijavanje.
9
2.2. Tekuća goriva
Tekuća goriva dobivaju se frakcijskom destilacijom iz SIROVOG ZEMNOG ULJA - nafte.
Sirova zemna ulja po svom sastavu su nehomogene smjese aromatskih, parafinskih i naftenskih
ugljikovodika. Postoji veliki broj različitih vrsta zemnih ulja, pa udio samog parafina, naftena i
aromata iz susjednih nalazišta nisu potpuno jednaki.
Parafinska sirova zemna ulja bogata su ravnim i razgrananim parafinima (alkanima), imaju visoke
vrijednosti specifične težine prema oAPI gradaciji, a niske vrijednosti gustoće i viskoziteta te sadrže
dosta benzina.
Sirova zemna ulja naftenske baze sastoje se uglavnom od naftena (karbociklički spojevi, npr.
cikloalkani), imaju niske vrijednosti specifične težine prema oAPI gradaciji, višu gustoću i viskozitet
nego ulja parafinske baze, a sadrže i druge tvari (npr. metale kao što su nikal, željezo, vanadij i
arsen) te heteroatome (sumpor, dušik, kisik, itd.).
Nadalje se sirova ulja s obzirom na relativnu gustoću mogu podijeliti na laka (< 0,82), srednja (0,82-
0,97) i teška (> 0,97). Relativna gustoća se iskazuje kao omjer gustoće sirovog ulja pri nekoj
temperaturi i gustoće vode, najčešće pri 15°C. Ulja parafinske baze često se klasificiraju kao "laka"
ulja, dok se ulja s aromatskom bazom klasificiraju kao "teška" ulja, mada to uvijek i nije slučaj.
RAZDVAJANJE NAFTE PO FRAKCIJAMA TEMPERATURA VRENJA
sirovi benzin od 50 - 200 °C
petrolej (kerozin) 150 (170) - 300 (280) °C
diesel gorivo 200 - 350 (400) °C
maziva ulja 350 - 480 °C
cilindarska ulja 480 - 600 °C
bitumen - ostatak
Lagana i srednje teška nafta 10 - 40 % benzin
Kod nafte koja ima malu vrijednost ulja kao maziva destilira se samo do 350 °C, a ostatak je mazut
(lož ulje). Iznad 400 °C nastupa cracking (eng. crack - cijepati, razbiti).
10
3. POVIJEST NAFTE
Nafta je prirodna zapaljiva tekućina koja se sastoji od kompleksne smjese ugljikovodika
različitih molekularnih masa i drugih organskih spojeva. Nalazi se u geološkim formacijama ispod
zemljine površine.
Izraz "nafta" prvi put je korišten u raspravi „De Natura Fossilium“, objavljen 1546. od strane
njemačkog mineralog Georg Bauera, također poznat kao Georgius Agricola. No prema nekim
podacima nafta potječe iz korijena riječi nafata što u prijevodu na perzijskom jeziku znači znojiti se.
Čovječanstvu je nafta poznata od davnina, kao fosilno gorivo koristila se u različite svrhe: za
impregnaciju zidova, kao sredstvo za brtvljenje brodova, za balzamiranje, za rasvjetu, u medicini
itd. No pravo značenje dobiva tek 1859.god. kada je Amerikanac E. L. Drake u Pennsylvanji
izbušio prvu bušotinu, to je početak industrijske proizvodnje. Prva velika rafinerija otvorena je u
Rumunjskoj, točnije u Ploiesti 1856. god. U to se doba koristila isključivo za dobivanje petroleja i
kao mast za podmazivanje ( kolomast ). Najveći svjetski kompleks rafinerija je "Centro de
Refinación de Paraguaná" u Venezueli čiji kapacitet iznosi 956,000 barela na dan. Tek naglim
razvitkom automobilske industrije i sve većom potražnjom za naftom, počinju se razvijati
tehnologije dobivanja goriva iz nafte, odnosno tehnologije rafiniranja.
11
4. POSTANAK NAFTE
O postanku nafte postoji više teorija. Međutim, sve one mogu se svrstati u dvije grupe. Prva
grupa obuhvaća teorije koje pretpostavljaju da je nafta anorganskog porijekla, a druga da je nafta
organskog porijekla.
Najznačajniji znanstvenici koji zastupaju anorgansku teoriju jesu Bere-belot i Mendeljejev.
Prema njihovim teorijama, koje danas imaju samo povijesno značenje, nafta je nastala od etikia
(acetilena) koji je dobiven djelovanjem vruće vode i razrijeđenih kiselina na karbide. Sve te reakcije
odvijale su se duboko u utrobi Zemlje. U prisutnosti nekih tvari koje su služile kao katalizatori pri
visokim temperaturama i tlakovima etilen se spajao u više ugljikovodike od kojih se sastoji nafta.
Prema organskoj teoriji, čiji je najznačajniji zastupnik Engler, nafta je nastala od ostataka živih
organizama, tj. biljaka i životinja.
Slika 1. Istaložen organski materijal
Živi organizmi od kojih je nastala nafta obitavali su u morima i jezerima. To su bile alge,
planktoni i ostali sitni životinjski svijet. Ta bića su ugibala i padala na dno mora i jezera. Rijeke koje
u njih utječu donosile su sa sobom mulj i pijesak i taložile ga na uginule organizme. Kako je rasla
debljina taloga od mulja i pijeska, tako je rastao i tlak. Budući da nije bilo zraka, nije se mogao
odvijati proces raspadanja uginulih organizama. Međutim, zbog utjecaja anaerobnih bakterija taj se
organska materijal (ugljikohidrati, proteini) razgrađivao u tvari iz kojih kemijskim procesima
nastaju nafta i plin.
Dokaz da je nafta organskog porijekla jest njena optička aktivnost, tj. zakretanje ravnine
polarizacije linearno polariziranog svjetla. Konačno, postoji mnogo dokaza da naftni ugljikovodici
mogu nastati na različite načine od organske materije. Prirodni procesi nastanka nafte, međutim, još
12
uvijek ostaju tajna prirode. Glavna značajka teorije o organskom porijeklu nafte je ta, što se
postanak nafte vezuje uz prirodne čimbenike formiranja nafte.
Nafta i plin nisu nastali na mjestu gdje ih danas nalazimo, nego znatno dublje. Suprotno
popularnom vjerovanju, nafta i plin ne nalaze se u jezerima i rijekama ispod površine zemlje, već se
pojavljuju kao kapljevita faza koja ispunjava porne prostore u sedimentnoj stijeni u ležištima
potisnuli su vodu koja se u (njima prethodno nalazila.) U gornjem dijelu ležišta nalazimo plin, u
srednjem naftu a u donjem vodu, što odgovara njihovim gustoćama. Prijelaz nafte i plina od mjesta
njihova postanka do ležišta zove se migracija.
5. NALAZIŠTE NAFTE
Lokacije današnjih ležišta nafte nalaze se na mjestima gdje su nekada mora poplavila
kontinente (Panonska nizina, Teksas, Sibir), na poplavljenim dijelovima kontinenata ,uz obale
današnjih mora (Irak, Ujedinjeni Arapski Emirati, Kuvajt, Libija, Alžir itd.) kao i ispod današnjih
mora (Sjeverno more, Kaspijsko more, Atlantski i Tihi ocean).
5.1 Istraživanje nafte
Nafta i plin istražuju se preko osnovno geološkog istraživanja to istraživanje obuhvaća
provjeru građe dubljih dijelova zemljine kore i provjeru bušenjem.
Temeljem rezultata u slučaju pronalaska nafte u drugoj fazi istraživanja utvrđuju se njihove rezerve.
Nakon toga počinju radovi na crpljenju nafte. Geološko istraživanje obuhvaća proučavanje izdanaka
stijena određuje se porijeklo, sastav, geološku starost i fizikalna svojstva, položaj vidljivih slojeva,
označuju se rasjedi i rasjedne zone.
Geofizička istraživanja na temelju rasporeda geomagnetskih sila ili pomoću praćenja širenja
potresnih ili geoelektričnih valova koji se u različitim stijenama šire različito, omogućuju
utvrđivanje vrsta stijena i njihovog položaja. To omogućuje određivanje strukture pokrivenih
dijelova zemljišta, što se najčešće provjerava dubokim bušenjem. Udaljenost nafte od površine mjeri
se seizmografom. Zbog razlika tlakova dolazi do izviranja nafte na površinu.
Ako se nafta ili plin pronađu, istražna bušotina često može poslužiti kao eksploatacijska bušotina.
13
5.2 Vađenje nafte
Nafta se u ležištu nalazi pod određenim tlakom koji je u većini slučajeva dovoljan da naftu
istjera u bušotinu, a kroz nju i na površinu zemlje. Nafta prodire na površinu tako dugo dok je tlak u
ležištu dovoljno visok. U tom slučaju kažemo da naftu dobivamo prirodnom erupcijom. Međutim,
crpljenjem ležišta tlak u ležištu opada, pa se smanjuje dotok nafte na površinu. Da bi se i preostala
nafta iz ležišta (10 do 85 %) dopremila na površinu u bušotine se ugrađuju sisaljke ili se utiskuje
plin CO2 pod visokim tlakom. Time se iz postojećeg ležišta sekundarnim i tercijarnim metodama
eksploatacije, povećava iscrpak nafte.
Postoji tri faze eksploatacije nafte iz bušotina:
a) Primarna - kada nafta sama izlazi na površinu zbog pritiska u ležištu - može se izvaditi
oko 20 % ukupne količine nafte iz ležišta
b) Sekundarna - povećanje pritiska koji izbacuje naftu, injektiranjem vode ili plina - može
se izvaditi oko 10-15 % ukupne količine nafte iz ležišta
c) Tercijarna - smanjenje viskoziteta injektiranjem kemikalija ili pare u bušotinu - može se
izvaditi 5-15 % ukupne količine nafte iz ležišta
Ukupan postotak ekstrakcije nafte iz bušotina je 35-50 %.
Nafta koja se crpi iz ležišta sakuplja se na površini u tzv. sabirnoj stanici koja se sastoji od
separatora i spremnika. U separatorima se odvaja tekuća faza od plinske. Plinska faza se može
ponovno pomoću kompresora ubrizgati u bušotinu da bi se povećao tlak ili se plinovodom otprema
do potrošača kao zemni plin.
Tekuća faza (nafta i voda), ovisno o sadržaju vode, odvodi se u postrojenje za
odvodnjavanje. U tom postrojenju tekuća se faza zagrijava (60 do 90 °C) i dodaje se sredstvo za
razbijanje emulzije (deemulgator). Nakon toga tekuća faza se odvodi u spremnike u kojima se voda
stajanjem odvaja i ispušta. Ti spremnici mogu imati volumen do nekoliko desetaka tisuća kubičnih
metara. Iz spremnika se uzima nafta za analizu. Budući da kvaliteta nafte može biti različita, uzorak
se uzima s dna, sa sredine i s vrha spremnika. Na taj se način dobije prosječan uzorak. U tako
dobivenom uzorku određuje se maseni udio vode i sedimenata (sol, mulj i pijesak) u nafti, kao i
gustoća nafte. Ove analize su potrebne radi prodaje nafte, jer se prilikom prodaje nafte od ukupne
mase nafte oduzima masa vode i sedimenata
14
Slika 2. Naftno ležište
15
6. FIZIKALNA SVOJSTVA
6.1 Standardni uvjeti
Standardni uvjeti u naftnoj industriji prema SI pri atmosferskim uvjetima na razini mora i na
geografskoj širini 45o:
a) standardna temperatura, t0=15 oC;
b) standardni tlak, p0=1,013250 bar.
Standardni tlak odgovara tlaku stupca žive visine h=760 mm i gustoće r=13595,1 kg/m3 pri
normiranom ubrzanju sile teže (0 m, 45o) g=gN=9,80665 m/s2
6.2 Gustoća
Gustoća nafte - masa jedinice obujma nafte naziva se gustoćom nafte i označava znakom ρ.
U standardnim uvjetima gustoća nafte najčešće je 800 do 900 kg/m3
Gustoću nafte pri bilo kojoj temperaturi može se izračunati temeljem formule
ρ0-t= ρ0-βt(t-15)
gdje je: koeficijent toplinskog rastezanja βt=1,825 - 0,001315ρ0
ρ0-t gustoća nafte pri temperaturi t
ρ0 – gustoća nafte pri standardnim uvjetima
Relativna gustoća nafte je omjer gustoća nafte i vode pri standardnim uvjetima i označava se
oznakom γo: γo=ρo /ρw (ρw=999,014 kg/m3).
Relativna gustoća je bezdimenzionalna veličina, no u američkoj literaturi se izražava u oAPI i naziva
specific gravity i može se izmjeriti pomoću tzv. areometra ili pomoću piknometra.
GUSTOĆA GORIVA
- 0,68 – 0,79 g/cm3 BENZIN
- 0,80 – 0,83 g/cm3 PETROLEJ
- 0,82 – 0,86 g/cm3 LAKO PLINSKO ULJE
- 0,90 – 1,00 g/cm3 TEŠKO PLINSKO ULJE
- 0,75 – 0,85 g/cm3 GORIVO ZA MLAZNE MOTORE
16
6.3 Isparljivost nafte(hlapljivost nafte)
Budući da su nafta i njezine frakcije složene smjese ugljikovodika, njihovo
osnovno svojstvo isparljivosti je područje vrenja (eng. boiling range), koje se određuje
laboratorijskim postupcima destilacije a grafički destilacijskom krivuljom. Destilacijska krivulja
određuje volumne udjele destilata benzina ili naftnih proizvoda u ovisnosti o temperaturi.
Tlak para određuje se za tekući plin i benzin. Te veličine daju uvid u količinu hlapljivih
komponenata motornog benzina budući da o tome ovisi »start« automobila, osobito u zimskim
mjesecima.
6.4 Viskoznost
Viskoznost je mjera za unutarnje trenje između slojeva tekućine u gibanju, na točno
određenoj temperaturi. Reološka svojstva definirana su odnosom smičnog naprezanja τ i brzine
smicanja ρ, prema Newtonovom zakonu: τ=μ· ρ gdje je: τ=F/A smično naprezanje
γ=dv/dx brzina smicanja
μ - koeficijent proporcionalnosti
Slika 3. Utjecaj temperature na viskoznost nafte
17
7. KEMIJSKI SASTAV NAFTE
Nafta po svom kemijskom sastavu je vrlo složena smjesa koja sadrži nekoliko tisuća raznih
ugljikovodikovih spojeva. Ugljikovodici su u nafti zastupljeni s više od 75 %. Maseni udio ostalih
elemenata obično je vrlo malen. Ugljikovodici koji se nalaze u nafti pripadaju sljedećim skupinama:
alkani (parafini), cikloalkani (nafteni) i aromati. Olefini nisu dokazani u sirovoj nafti, ali se javljaju
prilikom njezine prerade (kreking-procesa). Neugljikovodični spojevi pri preradi nafte koncentriraju
uglavnom u težim frakcijama i u nehlapljivim ostatcima. Tu spadaju sumporni spojevi zastupljeni u
količinama 0,05 - 2 %, dušikovi spojevi u frakcijama lakšim od petroleja njihov sadržaj najveći je u
destilacijskim ostacima oko 1%, te kisikovi spojevi do 2%.
7.1. Ugljikovodici
Ugljikovodici su organski kemijski spojevi ugljika i vodika. Sastoje se od atoma ugljika na koje su
vezani atomi vodika i drugih elemenata.
7.1.1. Parafinski ugljikovodici (alkani)
Alkani su zasićeni lančasti ugljikovodici opće formule Cn H2n+2. Ovamo pripada metan i etan,
propan i butan(plinovi). Ugljikovodici od C5H12 do C15H32 su tekućine, a od C16 H34 su čvrste tvari.
Parafinski ugljikovodici nađeni u nafti većinom imaju nerazgranate lance.
Sadržaj parafina u raznim vrstama nafti veoma varira. U istoj vrsti nafte sadržaj parafina je veći u
laganijim, a manji u težim frakcijama. Najviše parafina ima u benzinskoj frakciji i u frakciji
plinskog ulja. Lanci parafinskih ugljikovodika mogu biti nerazgranati, kao npr. normalni heptan:
18
ili razgranati (izoparafini), npr. methylhexan:
7.1.2. Naftenski ugljikovodici (cikloparafini)
To su zasićeni ugljikovodici koji sadrže jedan ili više prstenova opće formule CnH2n
Prstenovi mogu imati pet ili šest ugljikovih atoma s bočnim lancima. Nafteni su stabilni
ugljikovodici jer nemaju dvostrukih veza i slični su parafinima. Oni se isto kao i parafini u nafti
nalaze u laganim frakcijama. Dokazano je da su to uglavnom naftani s pet ili šest ugljikovih atoma.
Ciklopentan:
7.1.3. Aromatski ugljikovodici
To su ugljikovodici prstenastog oblika. Oni mogu imati jedan ili više prstenova s kratkim
bočnim lancima. Opća formula aramatskih ugljikovodika s jednim prstenom je CnHn .
Sadržaj aromata u nafti raste s porastom prosječne molekulske frakcije. U nižim frakcijama (benzin)
prisutni su aromati sa jednom jezgrom i kratkim bočnim lancem (s 1 ili 2 C-atoma), a u višim su
frakcijama (plinska ulja i ulja za loženje) kondenzirani aromati i aromati s naftenskim prstenom.
19
7.2. Sumporni spojevi
Maseni udio sumpora u pojedinim vrstama nafte varira od 0,15 do 6 %. Sumpor se pojavljuje u
obliku organskih i anorganskih spojeva. Organski spojevi sumpora su merkapani, sulfidi, disulfidi i
tiofeni, dok se anorganski sumpor javlja u obliku sumporovodika i elementarnog sumpora.
Sumpora ima najmanje kod lakih frakcija, a najviše kod najtežih frakcija (bitumena, nije za loženje).
O sadržaju sumpora u nafti ovisi i način prerade te nafte (rafinacija derivata).
7.3. Dušikovi spojevi
Dušikovi spojevi moraju se ukloniti iz međuproizvoda jer snižavaju aktivnost pojedinih katalizatora
u daljnjem procesu proizvodnje, kao i iz gotovih proizvoda zbog ekoloških razloga. Spojevi dušika
nalaze se uglavnom u težim naftnim frakcijama (vakuum-destilati i ostatak). Maseni udio dušika u
nafti općenito je nizak i varira od 0,05 do 0,4 %.
7.4. Kisikovi spojevi
Sadržaj kisika u nafti je vrlo malen. Budući da se u nafti javlja u obliku naftenskih kiselina, ima
veliku važnost, jer naftenske kiseline mogu prouzrokovati vrlo jaku koroziju na primarnim
postrojenjima. Naftenske kiseline su karboksi tj. derivati ciklopentana i oikloheksana. Sadržaj
ostalih kisikovih spojeva u nafti, npr. fenola ili alifatskih kiselina je beznačajan.
20
8. PRERADA NAFTE
Značaj dobivanja i prerade nije samo u dobivanju naftnih derivata već i u kemijskoj preradi
nafte pri kojoj nastaju različiti proizvodi male molekularne mase, kao npr. metan, etilen i dr. Sirova
nafta sadrži nečistoće soli i mulj, najveći dio soli i mulja uklanja se iz nafte već na samom naftnom
polju. Kad nafta stigne u rafineriju sadrži vodu i još uvijek manje količine mehaničkih nečistoća u
obliku mulja koje nosi sa sobom iz bušotina. Voda sadrži otopljene razne soli, uglavnom kloride.
U postrojenju najprije se uklone plinovi, voda i mineralne soli pomoću elektrostatičkih postrojenja
po Singeru te zagrijavanjem u specijalnim protočnim cijevima, a zatim se vrši frakcijska destilacija
pod atmosferskim tlakom. To je primarna prerada nafte.
Frakcijom atmosferske destilacije dobivaju se laki benzin, teški benzin, petrolej i plinsko ulje i laki
ostatak koji se može upotrebljavati kao takav (tzv. ulje za loženje) ili se podvrgava vakuum
destilaciji.
Vakuum destilacijom dobivaju se bazna ili osnovna ulja iz kojih se prikladnim miješanjem
priređuje cijeli niz ulja željenih viskoznih gradacija. To su laki destilati, teški destilati, manje
hlapljiv ostatak rezidualna ulja i bitumen. Procesi sekundarne prerade naftnih derivata jesu sljedeći:
a) krekiranje,
b) reformiranje,
c) polimerizacija,
d) alkilacija,
e) izomerizacija,
f) hidrokrekiranje.
21
Slika 4. Shematski prikaz rafinerijske prerade nafte
Svrha dorade je uklanjanje štetnih primjesa i podešavanja kemijske strukture derivata zbog
postizanja određene kvalitete. Derivati nafte proizvedeni primarnim i sekundarnim procesima nisu
prikladni za upotrebu jer se moraju doraditi, tj. rafinirati.
Metode dorade su sljedeće:
a) kemijska rafinacija,
b) katalitička rafinacija,
c) rafinacija otapalima.
22
8.1. Frakcijska destilacija
Destilacija je fizikalna operacija za razdvajanje višekomponentne smjese osnovi razlike tlaka
para i vrelišta pojedinih komponenata smjese. Frakcijska destilacija je odvajanje cijelih grupa na
temelju raznih točaka vrenja, a ne odvajanje pojedinačnih kemijskih tvari.
Svaka tekućina ima pri određenoj temperaturi odgovarajući tlak pare. Znači da pri toj
temperaturi dio molekula tekućine napušta površinu teće i prelazi u parnu fazu iznad tekućine. Te
molekule imaju više energije od ostalih molekula ostalih koje ostaju u tekućini, pa mogu svladati
sile koje djeluju na površini tekućine i koje sprečavaju molekule da prelaze u parni oblik. Molekule
koje su dospjele u parni oblik gibaju se bez reda sudarajući se međusobno. Dok je broj molekula
koje napuštaju površinu tekućine veći od broja molekula koje se vraćaju, kažemo da tekućina
isparava. Ako povisimo temperaturu tekućine, veći broj molekula imat će potrebnu energiju i
isparavat će. Kada se izjednači broj molekula koje se vraćaju u tekućinu, proces isparavanja je
završen i uspostavljena je dinamička ravnoteža i određen tlak para. Povisimo li ponovno
temperaturu tekućine, ponovno će doći do isparavanja tekući do ponovnog uspostavljanja dinamičke
ravnoteže pri određenoj temperaturi i tlaku. Vrenje je proces isparavanja koji se zbiva u tekućini.
Isparavanje (hlapljenje) odvija se pri bilo kojoj temperaturi tako dugo god je tlak nastalih para niži
od tlaka okoline. Povišenjem temperature tekućine povećava se i tlak para tako dugo dok se ne
izjednači s vanjskim tlakom. Tada tekućina počinje da vrije. Temperatura pri kojoj je tlak para
jednak tlaku okoline zove se vrelište. Proces destilacije nafte temelji se na Henryjevom, Daltonovom
i Raoultovom zakonu.
23
8.2. Krekiranje
Danas se 70 % svjetske proizvodnje benzina dobiva ovim postupkom, koji je ujedno i
najrašireniji katalitički postupak u svijetu. Krekiranje općenito predstavlja razlaganje (cijepanje)
ugljikovodika naftnih frakcija većih molekulnih masa na ugljikovodike manjih molekulnih masa
djelovanjem topline ili toplinom uz prisutnost podesnih katalizatora. Povećanjem temperature
smjese sirove nafte iznad 400 °C nastupa cracking (eng. crack – cijepati, razbiti). Zbog većeg
sadržaj neželjenog sumpora u nafti poskupljuje postupak rafiniranja nafte. Ovdje nastupa kidanje
dugih lanaca visokih ugljikovodika i dobivaju se benzini s visokim oktanskim brojem tj. olefini
malih molekulnih masa (etilen, propilen, buteni), koji se mogu polimerizirati i kondenzirati u tekuće
ugljikovodike benzinskog reda. Primjerice, krekiranjem propana pri temperaturi 550 °C nastaje
smjesa alkana, alkena i vodika:
Nastali olefini su nestabilni pri reakcijskim uvjetima, pa slijede sekundarne reakcije u kojima
oni sudjeluju: - krekiranje propilena do etilena
- polimerizacija olefina i nastajanje olefina visoke molekulne mase
- ciklizacija dužih olefina u naftene
- dehidriranje naftena u aromate
- kondenzacija aromatskih molekula uz možebitno nastajanje koksa
Katalitičko krekiranje je proces krekiranja uz prisustvo katalizatora (alumosilikatna glina + metalni
oksidi)i pri visokim temperaturama (500 - 600 °C).
Tim procesom nastaju ugljikovodici s tri i četiri atoma u molekuli i ugljikovodici s
razgranatom strukturom (izobutan, aromati) što pogoduje višem oktanskom broju.
Nedostatak je nepostojanost na zraku zbog veće količine nezasićenih ugljikovodika.
24
8.3. Polimerizacija
Polimerizacija je proces spajanja malih molekula u veću (obrnuto od crackinga). Spajanje
malih ugljikovodika tj. prelazak plina u tekućinu.
8.4. Rafinacija
Rafiniranjem iz nafte uklanjamo onečišćenja, jako nezasićene komponente, korozijske tvari,
sumporne spojeve i sl.
Postoje dvije osnovne metode rafinacije kod nafte:
a) konvencionalna rafinacija propuštanje sumporne (H2SO4) kiseline kroz naftu koja na sebe
veže (separira) sumpor. Naftni derivati se nakon rafinacije redovito kontaktiraju s adsorbensima da
bi im se poboljšala boja i stabilnost. Derivati višeg vrelišta se nakon obrade kiselinom ne mogu prati
lužinom jer bi se stvorila emulzija, pa se na ovaj način vrši njihova neutralizacija. Za adsorbense
primjenjuju se prirodno aktivirane gline i umjetne gline. Prirodno aktivirane gline služe uglavnom
za rafinaciju jeftinijih naftnih proizvoda pri temperaturama nižim od 100 °C, dok umjetne gline se
koriste za rafiniranje baznih ulja pri temperaturama 150 - 300 °C. Zagrijano ulje pomiješa se s
praškastom glinom i dobije se mješavina muljevite konzistencije. Nakon određenog reakcijskog
vremena istrošena se glina odvaja od ulja filtriranjem na filterprešama. Glina se ne regenerira. U
drugom postupku koji koristi grubo granuliranu glinu, zagrijano ulje kontaktira se s glinom u
protustrujni u uređaju koji se naziva perkolator. Rafinirano ulje izlazi s vrha, a istrošena glina se
uklanja s dna perkolatora. Na kraju se glina pere benzinskim otapalom od zaostalog ulja i potom
regenerira spaljivanjem sa zrakom.
b) solventna rafinacija upotrebljavanjem organskih otpala koja se temelje na razlici
topljivosti pojedinih ugljikovodika miješanih sa derivatom
25
9. PODJELA RAFINERIJA PREMA TIPOVIMA
Danas su među prerađivačima nafte najčešće podjele rafinerija prema S. Baarnu i G. Heinrichu.
Baarn dijeli rafinerije u četiri glavne skupine ovisno o složenosti tehnološkog procesa, i to:
a) najjednostavniji tip rafinerije (u svom sastavu imaju samo atmosfersku destilaciju,
katalitički reforming i procese rafinacije)
b) složeni tip rafinerije (osim postrojenja iz grupe A i postrojenja za vakuum-destilaciju i
katalitički cracking)
c) kompleksne rafinerije (imaju cijelim asortimanom proizvoda, uključujući i proizvodnju
mazivih ulja)
d) petrokemijske rafinerije (obuhvaćaju i petrokemijska postrojenja, npr. postrojenja za
dobivanje aromatskih ugljikovodika
Heinrich dijeli rafinerije u četiri grupe:
a) hydroskimming-rafinerije (hidroskiming)
b) rafinerije s katalitičkim krekingom
c) rafinerije za duboku konverziju (hidrokreking - katalitički kreking)
d) rafinerije za duboku konverziju (hidrokreking - koking)
Tom podjelom nije obuhvaćen tip rafinerije za proizvodnju mazivih ulja.
U budućnosti prerađivati sve teže nafte, pa čak i uljni škriljci.
9.1. Hydroskimming-rafinerija
Hydroskimming-rafinerija je najjednostavniji tip rafinerije, koji se danas u svijetu, s obzirom na
cijenu nafte, sve rjeđe susreće. Shematski prikaz rafinerije ovog tipa prikazan je na slici
26
Slika 5. Shematski prikaz Hydroskimming - rafinerije
Proces obuhvaća postrojenja za
a. atmosfersku destilaciju,
b. prethodnu obradu,
c. obradu plina aminom,
d. katalitički reforming,
e. hidrodesulfurizaciju (slađenje, HDS) goriva za mlazne motore i plinskog ulja
f. postrojenje za uklanjanje sumpora iz plinskih tokova.
Benzin se proizvodi miješanjem butana, primarnog benzina i refonmata. Vodik dobiven na
katalitičkom reformingu zadovoljava potrebe hidrodesulfurizacije.
27
9.2. Rafinerija s katalitičkim krekingom
Taj tip rafinerije gradi se onda kada se žele dobiti veće količine benzina. Osim postrojenja koja ima
hydroskimming rafinerija, tehnološki proces obuhvaća i postrojenja za konverziju atmosferskog
ostatka u lagane proizvode:
a. vakuum destilaciju,
b. visbreking
c. katalitički kreking koji je obično povezan s alkilacijom
Slika 6. Shematski prikaz rafinerija s katalitičkim krekingom
Troškovi prerade veći su nego kod rafinerija tipa Hydroskimming, ali je vrijednost dobivenih
proizvoda neusporedivo veća.
28
9.3. Rafinerija za duboku konverziju (hidrokreking - katalitički kreking)
Ta rafinerija ima u svom sastavu, osim postrojenja Hydroskimming-rafinerije, sljedeća postrojenja:
a) reformiranje parom radi proizvodnje vodika
b) vakuum-destilaciju atmosferskog ostatka
c) hidrokreking
d) deasfaltaciju vakuum ostatka otapalom
e) hidrodesulfurlzaciju deasfalti ranog ulja
f) katalitički kreking s alkilacijom.
Slika 7. Shematski prikaz rafinerija za duboku konverziju
Hidrokrekingom vakuum plinskih ulja dobivaju se uglavnom srednji destilati. Benzin
dobiven hidrokrekingom zbog niskog oktanskog broja mora se doraditi na katalitičkom reformingu.
Problem vakuum ostatka riješen je procesom deasfaltacije s otapalom (propanom ili pentanom).
Dobiveno deasfaltirano ulje zbog visokog sadržaja sumpora mora se dorađivati procesom
hidrodesulfurizacije i nakon toga služi sirovina za katalitički kreking. Asfalt s deasfaltacije miješa se
s destilatima katalitičkog krekinga u ulje za loženje.
29
Motorni benzin dobiva se miješanjem butana, reformata, alkilata i krekrig benzina. Iscrpak na
tekućem plinu i benzinu isti je kao u prethodnoj shemi. Međutim, iscrpak na srednjim destilatima je
za 14 % veći, dok je iscrpak ulja za loženje za toliko manji.
Budući da proces hidrokrekinga iziskuje velike količine vodika, a proces katalitičkog reforminga
zadovoljava samo potrebe za vodikom hidradesulfurizacije, potrebno je vodik osigurati iz posebnog
izvora. Najčešće se vodik proizvodi procesom reformiranja tekućeg plina (propana i butana) pomoću
vodene pare.
Taj tip rafinerije omogućava veliku fleksibilnost prerade bez obzira na nafte. Međutim, troškovi
prerade i troškovi investicija za ovaj tip rafinerije su najveći.
9.4. Rafinerija za duboku konverziju (hidrokreking-koking)
Ugradnjom koking-procesa u ovu tehnološku shemu rješava se problem vakuum ostatka, a
ujedno se osigurava sirovina za hidrokreking.
Koks dobiven kokingom može se koristiti kao gorivo u industriji ili se spaljuje u
niskokalorični plin koji se koristi za vlastitu potrošnju u rafinerijskim pećima.
Ovaj tip rafinerije ne proizvodi ulje za loženje. Vodik za potrebe hidro-krekinga osigurava se
na isti način kao i prethodnoj rafineriji. S obzirom na prethodna postrojenja smanjen je iscrpak
benzina, a za toliko je povećan iscrpak srednjih destilata. Ulje za loženje se ne proizvodi u tim
postrojenjima, a za vlastitu potrošnju upotrebljava se rafinerijski plin (CH4, C2H6). Troškovi
proizvodnje niži su nego kod prethodna dva tipa rafinerija.
30
10.PROIZVODI PRERADE NAFTE
10.1. Benzin
Benzini smjese tekućih lančanih i cikličkih ugljikovodika, koji imaju destilacijske granice od
oko 40 do 200 °C. Benzini sadrže lake i teške komponente s vrelištima i izvan ove granice, ali
većina komponenata ima vrelište između 10 i 230 °C. Specifična težina benzina je u području od
0,650 do 0,825.
Podjela:
a) motorni benzini
b) avionski benzini
c) specijalni benzini, otapala.
Benzini se upotrebljavaju kao pogonsko gorivo za cestovna motorna vozila, tj. za motore s
unutarnjim sagorijevanjem (Otto motori). U praksi se najviše koriste mješavine:
benzin + tetraetilolovo (najčešće); benzin + alkohol; benzin + benzen.
Oktanski broj (OB) je mjera otpornosti goriva prema samozapaljenju
Osnovni zahtjev koji se postavlja na motorni benzin je povoljan oktanski broj. Oktanski broj
daje podatak o procesu izgaranja goriva u motoru, koji se nekada može odvijati u nepoželjnom
smjeru, s obzirom na iskorištenje snage, tako i na održavanje motora. Da bi neki motor
zadovoljavajuće radio, važno je da smjesa goriva i zraka izgara normalno, tj. u točno određenom
trenutku. Nasuprot ovog ujednačenog sagorijevanja može doći i do nepravilnog i ekstremno brzog
zapaljenja ili eksplozije nekih dijelova još nesagorene smjese.
Tako dolazi do tzv. "lupanja" ili detonacije. Kod ovakvog izgaranja u kratkom vremenskom
periodu oslobađa se toplina koju djelomično apsorbira motor. Ovaj gubitak toplinske energije ima za
posljedicu gubitak snage i nisku ekonomičnost goriva. Uslijed pregrijavanja pojedinih dijelova
također se skraćuje i vijek trajanja samog motora. Čisti benzin je bezbojan.
31
10.1.1. Motorni benzin
Benzin za klipne motore koriste sa užim područjem vrenja (45 – 160°C) i većom otpornosti
prema detonacijama. Ujedno imaju veći udio aromata, naftena i tetraetilolova (tetraetilolovo se
dodaje benzinu radi povećanja njegova oktanskog broja). Najviše toplinske energije po jedinici mase
dobiva se iz parafinskih, a najmanje iz aromatskih ugljikovodika. Benzini s obzirom na zahtjev za
visokim oktanskim brojem moraju sadržavati pretežno izoparafinske ugljikovodike i nešto aromata.
Uobičajeno je čistoću benzina i ostalih naftnih derivata promatrati sa dva gledišta. Jedno je
mehanička čistoća, koju standard obuhvaća terminom "voda i mehaničke primjese", a može se
otkriti i direktnim promatranjem. Benzin mora, obzirom na mehaničku čistoću, biti proziran, bez
vidljivih onečišćenja, i bez prisustva vode. Drugo je kemijska čistoća, koja se ne može uočiti
direktnim promatranjem benzina u prozirnoj posudi. U ovom se slučaju radi o onečišćenjima, koja
su u benzinu otopljena i nevidljiva, a ispoljavaju se tek kod njegove primjene i to u obliku stvaranja
želatinoznih taloga koji zaostaju nakon isparivanja benzina, ili pak u obliku korozivnih oštećenja
dijelova motora. Donja toplinska vrijednost benzina je od 42000-46000 kJ/kg
Temperatura samozapaljenja 480 – 550°C
Temperatura smrzavanja od -30 do -120°C
10.2. Destilat i mlazna goriva
Destilat goriva su proizvodi prerade nafte koji vriju od 180 do 370 °C, a imaju plamište 50
°C ili više. Obuhvaćaju rasvjetni petrolej, goriva ulja i dizel gorivo. U ranijim danima naftne
industrije to su bili osnovni proizvodi prerade. Mlazna goriva su slična destilat gorivima, osim što
većina proizvoda ima niže vrelište i niže plamište. Prvo mlazno gorivo bio je petrolej, budući da je
iskorištenje petroleja s obzirom na naftu kao sirovinu vrlo nisko (kreće se od 6 do 15%) nametnula
se potreba za širenjem frakcije dodavanjem benzina (avionskih benzina). Kod polijetanja i
manevriranja potrebne su bogate smjese koje će dati više snage, a pri samom letu potrebne su
siromašnije smjese.
Karakteristike izgaranja mlaznih goriva ispituju se maksimalnom visinom plamena u
milimetrima zvanom točkom dimljenja, kod koje gorivo može izgarati bez čađenja u standardnoj
svjetiljci. Bogate smjese imaju oktanski broj 130, a to znači da bez lupanja tj. samozapaljenja
postižu 30% više snage od čistog izooktana.
32
10.3. Diesel goriva
Služe za pogon diesel - motora (automobili, kamioni, traktori, brodski diesel motori,
generatori, lokomotive). Smjesa ugljikovodika koje karakterizira veća gustoća i povišene
temperature vrenja u odnosu na benzine. Proizvode se iz smeđeg i kamenog ugljena diesel goriva
koja se uglavnom koriste za stabilne diesel motore koji imaju slabiju sklonost zapaljenju
Najbolja diesel goriva se sastoje pretežno od parafinskih ugljikovodika.
Najvažnije svojstvo dizelskog goriva je cetanska vrijednost ili cetanski broj (CB) je mjerilo
zapaljenja goriva. Cetanski broj ovisi o kemijskom sastavu goriva, tako će veći sadržaj parafina
uvjetovati veći broj. Unutar istog niza ugljikovodika potrebna temperatura paljenja opada porastom
molekularne mase, jer je potrebna manja energija aktivacije za termičku razgradnju većih molekula.
Sagorijevni mehanizam dizel motora se bitno razlikuje od benzinskog Otto motora. Kod
benzinskih motora, gorivo se raspršuje u struju zraka, prilikom čega nastaje eksplozivna smjesa koja
se inicijalno pali pomoću električne struje. Kod dizel motora gorivo se uštrcava u zrak koji je
prethodno komprimiran i pritom zagrijan na temperaturu zapaljenja goriva. U ovom slučaju nije
potrebna električna iskra da bi nastupilo sagorijevanje.
10.4. Mineralna maziva ulja i masti
Maziva ulja upotrebljavaju se za podmazivanje dviju dodirnih površina u svrhu smanjivanja
koeficijenta trenja. Trenje se može definirati kao otpor koji nastaje kada se kreće površina nekog
tijela, koja se nalazi u dodiru s površinom kakvog drugog tijela.
Mazivost je sposobnost maziva da dobro prianja uz kovinsku ili drugu površinu tako da se s
njom kemijski ne spaja. Danas se u teoriji podmazivanja razlikuju tri vrste trenja odnosno
podmazivanja: tekuće ili hidrodinamičko, granično i podmazivanje pod najvišim tlakom.
Mineralna maziva ulja su visokovrijuće viskozne uljne frakcije nafte (destilati i rezidualna
ulja) iz kojih su uklonjeni nepoželjni sastojci. Mineralna maziva ulja proizvode se za vrlo veliki broj
raznih primjena. Možemo ih podijeliti u dvije grupe i to na motorna ulja i industrijska ulja.
33
10.5. Ostalo
10.5.1. Parafin
Parafin se dobiva iz uljnih destilata procesima deparafinacije. Što je sadržaj ulja (maseni
udio 0,5 do 1,0 %.) u parafinu manji to je parafin kvalitetniji. Parafin se mora rafinirati sulfatnom
kiselinom i aktivnom zemljom da bi se uklonile obojene tvari i one koje uzrokuju neugodan miris.
To je uobičajeni način rafinacije, dok moderan postupak primjenjuje hidrogenaciju (obradu
vodikom). Prednost modernog postupka u odnosu na klasični jest veće iskorištenje parafina (99 %),
dok je pri uobičajenom postupku iskorištenje 90 %, a problem je odlaganje kiselog otpada koji
ostaje poslije rafinacije.
Parafin je danas vrlo traženi proizvod sa širokom primjenom u proizvodnji svijeća, šibica, u
prehrambenoj industriji, proizvodnji papira itd.
10.5.2. Bitumen
Bitumen je isto derivat nafte dobiven oksidacijom vakuum ostatka nafte koji ima u sastavu aromate i
asfaltene. Postoje dvije vrste bitumena: cesto-građevni i industrijski.
Cesto-građevni bitumen dobiva se izravno vakuum destilacijom, dok se industrijski bitumen dobiva
oksidacijom (puhanjem sa zrakom) cesto-građevnog bitumena. Industrijski bitumen primjenjuje se u
građevinarstvu za izolaciju, premaze itd.
10.5.3. Ulje za loženje
Ulje za loženje čine svi nusproizvodi pri preradi nafte koji se ne mogu svrstati u ostale naftne
derivate. To su npr. ostaci atmosferske destilacije, ostaci vakuum destilacije, teško cikličko ulje
katalitičkog krekinga itd.
Najvažnije svojstvo ulja za loženje jest viskoznost i količina ukupnog sumpora.
Niža viskoznost je važna zbog lakšeg raspršivanja ulja za loženje u plamenicima peći, a sumpora
zbog korozije.
34
10.5.4 Koks
U koksu dobivenom kao proizvod prerade nafte maseni udio ugljika je od 87 do 99,5 %. Otporan je
prema kiselinama i lužinama, ima mrežastu strukturu i netaljiv je. Zbog električne vodljivosti i
mehaničke otpornosti ima široku primjenu u industriji najviše u metalurgiji. Ostaci kod proizvodnje
koksa su sirovi katran i ugljeni plin, koji iznose oko 30% vrijednosti proizvodnje jedne koksare.
Ugljeni plin sadrži približno 50 % vodika, 35 % metana i 8 % ugljičnog monooksida.
35
11. ZAKLJUČAK
Pišući ovaj diplomski rad naučio sam da znanstvenici i inženjeri trebaju geološki i geofizički
istražiti područje bogato naftom da bi uopće započeo sam proces prerade nafte. Proizvodi od nafte
nastaju u rafinerijama i raznim procesima izdvajaju se nastali naftni derivati, a ti procesi su
destilacija, izmerizacija, katalitički reforming, blending i mnogi drugi. Rafinerije ispuštaju velik broj
različitih kemikalija i kemijskih spojeva što dovodi do zagađenja vode i zraka. Poznavanje fizikalnih
i kemijskih svojstava nafte vrlo je važno za odabiranje načina prerade nafte, kao i za proračun
pojedinih procesa. Vrijednost nafte ovisi prvenstveno o sadržaju laganih frakcija i o količini
sumpora. Razne vrste nafti zahtijevaju posebne postupke pri preradi stoga imaju razne komercijalne
i tehničke vrijednosti. Da bi se dobio cjeloviti uvid u kvalitetu nafte potrebno je analizirati sve
frakcije i sistematizirati dobivene analitičke podatke.
36
12. LITERATURA
1. Knapp, Vladimir. (1993.) Novi izvori energije. Zagreb: Školska knjiga.
2. Emir Cerić (2006.) Nafta –Procesi i proizvodi, Zagreb, INA-Industrija nafte
3. Jonathan Bellarby (2009) .WELL COMPLETION DESIGN Amsterdam, The Netherlands,
Boston, Mass. : Elsevier,
4. Getrud Barić (2006.) Naftna geokemija, Zagreb, INA-Industrija nafte
5. Zelić, M., Čikeš, M. (2006.): Tehnologija proizvodnje nafte dubinskim crpkama, INA-
Naftaplin, Zagreb
6. James G. Speight (2006.) The Chemistry and Technology of Petroleum Fourth Edition
Taylor & Francis Group, LLC. CRC press, Boca Raton, London, New York
7. William Leffler (2008.) Chemical Industries Petroleum Refining in Nontechnical Language
Fourth Edition PennWell Books, Tulsa
8. Ivanka Juttner Preradović (2005.) Uvod u naftno rudarstvo /. Impresum: Zagreb : RGNF
9. M. Al-Jarba and B. D. Al-Anazi(2008.)Usporedna studija u literaturi opisanih
korelacija fizikalnih svojstava CO2-nafta primjenom Visual Basic modela, Stručni rad
37
13. ŽIVOTOPIS
Rođen sam 12. listopada, 1981. godine u Vinkovcima. Nakon završetka osnovne škole 1996. upisujem
gimnaziju u Vinkovcima, smjer prirodoslovno - matematički. Po završetku srednje škole, 2000.g.
upisujem se na Pedagoški fakultet u Osijeku (kasnije Odjel za fiziku), smjer: fizika i tehnička kultura s
informatikom.