IDROCARBURI E PETROLIO La maggior parte degli idrocarburi studiati derivano dal petrolio, dalla sua “lavorazione” e dalla sua utilizzazione. Qual è l’ORIGINE del petrolio? Dal PETROLIO GREGGIO come vengono ottenuti i principali idrocarburi?

Il petrolio è una miscela di idrocarburi costituita prevalentemente da alcani, cicloalcani e in misura minore idrocarburi aromatici ORIGINE : I differenti tipi di petrolio esistenti hanno una composizione che dipende dalle condizioni di formazione e dal tipo di organismi da cui hanno avuto origine L’origine degli idrocarburi va cercata in sedimenti marini fini in cui sono rimasti sepolti, dopo la loro morte, numerosissimi microrganismi: questa specie di fango chiamato SAPROPEL, con il tempo si trasforma nella “roccia madre” del petrolio. La sostanza organica in essa concentrata infatti viene sottratta alla normale distruzione per ossidazione (putrefazione) dal rapido accumulo di nuovi sedimenti detritici e con il tempo e sotto il carico di altre rocce, subisce una serie di trasformazioni chimiche (anche per l’azione dei microrganismi anaerobi) che portano alla formazione di idrocarburi liquidi e gassosi.

La durata del processo varia dai 5 a 100 milioni di anni, a seconda che le temperature siano più o meno alte. Pertanto il processo di formazione del petrolio (o maturazione della roccia madre) è variabile e dipende dal valore del gradiente geotermico del bacino e dalla velocità di subsidenza della roccia madre. I luoghi più favorevoli all’accumulo delle rocce madri sono: - Bacini marini a circolazione ristretta - Scarpata continentale

ORIGINE DEL PETROLIO: LE DIVERSE FASI CONDIZIONI NECESSARIE PER LA FORMAZIONE DI UN GIACIMENTO: 1) Presenza di una ROCCIA SERBATOIO (arenarie o rocce carbonatiche) 2) Presenza di una ROCCIA DI COPERTURA 3) Presenza di una TRAPPOLA

ESTRAZIONE DEL PETROLIO Come visto il petrolio si trova solitamente depositato in rocce porose (tipo arenarie) attorniate da strati impermeabili. All’interno delle arenarie si distinguono tre strati: in alto sono accumulati i gas; nella zona centrale c’è il petrolio, lo strato più profondo è ricco di acqua salata. L’estrazione del petrolio richiede la : LA PERFORAZIONE

LA RAFFINAZIONE DEL PETROLIO Una volta estratto il petrolio viene sottoposto alla RAFFINAZIONE: ovvero a complesse operazioni di separazione e trattamento delle varie frazioni che compongono il petrolio. SCHEMA SEMPLIFICATO DELLE OPERAZIONI DI RAFFINERIA gasolio REFORMING oli lubrificanti VACUUM CRACKING ALCHILAZIONE bitume frazioni TOPPING pesanti greggio gas C1 a C4 C5-C12 benzine cherosene C10-C15 Da F.Tottola, A. Allegrezza, M.Righetti “Chimica per Moduli” pag.171 gasolio C15-C20

Dopo aver separato il petrolio da acqua salata e solidi sospesi il greggio viene sottoposto a TOPPING (DISTILLAZIONE FRAZIONATA PRIMARIA) che si realizza immettendo il greggio a circa 360°C, in una colonna di distillazione a piatti Frazione Carboni presenti nelle molecole % * sul petrolio totale Gas di topping Da C1 a C4 Benzine leggere C5 a C8 15-20 Benzine pesanti C8 a C12 cheroseni C10 a C15 gasoli C14 a C20 60 oli combustibili C19 a C26 residuo p.e. > 380°C *I valori riportati sono indicativi in funzione del tipo di greggio lavorato Il primo grossolano frazionamento del greggio si ottiene prelevando il liquidi dalle diverse altezze della colonna Il residuo viene ulteriormente frazionato in un sistema di distillazione sotto vuoto VACUUM. Si ricavano ancora gasoli, oli lubrificanti e ciò che resta è bitume per manti stradali

PRINCIPIO DELLA DISTILLAZIONE FRAZIONATA

Poiché la % di benzine ( a basso numero di atomi di C da C5 a C12 ), molto richieste dal mercato, ottenibili dalla distillazione è piuttosto bassa (15%) sono stati messi a punto processi di craking che consentono di demolire le frazioni più pesanti a catena più lunga, per ottenere prodotti a catena più corta. CRACKING CATALITICO: consiste nella rottura ad ALTE TEMPERATURE 400-450°C ed in presenza di CATALIZZATORI, della catena lunga di idrocarburi pesanti in un punto qualsiasi della catena con formazione di alcani e/o alcheni a catena più corta REFORMING: processo di ristrutturazione molecolare di alcani a catena lineare con formazione di idrocarburi aromatici, cicloalcani e alcani ramificati. Vedi pag. 171 Codice ambiente

ALCHILAZIONE: consiste nella RAMIFICAZIONE dei composti a catena corta ottenuti dal topping e dal cracking catalitico per ottenere composti ramificati, ideali per le BENZINE AVIO (bassobollenti) La ramificazione si ottiene ponendo a reagire tra loro alcani e alcheni

IDROCARBURI E RISORSE ENERGETICHE RISORSA: quantitativo totale di un certo materiale esistente sulla terra RISERVA: percentuale di risorsa che si può sfruttare con i mezzi e le tecnologie disponibili. E’ variabile in relazione a Scoperta nuovi giacimenti Variazione dei prezzi di mercato Introduzione nuove tecnologie

RISERVE DI COMBUSTIBILI FOSSILI

I consumi energetici sono aumentati notevolmente nel corso della storia dell’uomo (vedi pag. 50 codice ambiente fig. 3.1) Circa il 90% dell’energia richiesta dal nostro sistema di vita proviene dalla reazione chimica tra COMBUSTIBILI DI ORIGINE FOSSILE e OSSIGENO ovvero da reazioni di COMBUSTIONE AGGIUNGERE Esempio combustione metano L’energia si sviluppa principalmente sotto forma di calore e di luce

RISORSE NON RINNOVABILI: ESAURIBILI originate da trasformazioni chimico fisiche lentissime e difficilmente riproducibili COMBUSTIBILI FOSSILI: Carbone, petrolio, gas naturale … RISORSE RINNOVABILI PRIMARIE RADIAZIONE SOLARE ENERGIA GEOTERMICA ENERGIA GRAVITAZIONALE E MAGNETICA Prodotte continuamente da trasformazioni chimico fisiche che avvengono all’interno del sole e della terra ENERGIA EOLICA IDRICA DA BIOMASSE RISORSE RINNOVABILI SECONDARIE Perché derivate dalle precedenti ENERGIE DI TRANSIZIONE: FISSIONE NUCLEARE FUSIONE NUCLEARE SCISSIONE ACQUA H2O in H e O

I consumi energetici sono aumentati notevolmente nel corso della storia dell’uomo (vedi pag. 50 codice ambiente fig. 3.1) Circa il 90% dell’energia richiesta dal nostro sistema di vita proviene dalla reazione chimica tra COMBUSTIBILI DI ORIGINE FOSSILE e OSSIGENO ovvero da reazioni di COMBUSTIONE AGGIUNGERE Esempio combustione metano L’energia si sviluppa principalmente sotto forma di calore e di luce

I COMBUSTIBILI FOSSILI sono :PETROLIO, GAS NATURALE e CARBONE ( elementi radiattivi) sono costituiti principalmente da C e H (idrocarburi), ma possono contenere anche S, O e N considerando la loro origine Gli ELEMENTI DI PREGIO per un COMBUSTIBILE sono: alto tenore percentuale di CARBONIO basso tenore percentuale di O, N , S (S che si libera dalla combustione forma SOx che causano problemi di inquinamento dell’aria e piogge acide

IL CARBONE Il carbone è il primo combustibile fossile conosciuto dall’uomo e resta ancora una delle risorse più importanti (riserve per 200 anni) ORIGINE DEL CARBONE: deriva dalla trasformazione di biomasse prodotte milioni di anni fa durante il periodo carbonifero, ammucchiate e sommerse nelle valli e alle foci dei fiumi e ricoperte da sedimenti, trasformatesi in seguito a processsi chimico-fisici e biologici avvenuti in condizioni di anaerobiosi AGGIUNGERE

Il risultato di queste trasformazioni è il carbon fossile che viene classificato in quattro tipi principali in ordine di formazione: torba lignite litantrace antracite Torba: è quella di più recente formazione, colore grigio nero, spugnosa, ancora evidenti i residui dei vegetali che l’hanno originata. Ha il minor potere calorifico Lignite: Meno recente della torba, è piuttosto ricca di S ed è igroscopica (capace di assorbire acqua) Litantrace: Identificata con il carbon fossile è il tipo più utilizzato nelle centrali e nell’industria. Usata per produrre, per distillazione (a 800°C), gas illuminante mentre con il residuo della distillazione si produce coke metallurgico per la produzione di ghise, acciai ed altre leghe metalliche Antracite: Di formazione assai antica è pura massa carboniosa, compatta, nera e lucente di alto potere calorifico

I giacimenti del carbone si presentano in strati di scarso spessore, ma di superficie molto estesa Crolli armature Incendi Miniere sotterranee problemi allagamenti Avvelenamenti da CO e acido solfidrico H2S Può essere estratto da Silicosi: per accumulo nei polmoni delle polveri del carbone Subsidenze Inquinamento falde A cielo aperto Dissesto del territorio Rischi di smottamenti Dispersioni di polveri Vedi pag. 52 C.A. tabella 3.4 Consumo e inquinamento della falda acquifera

Altri problemi sono connessi al : TRASPORTO Dispersione delle polveri Incidenti UTILIZZAZIONE DEL CARBONE Soprattutto prodotti della combustione SOx Inquinamento atmosferico Polveri sottili Metalli pesanti Inquinamento termico delle acque e dell’aria Smaltimento delle ceneri

CENTRALI A CARBONE E INQUINANTI