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.