1

Petrolul şi gazele naturale sunt amestecuri de hidrocarburi care se găsesc ca zăcăminte în scoarţa pământului în diferite regiuni. Gazele naturale sunt alcătuite aproape exclusiv din termeni inferiori (cu număr mic de atomi de carboni) ai seriei hidrocarburilor saturate cu catenă deschisă (alcani). Petrolul (ţiţeiul) conţine totdeauna reprezentanţi ai trei clase de hidrocarburi: saturate aciclice (alcani), saturate ciclice (cicloalcani) şi aromatice. Proporţia acestora variază de la un zăcământ la altul. Hidrocarburile nesaturate, alchenele, şi mai ales acetilenele, lipsesc din compoziţia ţiţeiului.

         Prin petrol brut sau ţiţei se înţeleg amestecuri de hidrocarburi în stare lichidă. Din punct de vedere geologic, zăcămintele de petrol au câteva trăsături generale din care rareori lipseşte vreo una. Astfel, petrolul se găseşte într-o încreţitură a scoarţei, îmbibat, sub presiune înaltă, într-un strat de rocă poroasă, prins între două straturi de rocă impermeabilă. În partea superioară a stratului de rocă poroasă se găseşte zona în care se acumulează produsele gazoase iar în partea inferioară se găseşte o porţiune îmbibată cu apă sărată. Prezenţa acestora din urmă constituie unul din argumentele teoriei formării petrolului prin fermentaţia, în absenţa aerului, a resturilor de veţuitoare (mai ales microscopice) care s-au depus pe fundul mărilor în epoci geologice. În acelaşi sens pledează şi analiza chimică a petrolului, care a pus în evidenţă rămăşiţe ale moleculelor caracteristice arsenalului chimic al celulei vii.

         Condiţia principală pentru ca descompunerea acestor resturi de vieţuitoare să ia calea îmbogăţirii în carbon o constituie absenţa oxigenului; în caz contrar ar avea loc fermentaţia aerobă, cu degajarea produselor obişnuite ale metabolismului microorganismelor, bioxidul de carbon şi apa. Condiţia lipsei de oxigen se îndeplineşte cel mai bine în sedimentele foarte puţin răscolite depuse pe fundul mărilor fără flux şi reflux. Primele etape ale descompunerii fermentative se petresc chiar pe locul de origine şi duc la o scădere a conţinutului în oxigen, azot şi sulf a sedimentelor organice. Etapele decisive au avut loc însă după ce mişcările scoarţei au antrenat depozitul de materii organice în straturi mai profunde. Aici procesul de transformare în hirdrocarburi s-a desfăşurat la presiuni şi temperaturi înalte şi a beneficiat de acţiunea catalitică a rocilor cu care substanţele organice veneau în contact.

         Compoziţia petrolului. Petrolul este un amestec de hidrocarburi care mai conţine şi alţi diferiţi compuşi, în proporţii mici ca de exemplu: compuşi cu oxigen, compuşi cu azot, compuşi cu sulf şi diferite substanţe minerale .

         Nefiind o substanţă unitară, petrolul brut nu are punct de fierbere constant. Variaţia în limite destul de largi a proprietăţilor petrolului: culoarea, densitatea, vâscozitatea, este o urmare a varietăţii compoziţiei chimice a componentelor, cum şi a proporţilor în care se găsesc.

         Hidrocarburile existente în petrol fac parte din următoarele clase: alcani, cicloalcani şi hidrocarburi aromatice. Petrolul nu conţine hidrocarburi aciclice nesaturate (acestea apar însă în unele produse de cracare).

a)    Alcanii întră în proporţia cea mai mare în petrol. Ei se găsesc mai ales în fracţiunile uşoare. Astfel, gazele de sondă sunt alcătuite aproape numai din alcani inferiori care se găsesc amestecaţi în zăcământ (adeseori ei erup din pământ formănd gaze naturale). În fracţiunile cu puncte de fierbere mai înalte (fracţiuni medii) proporţia de alcani scade. Însă „parafina” care este o fracţiune obişnuită prin distilarea păcurii este formată din alcani cu număr mare de atomi de carboni (chiar peste 100).

b)   Cicloalcanii (naftenele) se găsesc de asemenea în proporţie mare. În petroluri există numai naftene cu cicluri de C5 şi C6 , în fracţiunile inferioare se găsesc derivaţi ai ciclopentanului şi ciclohexanului cu una sau mai multe catene alchilice cu lungimi variate. În fracţiunile superioare sunt prezentate naftene policiclice cu 2-6 cicluri, în a căror molecule se găsesc şi catene alchilice.

c)    Hidrocarburile aromatice se găsesc în proporţie mai redusă decât celelalte hidrocarburi. Totuşi, proporţia lor în petrol variază în limite foarte largi. Astfel, în fracţiunile uşoare se găsesc în proporţii de 10-25% hidrocarburi aromatice monociclice; în fracţiunile superioare care fierb peste 200o C, creşte conţinutul în compuşi cu mai multe nuclee aromatice. Cu cât conţinutul în hidrocarburi aromatice din fracţiunile grele este mai mare, cu atât petrolul respectin conţine mai mult asfalt.

         Clasificarea petrolurilor. Pe baza compoziţiei chimice respectiv a predominării unor categorii de hidrocarburi, petrolurile au fost clasificate în mai multe tipuri:

1.    petrol parafinos, caracterizat prin procenrul mai ridicat în alcani (până la 78%) aşa cum sunt în general petrolurile americane.

2.    petrol asfaltos, caracterizat prin procentul mai mare de hidrocarburi aromatice (în fracţiunile uşoare) cât şi de substanţe asfaltoase aşa cum sunt petolurile din Caucaz (Rusia).

3.    petrol de tip intermediar, caracterizat prin procentul mare fie de cicloalcani fie de alcani şi hidrocarburi aromatice.

         Această clasificare nu este însă rigidă ci numai de orientare; există şi clasificări după alte criterii.

         Extracţia şi prelucrarea petrolului. Zăcămintele de petrol se exploatează prin foraje, cu ajutorul sondelor. Extracţia petrolului poate avea loc în două situaţii şi anume petrolul poate fi adus la suprafaţă de presiunea gazelor din zăcământ (care, uneori, provoacă erupţii greu de controlat) sau poate fi necesară pomparea, dacă zăcământul nu se găseşte sub presiune ca urmare a epuizării gazelor. După extracţie, petrolul se supune prelucrării. Putem distinge, în linii mari, trei etape principale ale prelucrării ţiţeiului:

-          îndepărtarea impurităţilor care au altă natură chimică decât hidrocarburile;

-          fracţionarea, prin distilare, a amestecului de hidrocarburi (rafinare);

-          prelucrarea chimică a fracţiunilor obţinute prin rafinare.

Gazele naturale. Prin gazele naturale se înţeleg hidrocarburi gazoase provenite din două tipuri de surse: zăcăminte asociate cu cele de petrol în care caz avem de-a face cu gazele de sondă, şi zăcăminte independente, care nu au nici o legătură evidente cu cele de petrol. Cele două tipuri de gaze naturale au în comun faptul că  metanul CH4 , predomină net faţă de toate celelalte coponente ale amestecului. În rest există o deosebire de compoziţie relativ pronunţată: gazele de sondă sunt mai complexe pe când celelalte gaze naturale sunt alcătuite din mai puţine componente.

         Zăcămintele de gaze naturale neasociate cu petrolul reprezintă metan aproape pur (uneori peste 99% puritate). În alte regiuni ale globului alături de metan, se găseşte hidrogen sulfurat (care atinge chiar 15,4% din totalul compoziţiei, în gazul de la Lacq, în sudul Franţei), heliu (S.U.A.), bioxid de carbon şi mici cantităţi de etan, propan şi butan.

         Trebuie menţionat faptul că hidrogenul sulfurat din aceste gaze constituie o sursă industrială de sulf, iar pentru obţinerea heliului, gazele naturale reprezintă singura sursă economică.

         Gazele de sondă conţin proporţii mult mai mari din alcanii cu 2-5 atomi de corbonii (etan, propan, butan, izobutan, pentan şi izopentan). Alături de acestea apar uneori şi mici cantităţi de etenă.

         Toate aceste amestecuri gazoase se găsesc la presiuni foarte ridicate (câteva sute de atmosfere) şi la temperaturi de peste 100o C. Ele se află în stare absorbită în roci poroase, pe care gazele le „îmbibă”. Datorită suprafeţei uriaşe de contact dintter roca poroasă şi gaze şi din pricina presiunii înalte care domneşte în zăcământ, roca poate dezvolta, în condiţii normale volume de gaz care întrec de mii de ori volumul propriu al rocii. O situaţie oarecum asemănătoare se realizează în buteliile cu absorbent poros de acetilenă.

         Extracţia şi prelucrarea gazelor naturale. Zăcăminte de gaze naturale se exploatează prin foraje, urmate de racordarea tubului de sondă, introdus în zăcământ la un sistem de conducte care transportă gazul la consumator, după reducerea corespunzătoare a presiunii. Între acestea se intercalează acolo unde este necesar, instalaţia de epurare a gazului. Aceasta serveşte la îndepărtarea impurităţilor în aşa fel încât în conducte să se trimită metan pur. Trecerea prin soluţii bazice permite reţinerea combinaţilor acide (CO2, şi H2S); condensarea („debenzinarea”), duce la separarea sub formă lichidă a hidrocarburilor cu moleculă mai mare. O altă cale de separare a hidrocarburilor cu număr mai mare de atomi de carbon constă în absorbţia selectivă pe cărbune activ, poros, care fixează moleculele cu atât mai puternic cu cât sunt alcătuite din mai mulţi atomi. La gazele de sondă operaţia de epurare este totdeauna necesară, aceste gaze reprezentând amestecuri mai complexe. Un subprodus important al gazelor de sondă îl costituie butanii care se lichifiază, sub presiune nu prea ridicată, şi se utilizează în butelii drept combustibil casnic („aragaz”) sau se folosesc în ind. chimică (cauciuc).

         Metanul este o substanţă foarte răspândită în natură. El are numeroase întrebuinţări de mare însemnătate economică, astfel că obţinerea lui este o problemă importantă. În practică se foloseşte în primul rând metanul provenind din surse naturale în stare brută sau purificat, în zăcăminte de gaz metan. Metanul se poate obţine şi prin sinteze de elemente sau din carburi metalice. Metanul se formează în numeroase procese de fermentaţie. Materiile organice provenite din plante, animale, sau microorganisme se transformă în metan , atunci când sunt supuse degradării de către anumite bacterii care nu folosesc oxigenul din aer pentru respiraţie. La suprafaţa bălţilor şi mlaştinilor se observă uneori degajarea unor bule de gaz, care, în contact cu o flacără, o mică explozie cu zgomot caracteristic: este metanul format prin putrezirea materiilor organice în nămolul de pe fundul bălţilor. Din acest motiv metanul mai poartă numele de „gaz de bălţi”.

         Metanul este un gaz incolor, fără miros, mai uşor decât aerul. Este foarte puţin solubil în apă (sub 1%), dar solubil în alcool şi eter. Metanul arde cu flacără puţin luminoasă cu degajare de multă căldură (circa 8600kcal/m3 ). Un amestec de metan şi oxigen sau aer explodează în prezenţa unei scântei. Aşa se explică exploziile care se produc umeori în minele de cărbuni, unde se găsesc cantităţi însemnate de metan. Pentru ca amestecul de metan şi aer, numit gaz grizu, să nu producă explozii în mine, lămpile aprinse sunt prevăzute cu pânze metalice, care înconjură flacăra.

         Gazul metan este un combustibil superior cărbunelui şi chiar produselor petroliere; la încălzitul cuptoarelor industriale el prezintă avantaje din punct de vedere tehnic şi economic: putere calorică mai mare, cheltuieli de exploatare şi transport mult reduse, iar cele de depozitare inexistente.

         Etanul , C2H6, se găseşte în mici cantităţi în gazele de sondă (care însoţesc ţiţeiul). Se poate obţine prin hidrogenarea acetilenei. Etanul este un gaz incolor, fără miros puţin solubil în apă; se dizolvă mai bine în alcool. El arde cu flacără slab luminoasă. Cu Cl şi Br formează produs de substituţie.

         Propanul , C3H8 , este un gaz care arde cu flacără mai luminoasă decât etanul. În cantităţi mari se găseşte în gazele de sondă, gazele naturale, precum şi în gazele de la cracarea ţiţeiului. Se lichefiază cu uşurinţă. Propanul este materia primă pentru numeroase produse organice, importante în industrie (produse  de clorurare, de nitrare, de dehidrogenizare).

BIBLIOGRAFIE :