Aan het einde van dit hoofdstuk weet je:...
- Hoe aardolie ontstaan is;
- Welke stoffen er in aardolie zitten;
- Wat destilatie van aardolie is;
- Wat kraken is.
Veel lees- en kijkplezier !!
Ontstaan aardolie
Onder druk verandert organisch materiaal zoals plantenresten in olie en gas. Olie drijft op het aanwezige water en gas is lichter dan beide. In het reservoir komen deze lagen dus op elkaar te liggen. Door een afsluitende laag gesteente kan de olie niet weg en blijft het bewaard tot wij het oppompen.
Film
Klik op onderstaande link voor een film over het onstaan van aardolie.
Samenstelling aardolie
Aardolie is een vloeibaar mengsel van duizenden koolwaterstoffen.
Aardolie of ruwe olie is een stroperige vloeistof, meestal geelbruin tot soms zwart. Het bestaat uit meer dan honderdduizend verschillende stoffen. Bijna al deze stoffen zijn koolwaterstoffen, met één tot zo’n vijftig koolstofatomen.
We zijn voor bijna de helft van onze energievoorziening afhankelijk van aardolie. Auto’s en vrachtwagens rijden op benzine en diesel gemaakt uit aardolie en elektriciteitscentrales wekken er elektriciteit mee op.
Vrijwel alle chemicaliën en materialen die we dagelijks gebruiken hebben aardolie als grondstof. Denk aan kunststoffen (plastics), maar ook veel kleding, wasmiddelen en medicijnen kunnen niet gemaakt worden zonder aardolie.
De omzetting van aardolie in andere, nuttige producten gebeurt in de petrochemische industrie. In een raffinaderij wordt tijdens het zogeheten kraakproces de ruwe aardolie op moleculair niveau in bruikbare stukken gehakt. Vervolgens vindt scheiding en zuivering plaats via destillatie. De afzonderlijke fracties gaan vervolgens naar de chemische fabriek, de brandstofpomp of de energiecentrale.
Samenstelling aardolie
Soorten aardolie
De belangrijkste marker-crudes en hun relatieve productie. Horizontaal het zwavelgehalte, verticaal de dichtheid in graden API. Hoe hoger, hoe lichter de olie.
De verhoudingen waarin deze bestanddelen zich in de aardolie bevinden, bepalen de kenmerken van een crude:
- de dichtheid, vaak uitgedrukt in graden API:
- het zwavelgehalte, uitgedrukt in massapercentage (%m/m);
- laag zwavelgehalte: sweet;
- hoog zwavelgehalte: sour;
- paraffinegehalte;
- het vloeipunt, de temperatuur waarbij een vloeistof nog net vloeibaar is;
- de viscositeit;
- metaalgehalte;
- koolstofresidu na pyrolyse.
Een hoog zwavelgehalte is vaak ongewenst en om dit te verwijderen zijn aanvullende bewerkingen nodig in het raffinageproces. Sour crudes zijn dan ook vaak goedkoper dan sweet crudes. Zo is er ook meer vraag naar lichtere producten als benzine, zodat light crudes over het algemeen duurder zijn. Hoewel de vraag naar zware olie toeneemt door de grotere vraag naar dieselolie, geldt dat de prijs het hoogst is voor light sweet crudes als Brent en West Texas Intermediate (WTI).
Hoewel dit niet de soorten zijn met de hoogste productie, zijn het met Dubai en het OPEC-mandje wel de belangrijkste benchmarks. Aangezien deze prijzen onderling van elkaar verschillen is het onmogelijk om van dé olieprijs te spreken.
API
De API-dichtheid is een maatstaf van het American Petroleum Institute om een kwaliteit van olie te bepalen. De maatstaf bepaald de dichtheid van de olie ten opzichte van water.
Als de API-dichtheid groter is dan 10, dan is de olie lichter en drijft op het water. Indien het minder is dan 10 dan is de olie zwaarder en zinkt het. Het wordt ook gebruikt worden om verschillende oliesoorten met elkaar te vergelijken, drijft de ene soort boven de ander, dan is de bovenste de lichtste van de twee.
De API-dichtheid wordt uitgedrukt in graden. De API-dichtheid schaal is zodanig ontworpen dat de meeste waarden vallen tussen de 10 en 70 graden API.
Ruwe olie wordt geclassificeerd als licht, medium, zwaar of extra zwaar, afhankelijk van de API-dichtheid.
Destillatie
Om de stoffen uit aardolie te kunnen gebruiken, moeten ze wel worden geïsoleerd. De aardolie moet dus worden gescheiden. Omdat aardolie min of meer vloeibaar is, liggen filtratie en centrifugeren niet voor de hand. Koolwaterstoffen hebben vaak heel vergelijkbare oplosbaarheden (ze mengen allemaal nauwelijks tot niet met water), dus extraheren is ook niet echt een geschikte scheidingsmethode. Een verschil tussen de vele verschillende koolwaterstoffen in aardolie is hun kookpunt. Daarom kan worden gekozen voor indampen of destilleren. Dé scheidingsmethode voor het scheiden van aardolie is destillatie. Men maakt gebruik van destillatietorens (van tientallen meters hoog). Het principe van de aardoliedestillatie is als volgt:
- de ruwe aardolie wordt onderin een destillatietoren gebracht en sterk verhit;
- de meeste stoffen in het mengsel verdampen ( (�")→(g) ) en deze hete dampen stijgen op;
- hoe hoger je in de toren komt, des te koeler is de toren. De dampen koelen dus af;
- stoffen met een hoog kookpunt (hoge kooktemperatuur) komen alweer vrij snel onder hun kookpunt. Deze stoffen condenseren ( (g)→(�") ) dus vrij laag in de toren alweer;
- stoffen met een laag kookpunt condenseren pas, wanneer ze sterk zijn afgekoeld. Dit gebeurt dus pas hoog in de toren;
- stoffen met een héél laag kookpunt (dus stoffen die bij 20ºC, kamertemperatuur, al gasvormig zijn) worden als gas bovenaan de toren apart afgescheiden.
Op deze manier ontstaan op elke hoogte vloeistoffen. Deze stromen naar aftappunten en worden afgetapt. De vloeistof of een bepaalde hoogte is een mengsel. In dit mengsel zitten stoffen met ongeveer dezelfde kookpunten. Zo’n vloeistofmengsel noemt men een aardoliefractie. Een aardoliefractie heeft geen kookpunt (het is immers een mengsel!), maar een kooktraject: de kookpunten van de verschillende stoffen in de fractie liggen tussen bepaalde grenzen. De destillatie van aardolie noemt men gefractioneerde destillatie.
Enkele bekende aardoliefracties met hun kooktrajecten (in ºC) en samenstelling (in aantal Catomen per molecuul) zijn:
- gas (LPG, liquid patrol gas) Tk < 20 C1 – C4
- lichte benzine 20 < Tk < 100 C5 – C6
- nafta 100 < Tk < 150 C6 – C12
- kerosine 150 < Tk < 250 C9 – C16
- gasolie 250 < Tk < 370 C15 – C25
- residu 370 < Tk C25 en hoger
Schematische weergave van een destillatietoren. Fracties met een hoog kookpunt condenseren onderin de toren waar de temperatuur het hoogst is en fracties met een laag kookpunt condenseren bovenin de toren.
In verschillende boeken kun je verschillende grenzen (Tk en/of aantal C-atomen) voor de fracties tegenkomen, maar de algehele trend is overal wel vergelijkbaar. Na afloop van gefractioneerde destillatie worden mengsels en géén zuivere stoffen verkregen.
Bedenk: na de destillatie van aardolie zijn geen nieuwe stoffen verkregen. Het is immers een scheiding van een mengsel. Wanneer een verdere zuivering van een aardoliefractie noodzakelijk is, zal opnieuw een
scheidingsmethode moeten worden ingezet. Opnieuw is dan destillatie de belangrijkste kandidaatmethode
Film
Klik op onderstaande link voor een film over het destilleren van ruwe aardolie.
Kraken
Kraken is een scheikundige techniek die vooral gebruikt wordt bij de verwerking van aardolieproducten. Bij deze techniek worden grotere organische moleculen omgevormd tot moleculen met een lager moleculair gewicht of tot moleculen die betere eigenschappen hebben met betrekking tot de verbranding.
De reactieproducten van het kraakproces hangen sterk af van de temperatuur waarbij de reacties plaatsvinden, als ook van de eventuele gebruikte katalysatoren. De techniek kan echter ook toegepast worden om onverzadigdheden (dubbele bindingen) te introduceren, bijvoorbeeld door kraken van 1-penteen, waarbij etheen en propeen als belangrijkste reactieproducten ontstaan. De kleinere moleculen die bij kraken ontstaan zijn vaak onverzadigd, omdat lichte verzadigde koolwaterstoffen relatief meer waterstofatomen nodig hebben dan in de reactie beschikbaar zijn. Onverzadigde koolwaterstoffen hebben dubbele bindingen, die een goed aanknopingspunt vormen voor vervolgreacties. Hierdoor zijn de producten van het kraakproces goed bruikbaar als grondstoffen in diverse petrochemische processen.
Film
Klik op onderstaande link voor een film over de werking van een kraakinstallatie.
Toets Aardolie
Bronnen
