Estrazione e produzione di petrolio e gas

Estrazione di gas naturale

Il gas naturale si trova nello strato esterno della crosta terrestre, cioè nella litosfera. È stato creato come risultato della trasformazione di sostanze organiche in diverse condizioni di pressione e temperatura, che va avanti da molti milioni di anni. Il gas naturale è costituito principalmente da metano (CH ₄ ) e dai suoi omologhi (C ₃ -C ₄ ) . La sua composizione dipende fortemente dal tipo di giacimento da cui viene estratto. Naturalmente, oltre al metano e ai suoi omologhi, il gas naturale contiene anche una serie di componenti indesiderati, come azoto, acqua, acido solfidrico o anidride carbonica. In condizioni naturali, il gas può accompagnare il petrolio greggio o trovarsi separatamente. Si presenta principalmente in due forme: come gas liberamente disciolto in acqua o olio, o sotto forma assorbita nelle rocce o nel carbone.

Gas prodotto con metodi industriali

Diversi tipi di gas possono essere ottenuti utilizzando metodi industriali:

a) Gas liquidi – comunemente denominati GPL (gas di petrolio liquefatto). I loro componenti principali sono propano (C ₃ H ₈ ), butano e isobutano (C ₄ H ₁₀ ). Si ottengono principalmente stabilizzando la benzina grezza, il petrolio greggio o trasformando i gas di raffineria provenienti da processi di reforming, cracking e pirolisi. b) Gas di città – ottenuto nelle condizioni di carbonizzazione del carbone a bassa e media temperatura. c) Gas di carbone – prodotto nel processo di degasaggio del carbone ad alta temperatura. d) Gas da gassificazione del carbone – si ottiene agendo sulla lignite o carbone nero con una miscela di vapore acqueo e ossigeno a temperature superiori a 900°C. La sua composizione dipende dalla tecnologia di gassificazione utilizzata. Il fattore economico più importante è la produzione di una miscela di CO e H ₂ (il cosiddetto syngas).

Applicazione e vantaggi dei combustibili gassosi

I combustibili gassosi presentano numerosi vantaggi. Sono caratterizzati principalmente da un’elevata efficienza energetica. Inoltre garantiscono una temperatura di combustione costante, non necessitano di stoccaggio da parte dell’utilizzatore e bruciano senza fumo (senza ceneri ed emissioni di ossidi di zolfo). Il gas naturale è un prezioso vettore energetico e un’importante materia prima nei settori chimico (produzione di syngas), energetico (motori a combustione a pistoni, turbine a gas, generatori), edile (produzione di vetro, cemento e ceramica per l’edilizia) e metallurgico (riscaldamento forni).

Estrazione del petrolio

Scegliere l’ubicazione di un nuovo giacimento petrolifero è un processo molto complicato e costoso. Si inizia con l’esecuzione di indagini sismiche al fine di ricercare strutture geologiche adeguate che possano creare giacimenti petroliferi. A questo scopo vengono utilizzati due metodi di ricerca. La prima prevede di effettuare esplosioni sotterranee nei pressi del deposito e di osservare le reazioni sismiche che permettono di ottenere informazioni sulla sua posizione e dimensione. Il secondo metodo consiste nell’ottenere questi dati dalle onde sismiche naturali.

La prima fase dell’estrazione del petrolio consiste nel scavare un buco profondo nel terreno. Successivamente, nel foro praticato viene inserito un involucro (tubo di acciaio), garantendo la stabilità dell’intera struttura. Nella fase successiva vengono realizzati più fori per consentire un maggiore flusso dell’olio estratto. Per sciogliere gli inquinanti nel pozzo trivellato viene spesso utilizzato l’acido cloridrico , che acidifica efficacemente le formazioni di carbonato e calce e rimuove depositi di incrostazioni, ruggine e carbonite. L’acido cloridrico viene utilizzato anche per rimuovere i residui di cemento rimasti dopo il processo di perforazione. Nella fase successiva, in cima al pozzo viene posizionata un’installazione speciale, a volte chiamata "albero di Natale". Si tratta di un insieme di valvole, tubi e raccordi combinati progettati per regolare la pressione e il flusso di petrolio e gas. Dopo aver collegato l’intero apparato avviene la fase di recupero primario. Per estrarre il petrolio in questo processo vengono utilizzati molti meccanismi naturali, ad esempio il drenaggio per gravità. Il tasso di recupero nella fase primaria di solito non supera il 15%. Con l’ulteriore estrazione, la pressione sotterranea diminuisce e diventa insufficiente per continuare a spostare il petrolio in superficie. A questo punto inizia la fase secondaria di recupero. Esistono molte tecniche per il recupero secondario del petrolio. Di solito comportano la fornitura di energia esterna al giacimento mediante l’iniezione di fluidi (ad esempio acqua) o gas (ad esempio aria, anidride carbonica) per aumentare la pressione sotterranea. Il tasso medio di recupero dopo le operazioni di recupero del petrolio primario e secondario di solito non supera il 45%. L’ultima fase del processo estrattivo è il cosiddetto recupero del terzo ordine, che può essere ottenuto mediante varie tecniche. Il primo riduce la viscosità dell’olio attraverso il riscaldamento termico. La seconda è l’iniezione di gas nel giacimento (iniezione di anidride carbonica). L’ultimo metodo è chiamato inondazioni chimiche. Consistono nel mescolare polimeri densi e insolubili con acqua e iniettarli nel sottosuolo. Il recupero terziario consente un ulteriore 15 %della produzione di petrolio dal giacimento. A causa dell’esaurimento delle riserve di giacimenti petroliferi terrestri, è iniziata la ricerca delle sue risorse sotto il fondo del mare. A questo scopo vengono costruite piattaforme di perforazione, il che è un processo complicato, costoso e dispendioso in termini di tempo: la costruzione della piattaforma mineraria dura solitamente 2 anni. Possono essere fissati permanentemente al fondale (profondità fino a 90 m) oppure galleggianti su appositi galleggianti, fissati con un sistema di ancoraggio. Le piattaforme di perforazione offshore sono solitamente collegate a una rete di diverse dozzine di pozzi che estraggono petrolio da rocce porose. Oltre ad estrarre il petrolio sulla piattaforma di perforazione, questo viene anche separato dal gas. La materia prima così ottenuta viene trasportata attraverso un sistema di condotte ad una raffineria o ad una nave mineraria e di trasbordo. Quindi il petrolio e il gas vengono inviati alla petroliera, che li trasporta a terra. Naturalmente la quantità di petrolio recuperato non dipende solo dalle tecniche di trivellazione utilizzate. I fattori chiave in questo caso sono gli aspetti geologici, come la permeabilità delle rocce, la forza delle spinte naturali, la porosità del giacimento o la viscosità del petrolio stesso.

Lavorazione del petrolio greggio

Il petrolio greggio estratto viene lavorato nelle raffinerie per ottenere carburanti, oli, lubrificanti, asfalti e altri prodotti. Molto spesso, il petrolio greggio viene separato in frazioni senza che venga apportata alcuna modifica chimica ai suoi componenti. In questo modo i gas di raffineria volatili a temperatura ambiente, l’etere di petrolio con punto di ebollizione di 35-60°C, la benzina leggera e pesante, il cherosene, il gasolio con diverso punto di ebollizione e il mazut (cioè un residuo con punto di ebollizione superiore a 350°C ) sono ottenuti. Il petrolio greggio subisce vari processi, come ad esempio:

a) Cracking – consiste nella decomposizione degli idrocarburi alifatici lunghi presenti nel mazut pesante e nelle frazioni petrolifere, in composti con catene più corte presenti nella benzina e nel gasolio. Oltre agli idrocarburi alifatici a catena corta, nel processo si formano anche metano, GPL, idrocarburi insaturi e coke. Il cracking può essere avviato mediante metodi termici, catalitici o mediante radiazioni. b) Reforming – è un processo applicato a frazioni leggere di petrolio o prodotti ottenuti dal cracking al fine di ottenere carburanti ad elevato numero di ottano. Il processo viene condotto in presenza di idrogeno utilizzando catalizzatori al platino molto costosi. Il processo di reforming produce idrogeno, gas di raffineria, GPL nonché isobutano e n-butano. c) Distillazione – ha lo scopo di separare il petrolio greggio in frazioni bollenti in vari intervalli di temperatura. Grazie a questo processo si ottengono frazioni basiche quali: gas secco e umido, benzina leggera e pesante, cherosene, gasolio, mazut e gudron. d) Alchilazione – questa è la reazione delle olefine con l’isobutano, con conseguente formazione di isoparaffine con peso molecolare e numero di ottano più elevati. Nel processo di alchilazione, l’acido solforico può essere utilizzato come catalizzatore. e) Pirolisi – processo di degradazione effettuato senza ossigeno a temperature molto elevate. Viene utilizzato per scomporre le frazioni petrolifere pesanti in benzina pirolitica, oli e catrame.

L’offerta del Gruppo PCC per l’industria mineraria

Per migliorare l’estrazione del petrolio e la sua lavorazione, l’uso di vari prodotti chimici è di fondamentale importanza. La lisciva di soda viene utilizzata nella raffinazione del petrolio greggio, degli oli minerali, della pece, del bitume e dell’estrazione del gas di scisto. L’idrossido di sodio nel gruppo PCC viene prodotto mediante un processo di elettrolisi a membrana e fornito sotto forma di soluzione con una concentrazione di ca. 50%. Un’altra applicazione dell’idrossido di sodio nell’industria mineraria è il trattamento delle acque reflue e dei prodotti liquidi di coke.

Un importante gruppo di prodotti di grande utilità nell’estrazione e nella produzione di petrolio e gas sono i tensioattivi. I tensioattivi riducono la tensione interfacciale tra petrolio greggio e roccia. Ciò riduce le forze di adesione e ulteriore petrolio può essere rilasciato dal giacimento petrolifero. I tensioattivi sono utilizzati anche come mezzo per ridurre i danni ecologici derivanti dalla lisciviazione del petrolio e di altri prodotti petroliferi. Possono essere utilizzati anche per pulire serbatoi e recipienti necessari al trasporto della materia prima estratta.

Uno dei gruppi più importanti di tensioattivi utilizzati nei preparati detergenti sono gli alchileteri solfati offerti dal gruppo PCC nella serie SULFOROKAnol . Questi prodotti, grazie al loro carattere anionico, funzioneranno bene in formulazioni con altri tensioattivi anionici, non ionici e anfoteri. Le loro proprietà lavanti, emulsionanti e schiumogene li rendono utili come ingredienti in formule che puliscono diverse superfici. Anche l’acido alchilbenzensolfonico (ABS) e i suoi sali, ad esempio ABSNa , hanno un uso simile. L’acido ABS/1 appartiene al gruppo dei tensioattivi anionici. A causa della sua solubilità nel petrolio greggio, può essere un elemento di agenti ausiliari utilizzati per l’estrazione e la lavorazione del petrolio. Inoltre l’acido ABS/1 , grazie alle sue proprietà detergenti, viene utilizzato per processi di pulizia e sgrassaggio, ad esempio, di cisterne e navi. I prodotti per la pulizia utilizzati nell’industria petrolifera possono includere anche i prodotti della serie ROKAmid . Sono caratterizzati dalla capacità di creare schiuma densa e stabile, anche in piccole concentrazioni. Grazie alla loro forma liquida, i prodotti ROKAmid facilitano notevolmente tutte le operazioni legate al loro stoccaggio, trasporto ed erogazione. Il successivo gruppo di prodotti necessari nei processi di estrazione di petrolio e gas sono gli emulsionanti. Sono utilizzati nei metodi industriali di disidratazione e desalinizzazione del petrolio. Questi processi si basano sul riscaldamento dell’olio con l’aggiunta di emulsionanti in un dispositivo chiamato elettrodisidratatore. La miscela così riscaldata viene forzata attraverso lo spazio del sistema di elettrodi concentrici. Le gocce d’acqua si deformano, perdono il loro carico e sono più facili da unire tra loro, quindi si separano dall’olio. Il petrolio greggio disidratato e desalinizzato può essere sottoposto ad ulteriore lavorazione. Ideali come emulsionanti nei processi industriali di disidratazione e desalinizzazione sono i prodotti ROKAnol . Si tratta di tensioattivi non ionici appartenenti al gruppo degli alcossi alcoli grassi. I prodotti ROKAnol possono essere utilizzati in un ampio intervallo di temperature, nonché in ambienti acidi, neutri e leggermente alcalini. Possono anche far parte dei detergenti sgrassanti utilizzati nell’industria petrolifera. Ottime proprietà emulsionanti sono mostrate anche dai derivati ​​etossilati dell’estere del sorbitano, come ROKwinol 60 e ROKwinol 80 . Questi prodotti possono essere componenti di fluidi di perforazione utilizzati nella produzione petrolifera. D’altro canto, gli esteri di sorbitano, come ROKwin 60 e ROKwin 80 , possono essere utilizzati nella perdita di sostanze petrolifere nelle acque come agenti disperdenti.