Il processo di estrazione del petrolio è estremamente costoso e richiede molto tempo. Richiede una serie di misurazioni, test, campionamenti e infine pozzi di trivellazione per confermare la presenza della materia prima. Naturalmente, ci sono una serie di difficoltà, come la porosità della roccia o la viscosità del substrato stesso. In passato, solo il 10 %della materia prima veniva estratto dal giacimento scoperto, lasciando il resto sottoterra. Grazie alle moderne tecnologie di estrazione, il grado di recupero del petrolio greggio e del gas naturale è aumentato a oltre il 60%.
Estrazione di gas naturale
Il gas naturale si trova nello strato esterno della crosta terrestre, ovvero la litosfera. È stato creato come risultato della trasformazione di sostanze organiche in diverse condizioni di pressione e temperatura, che si sono verificate per 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, idrogeno solforato o anidride carbonica.
In condizioni naturali, il gas può accompagnare il petrolio greggio o presentarsi separatamente. Si presenta principalmente in due forme: come gas liberamente disciolto in acqua o petrolio, o nella forma assorbita in rocce o carbone.
Gas prodotto con metodi industriali
Diversi tipi di gas possono essere ottenuti utilizzando metodi industriali:
a) Gas liquidi – comunemente noti come 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 benzina grezza, petrolio greggio o elaborando gas di raffineria da processi di reforming, cracking e pirolisi.
b) Gas di città – ottenuto nelle condizioni di carbonizzazione a bassa e media temperatura del carbone.
c) Gas di carbone – prodotto nel processo di degassamento del carbone ad alta temperatura.
d) Gas da gassificazione del carbone – si ottiene agendo su carbone marrone 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, forniscono una temperatura di combustione costante, non richiedono stoccaggio per l’utente 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 nell’industria: chimica (produzione di syngas), energia (motori a combustione a pistoni, turbine a gas, generatori), edilizia (produzione, vetro, cemento e ceramica da costruzione) e metallurgia (forni di riscaldamento).
Estrazione del petrolio
La scelta della posizione di un nuovo giacimento petrolifero è un processo molto complicato e costoso. Inizia con l’esecuzione di indagini sismiche per cercare strutture geologiche appropriate che possano creare depositi di petrolio. A questo scopo vengono utilizzati due metodi di ricerca. Il primo prevede di effettuare esplosioni sotterranee vicino al giacimento e osservare le reazioni sismiche che consentono di ottenere informazioni sulla sua posizione e dimensione. Il secondo metodo consiste nell’ottenere questi dati da onde sismiche naturali.
La prima fase dell’estrazione del petrolio consiste nel praticare un foro profondo nel terreno. Successivamente, nel foro praticato viene inserito un rivestimento (tubo di acciaio), che garantisce la stabilità dell’intera struttura. Nella fase successiva, vengono praticati altri fori per consentire un maggiore flusso del petrolio estratto. Per sciogliere gli inquinanti nel pozzo praticato, spesso viene utilizzato acido cloridrico , che acidifica efficacemente le formazioni di carbonato e calce e rimuove i depositi di calcare, ruggine e carbonite. L’acido cloridrico viene utilizzato anche per rimuovere il cemento residuo rimasto dopo il processo di perforazione. Nella fase successiva, viene posizionata un’installazione speciale nella parte superiore del pozzo, a volte chiamata "albero di Natale". Si tratta di un set di valvole, tubi e raccordi combinati progettati per regolare la pressione e il flusso di petrolio e gas.
Dopo il collegamento dell’intero apparato, avviene la fase di recupero primaria. 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 un’ulteriore estrazione, la pressione sotterranea diminuisce e diventa insufficiente per continuare a spostare il petrolio in superficie. A questo punto inizia la fase di recupero secondario.
Esistono molte tecniche per il recupero secondario del petrolio. Di solito comportano la fornitura di energia esterna al giacimento iniettando fluidi (ad esempio, acqua) o gas (ad esempio, aria, anidride carbonica) per aumentare la pressione nel sottosuolo. Il tasso di recupero medio dopo le operazioni di recupero primario e secondario del petrolio di solito non supera il 45%. L’ultima fase del processo di estrazione è il cosiddetto recupero di terzo ordine, che può essere ottenuto utilizzando varie tecniche. La prima di esse riduce la viscosità del petrolio tramite 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 %di produzione di petrolio dal giacimento.
A causa delle riserve finali dei giacimenti petroliferi terrestri, è iniziata la ricerca delle sue risorse sotto il fondale marino. A questo scopo, vengono costruite piattaforme di perforazione, il che è un processo complicato, costoso e che richiede molto tempo: la costruzione della piattaforma mineraria dura solitamente 2 anni. Possono essere fissate in modo permanente al fondo (profondità fino a 90 m) o alla deriva su galleggianti speciali, fissati con un sistema di ancoraggio. Le piattaforme di perforazione offshore sono solitamente collegate a una rete di diverse decine di pozzi che estraggono petrolio da rocce porose. Oltre a estrarre petrolio sulla piattaforma di perforazione, viene anche separato dal gas. La materia prima così ottenuta viene trasportata tramite un sistema di condotte a una raffineria o a una nave mineraria e di trasbordo. Quindi petrolio e gas vengono inviati alla petroliera, che lo trasporta a terra.
Naturalmente, la quantità di petrolio recuperato non dipende solo dalle tecniche di perforazione utilizzate. I fattori chiave in questo caso sono gli aspetti geologici, come la permeabilità della roccia, la resistenza 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. Nella maggior parte dei casi, il petrolio greggio viene separato in frazioni senza una modifica chimica dei suoi componenti. In questo modo si ottengono gas di raffineria volatili a temperatura ambiente, etere di petrolio con un punto di ebollizione di 35-60 °C, benzina leggera e pesante, cherosene, gasolio con diversi punti di ebollizione e mazut (ovvero un residuo con un punto di ebollizione superiore a 350 °C).
Il petrolio greggio subisce vari processi, come:
a) Cracking – consiste nella decomposizione di idrocarburi alifatici lunghi presenti nelle frazioni pesanti di mazut e petrolio, 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 con metodi termici, catalitici o tramite radiazioni.
b) Reforming – è un processo applicato a frazioni di petrolio leggero o prodotti ottenuti dal cracking per ottenere carburanti con un numero di ottano elevato. Il processo viene eseguito 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 che ebolliscono in vari intervalli di temperatura. Grazie a questo processo si ottengono frazioni basiche, come: gas secco e umido, benzina leggera e pesante, cherosene, gasolio, mazut e gudron.
d) Alchilazione – è la reazione delle olefine con l’isobutano, che porta alla 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 eseguito senza ossigeno a temperature molto elevate. Viene utilizzato per scomporre le frazioni di petrolio pesante 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 soda caustica è utilizzata nella raffinazione del petrolio greggio, degli oli minerali, della pece e del bitume e nell’estrazione del gas di scisto. L’idrossido di sodio nel gruppo PCC è prodotto tramite un processo di elettrolisi a membrana e fornito sotto forma di soluzione con una concentrazione di circa il 50%. Un’altra applicazione dell’idrossido di sodio nell’industria mineraria è il trattamento delle acque reflue e dei prodotti di coking liquidi.
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 dal giacimento petrolifero può essere rilasciato ulteriore petrolio. I tensioattivi sono anche utilizzati come mezzo per ridurre i danni ecologici derivanti dalla lisciviazione di petrolio e di altri derivati del petrolio. Possono anche essere utilizzati per pulire serbatoi e recipienti necessari per il trasporto della materia prima estratta.
Uno dei gruppi più importanti di tensioattivi utilizzati nelle preparazioni detergenti sono gli alchil etere 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. Grazie alla 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, è utilizzato per processi di pulizia e sgrassaggio, ad esempio di cisterne e navi. I prodotti per la pulizia utilizzati nell’industria petrolifera possono anche includere la serie di prodotti ROKAmid . Sono caratterizzati dalla capacità di creare una schiuma densa e stabile, anche in piccole concentrazioni. Grazie alla loro forma liquida, i prodotti ROKAmid facilitano notevolmente tutte le operazioni relative al loro stoccaggio, trasporto e distribuzione.
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 del petrolio con l’aggiunta di emulsionanti in un dispositivo chiamato elettro-disidratatore. 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 combinare tra loro, quindi si separano dal petrolio. Il petrolio greggio disidratato e desalinizzato può essere sottoposto a 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 alcoli grassi alcossilici. I prodotti ROKAnol possono essere utilizzati in un’ampia gamma di temperature, così come in ambienti acidi, neutri e leggermente alcalini. Possono anche essere parte di agenti sgrassanti utilizzati nell’industria petrolifera.
Ottime proprietà emulsionanti sono inoltre esibite da derivati di esteri di sorbitano etossilati, come ROKwinol 60 e ROKwinol 80. Questi prodotti possono essere componenti di fluidi di perforazione utilizzati nella produzione di petrolio. 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.
