di  -  lunedì 14 maggio 2012

Dopo avere parlato lungamente del petrolio da un punto di vista storico (1, 2, 3), oggi andremo a discutere in maniera più concreta su questa fonte energetica da un punto di vista tecnico, esaminando i processi e le tecnologie impiegate per l’estrazione e la produzione dei prodotti che quotidianamente impieghiamo nella nostra vita.

PETROLIO – DAL POZZO AL BARILE

Il petrolio si trova in giacimenti nel sottosuolo collocati a profondità variabile ma comunque collocati negli strati esterni della crosta terrestre, sotto forma di una miscela di differente densità, composta spesso da una frazione gassosa ed una liquida, assorbite in rocce porose.

Le condizioni termodinamiche presenti nel sottosuolo, consentono in certi casi una fuoriuscita spontanea degli idrocarburi in quanto la loro densità risulta inferiore rispetto alla roccia circostante, fino all’affioramento superficiale che ne comporta la parziale solidificazione, oltre all’evaporazione della frazione gassosa.

Nel caso in cui attraverso gli strati della crosta terrestre si trovino delle “barriere” costituite da rocce impermeabili, gli idrocarburi vengono ostacolati nella loro risalita e finiscono per formare il giacimento vero e proprio, il quale può essere costituito anche dalla sola frazione gassosa, ed in questi casi ci si riferisce ad essi come giacimenti di gas naturale.

Il gas naturale ed il petrolio comunemente detto sono infatti secondo diversi studiosi il frutto della decomposizione di materiale organico in condizioni termodinamiche particolari, il cui risultato consiste nella formazione di idrocarburi nel sottosuolo.

Il processo di ricerca degli idrocarburi, operato principalmente mediante tecniche di prospezione sismica del sottosuolo, permette di individuare la presenza o meno di un giacimento ad una profondità tale da renderne possibile tecnicamente lo sfruttamento, e successivamente a tale analisi si procede con l’installazione dell’impianto di estrazione.

Poiché i giacimenti possono risultare collocati in territori estremamente differenti tra loro, sono state sviluppate tecnologie sempre più sofisticate e funzionali per permettere l’estrazione degli idrocarburi in tutti questi scenari. ed a profondità sempre maggiori in modo da potere sfruttare un numero superiore di giacimenti rispetto a quelli sfruttabili in precedenza.

Procedendo con l’estrazione si ottiene un prodotto (il greggio) le cui caratteristiche variano visibilmente da giacimento a giacimento, e tale variazione è dovuta alla “storia” del giacimento stesso, ma tali variazioni non comportano sostanziali cambiamenti nelle percentuali dei costituenti principali del petrolio, ovvero il Carbonio e l’Idrogeno, presenti in percentuali rispettivamente di 83÷87% (Carbonio) e 11÷12% (Idrogeno).

Componenti secondari, presenti in percentuali tra la seconda decimale e qualche percento, sono invece:

  • Azoto
  • Ossigeno
  • Zolfo
  • Metalli

A seguito dell’estrazione si ha il processo di raffinazione, il quale si suddivide in varie fasi, discusse nel seguito.

LE FASI DELLA RAFFINAZIONE

Poiché è molto frequente che il petrolio sia presente nel giacimento stratificato insieme ad acqua salata, una prima fase consiste nella decantazione e nella dissalazione del greggio, fase alla quale segue un processo di distillazione frazionata denominato Topping, il quale avviene a pressione atmosferica e permette di suddividere il greggio in una serie di prodotti che si differenziano per intervallo di ebollizione.

Il processo consiste sostanzialmente nel riscaldamento del greggio in un apposito forno e, poiché ciascun prodotto evapora ad una temperatura differente (in realtà si hanno degli intervalli di temperatura), la sua estrazione avviene a differenti altezze della torre (nella zona superiore si estraggono le frazioni gassose mentre in quella inferiore i tagli più pesanti):

Schema di una torre di distillazione

Una fase successiva consiste nella distillazione sotto vuoto, denominata Vacuum, alla quale viene inviata la frazione recuperata dal fondo della torre di Topping, alla quale seguono le fasi di ReformingDesolforazione e Cracking, necessarie per la produzione dei vari sottoprodotti commerciali.

Il risultato della successione di queste fasi (alle quali si aggiungono processi ulteriori. necessari per l’arricchimento delle proprietà dei combustibili) è sostanzialmente l’insieme dei prodotti commerciali derivati dal petrolio che tutti conosciamo, ovvero i combustibili gassosi, quelli liquidi (benzine, gasolio per autotrazione e per riscaldamento, combustibili AVIO), lubrificanti, bitumi, materie plastiche, ecc.

Durante il processo di raffinazione si può decidere (entro certi limiti) se privilegiare un componente piuttosto che un altro, e questa scelta è evidente nella produzione dei combustibili per usi stradali, ovvero il gasolio e la benzina, la cui produzione privilegia in genere il componente maggiormente pregiato sul mercato (ruolo un tempo ricoperto in maniera indiscussa dalla benzina, mentre in tempi recenti insidiato dal gasolio, a causa del massiccio impiego di macchine diesel), ed in base a questo si interviene sulla distillazione.

Con questa descrizione qualitativa della raffinazione del petrolio si conclude anche questo post, vi rinnovo l’appuntamento come di consueto a lunedì prossimo, sempre su AppuntiDigitali, sempre con la rubrica Energia e Futuro.

3 Commenti »

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  • # 1
    Blobay
     scrive: 

    Avevo letto, alcuni anni or sono, un articolo che ipotizzava la nascita del petrolio, non come un prodotto derivato dalla decomposizione di materiale organico, bensì come sottoprodotto di una proliferazione batterica non meglio identificata. Se fosse stato vero, si sarebbe potuto ricreare in ambiente industriale quello che la natura ha elaborato nel sottosuolo millenni fa. E’ vero anche che se c’è del carbonio e dell’idrogeno, da qualche parte devono essere stati prelevati e “denaturati”. Si tornerebbe comunque al materiale organico decomposto, ma in quali condizioni, pressioni e temperature?

  • # 2
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Blobay

    Non saprei risponderti sulle condizioni necessarie, ciò che è certo è che se si ricreassero tali condizioni in laboratorio, il dispendio energetico sarebbe tale da superare l’energia riottenibile, anche se l’eventuale esistenza di batteri che agevolino (svolgendo un qualche processo analogo a quanto avviene nelle piante) tale processo potrebbe permettere un bilancio positivo… comunque da questo punto di vista qualcosa si è riuscita a fare, ed ho letto qualche news (anche se non pubblicazioni scientifiche) a riguardo, ma non saprei dire molto senza prima fare una riflessione adeguata, comunque ne parleremo in seguito

  • # 3
    joe.vanni
     scrive: 

    @Blobay

    In effetti c’è qualche compagnia che si occupa di produrre industrialmente il petrolio partendo da materia organica (biomasse coltivate o di scarto, rifiuti urbani o reflui fognari), in maniera accelerata, non con i tempi molto lunghi della natura.

    I filoni più avanzati sono due: con ceppi di batteri “geneticamente” progettati oppure con catalizzatori anche questi progettati su misura.

    Esistono già sistemi brevettati in vendita ed il campo vede piccole imprese dinamiche, ma anche emanazioni delle grandi compagnie petrolifere.

    I progressi ultimamente somno stati davvero notevoli.

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