IL PETROLIO

IL PETROLIO

Il petrolio è un liquido infiammabile di colore scuro, con odore caratteristico più o meno pronunciato, composto in prevalenza d'idrocarburi.Già dalla remota antichità si conosceva il petrolio, utilizzato come medicamento, combustibile e olio da ingrassaggio. I Cinesi sono da considerarsi i precursori nell'utilizzazione del gas naturale ottenuto mediante perforazione e convogliato tramite metanodotti realizzati con canne di bambù. Fino al secolo scorso, il petrolio era venduto come medicamento per ogni sorta di mali e ancora oggi lo si ritrova nei prodotti anticalvizie. All'inizio del XIX secolo in Russia e in Romania si cominciò a raffinare il grezzo per ricavarne il petrolio lampante usato per illuminazione; man mano che cresceva la richiesta di petrolio da ardere nelle lampade, si faceva più assillante il problema del ritrovamento del grezzo.Soltanto nel 1859 a Titusville, in Pennsylvania, Drake riuscì a perforare, con il sistema a percussione, il primo vero pozzo petrolifero, impiegando un anno di lavoro per raggiungere la profondità di 23 metri.Le grandi tappe della storia del petrolio furono le seguenti: 1860-l885, periodo del petrolio lampante (tutti gli altri prodotti di distillazione rimanevano inutilizzati); 1885-l900, utilizzazione dei prodotti petroliferi come lubrificanti in sostituzione degli oli vegetali; 1900-l914, inizio dell'utilizzazione della benzina come carburante nel motore a scoppio e intensificazione nella ricerca di giacimenti; 1914-l930, messa a punto della distillazione in continuo, del cracking termico, del recupero dei residui di distillazione e nascita del nuovo sistema di perforazione, il rotary; 1930-l940, utilizzazione del reforming termico, del trattamento ai solventi per migliorare le caratteristiche dei prodotti; dopo il 1940, nascita del reforming e del cracking catalitici.

In un giacimento il petrolio è accomnato da acqua salmastra e gas: al fondo si trova l'acqua, poi il petrolio e il gas. Questi fluidi impregnano gli interstizi e i pori delle argille sabbiose e dei calcari, sotto una pressione che può arrivare fino a 900 ATM e a temperature dell'ordine di 150 C°. Il giacimento è sempre localizzato in strutture geologiche (dette trappole petrolifere) nella cui successione di strati si riscontra una copertura impermeabile (mama o argilla) che impedisce un'ulteriore migrazione del petrolio e dei gas. Le strutture più frequenti sono: l'anticlinale, nella quale il giacimento occupa la sommità ed è chiuso, al di sopra, da roccia impermeabile; la piega ad angolo, in cui il giacimento si trova racchiuso da strati di roccia compatta; la faglia, in cui il giacimento si trova in una monoclinale chiusa da una frattura; la piega diapira, in cui il giacimento si trova in una monoclinale chiusa da una massa di sale a forma di cupola (domo). Quando la migrazione del petrolio non è stata arrestata da una particolare conformazione strutturale del terreno si verificano fenomeni di dispersione e di spontanea fuoruscita di petrolio. Visto in pianta, un campo petrolifero ha generalmente una forma ovale la cui lunghezza, che può arrivare a decine di km nel Sahara e nel Medio Oriente, prevale nettamente sulla larghezza. Secondo i geologi, i giacimenti petroliferi si spingono fino ad una profondità di 15.000 metri nel calcare e di 20.000 metri nelle rocce sedimentarie; maggiore è la profondità del giacimento e più alto è il contenuto di benzina nel grezzo.

Contemporaneamente al pozzo di scoperta vengono trivellati nella zona altri pozzi, per localizzare l'estensione del giacimento; dalla conoscenza dello spessore dello strato, si risale al volume di roccia impregnata di petrolio.

La perforazione, un tempo eseguita col sistema a percussione (periodica caduta di un utensile pesante), è attualmente praticata con il sistema rotary (rotazione di uno scalpello avvitato all'estremità di una serie di aste), e anche con il sistema della turboperforazione (rotazione di uno scalpello azionato da una turbina). Dopo la seconda guerra mondiale si è iniziato lo sfruttamento dei giacimenti sottomarini.

Quando il sistema di perforazione era a percussione, la sonda, giunta allo strato fertile, permetteva al gas e al petrolio di liberarsi e di ascendere violentemente in superficie, per l'elevata pressione. In questo modo, violenti getti di petrolio, gas, acqua e sabbia s'innalzavano nel cielo con enormi perdite e notevole variazione del gradiente di pressione del pozzo. Si estraeva petrolio finchè le forze naturali di spinta erano sufficienti, poi si ricorreva a pompe aspiranti (recupero primario); in seguito si abbandonava il pozzo lasciando nel giacimento la maggior parte di grezzo. Con i sistemi rotary e a turboperforazione, la coltivazione di un pozzo ha raggiunto alte rese. Innanzi tutto si procede a una stima preventiva della capacità del serbatoio per valutare se il pozzo è economico o meno; un pozzo va, infatti, corredato di impianti di debenzinaggio dei gas, serbatoi, oleodotto, strade, spese che devono essere ammortizzate; poi occorre determinare le forze di spinta del pozzo. A tale scopo si introduce il fango nel pozzo petrolifero per contrastare la salinità del grezzo; variando opportunamente la sua densità si giunge a uno stato di equilibrio che consente di calcolare la pressione del giacimento. Il fango ha anche la funzione di portare in superficie i detriti della perforazione che servono allo studio dell'età e dell'ambiente di deposizione degli strati attraversati.

La trasformazione di un pozzo do perforazione in uno estrattivo avviene con l'istallazione del cosiddetto albero di natale. Nel frattempo la colonna di trivellazione viene sostituita dal tubing, particolare tipo di sifone munito di rete per impedire il passaggio di sabbia. Un solo pozzo estrattivo non può evidentemente prosciugare in un tempo ragionevole il petrolio del giacimento; in campo petrolifero vengono quindi perforati diversi pozzi la cui distribuzione areale è studiata in modo da consentire il massimo drenaggio con il minor numero di fori. Il grezzo in uscita dall'albero di natale è separato dall'acqua salata e dal gas e inviato nel serbatoio centrale di raccolta da dove per oleodotto raggiungerà la raffineria o il porto d'imbarco. Il gas in uscita, subito il debenzinaggio, un tempo era in parte bruciato in fiaccole e in parte usato per l'estrazione di nuovo petrolio, mentre oggigiorno è integralmente sfruttato.

I campi petroliferi si trovano, di solito, in regioni interne e quasi sempre al di fuori delle normali vie di comunicazione. Il trasporto terrestre del grezzo avviene mediante oleodotto e ha come meta la raffineria o il porto più vicini; il trasporto via mare è effettuato per mezzo di petroliere. Frutto degli ultimi studi sul trasporto sono i cosiddetti "draghi", involucri di materia plastica che, riempiti di grezzo, vengono trascinati dalle petroliere. I porti di arrivo e partenza sono corredati di serbatoi di stoccaggio di ampia capacità, per far fronte ad eventuali irregolarità di carico e scarico. Il più grande serbatoio del mondo, nel Kuwait, ha una capacità di 100.000 metri cubi. Nel Mar Rosso sono stati utilizzati alcuni serbatoi in materia plastica, galleggianti sul mare; il loro pregio sta nel minor costo e nella minor spesa di installazione.

Il petrolio estratto dai giacimenti terrestri o sottomarini, sottoposto a frazionamento o raffinazione, dà un grandissimo numero di prodotti finiti: gas (gas di raffineria, butano, propano), carburanti (benzina normale, benzina super, gasolio cherosene), combustibili (nafta, olio combustibile), oli lubrificanti, solventi, bitumi, paraffina, vaselina, ecc. Per ottenere dal grezzo prodotti di determinate caratteristiche e per utilizzare con la resa più alta le diverse frazioni si ricorre al complesso di operazioni di trattamento e trasformazione che vengono raggruppate sotto il nome di raffinazione. Un'analisi di laboratorio informa innanzi tutto sulla quantità e qualità dei prodotti finiti che potranno essere ricavati dal petrolio grezzo; un'alta tensione di vapore rivela la presenza di gas, così come una densità e viscosità elevate indicano una bassa percentuale di benzina e un'alto tenore di paraffina e bitume. Contemporaneamente saggi di distillazione permettono di ottenere e analizzare la diversa frazione; il loro studio completo è fatto in "unità pilota", dove sono riprodotte in piccola scala tutta le operazioni di raffinazione: separazione di miscele complesse di idrocarburi, eliminazione dei composti indesiderati (es. zolfo), sintesi di sostanze non contenute nel grezzo. La composizione chimica di un petrolio è in effetti molto variabile: non soltanto la percentuale dei quattro tipi fondamentali di idrocarburi (paraffine, nafteni, olefine, idrocarburi aromatici) differisce da giacimento a giacimento, ma anche la percentuale dei vari composti che, in un modo più o meno completo devono essere eliminati.

I differenti tratta,menti, i catalizzatori usati, le temperature, le pressioni, le percentuali delle miscele e altre variabili operative distinguono due tipi principali di raffinerie: quelle che fabbricano prodotti di grande consumo (carburanti e combustibili) e quelle che elaborano anche oli lubrificanti, paraffine, bitumi, composti speciali. L'operazione fondamentale della raffinazione è la distillazione primari, preceduta dalla desalificazione e dalla decantazione, per separare dal grezzo sali, acqua e solidi in sospensione. Il petrolio preriscaldato a 360 C°, è immerso in una o più colonne a pitti in parallelo, dove viene frazionato in prodotti leggeri, estratti dalla testa della colonna; prodotti intermedi, spillati lateralmente; e un residuo estratto dal fondo. Questa prima distillazione fornisce prodotti che devono subire una serie di distillazioni e trattamenti particolari, prima di essere immessi sul mercato. La benzina leggera dopo la stabilizzazione, cioè l'eliminazione del butano e del propano, utilizzabili come gas liquefatti, viene desolforata. La benzina pesante deve essere sottoposta a reforming per poterla usare nei motori a scoppio. Questa operazione è realizzata sotto pressione e ad alta temperatura in presenza di catalizzatori, solitamente il platino; la reazione è accomnata da una desolforazione ed il prodotto ottenuto è una benzina ad alto contenuto di ottano, detta benzina super. La benzina avio è ottenuta per sintesi di idrocarburi gassosi, l'operazione nota sotto il nome di alchilazione, utilizza come catalizzatori acido solforico e acido fluoridrico; solo le grandi raffinerie producono questo tipo di benzina. Il petrolio lampante o cherosene, un tempo utilizzato solo per illuminazione, in lampade a stoppino, è oggi usato come combustibile e come carburante. Il cherosene grezzo contiene idrocarburi aromatici che lo rendono fuligginoso durante la combustione, con un processo di raffinazione all'acido solforico o all'anidride solforosa, si ottiene il cherosene commerciale usato come carburante per motori a turbina per aviazione. Il gasolio, carburante per motori diesel veloci, è usato tal quale se ottenuto dalla prima distillazione, mentre, se ha subito un processo di cracking per ottenere benzine a buon contenuto di ottano, deve essere raffinato. I residui pesanti di distillazione o del cracking costituiscono gli oli combustibili, utilizzati per il riscaldamento domestico e come combustibili industriali. Questi prodotti devono essere trattati con solventi per estrarre i composti instabili e gli idrocarburi aromatici, pio subiscono la deparaffinazione. I bitumi, usati per rivestimenti impermeabilizzanti e asfaltatura delle sedi stradali, sono ottenuti dal residuo della distillazione sotto vuoto con aggiunta di asfalto ricavato dall'estrazione con propano degli oli lubrificanti.