REPERE PETROCHIMICE Discursul de receptie tinut de dr. ing. Gh. Ivanus la Academia de Stiinte Tehnice din Romania
Data: 15-31 martie 2006
In ziua de 12 ianuarie 2006, in plenul ASTR - Sectia de inginerie chimica si in prezenta a numerosi invitati, dr. ing. Gheorghe Ivanus a sustinut discursul de receptie intitulat „Repere petrochimice“, care a fost urmarit cu un deosebit interes de intreaga asistenta. In replica, prof. dr. ing. Rodica Vilcu, presedintele Sectiei, a dat citire cuvantului de raspuns alcatuit de catre acad. Radu Voinea, presedintele Academiei de Stiinte Tehnice din Romania.
Apreciind ca tema tratata intereseaza un cerc de specialisti mult mai larg decat au putut fi prezenti in sala, redam o sinteza a discursului domnului dr. ing. Gheorghe Ivanus.
Dr. ing. G. Ivan,
secretar stiintific ASTR,
Sectia inginerie chimica
Cuvantul „petrochemicals“ a aparut in anii 1930 - 1940 in SUA, cuvant care se referea la produsele provenite din petrol, in timp ce in Anglia a continuat sa se foloseasca „petroleum chemicals“, in paralel cu denumirea prescurtata de mai sus. Indiferent de numele folosit, cele doua denumiri sugereaza schimbarea materiei prime pentru obtinerea anumitor produse chimice organice.
INCEPUTURILE PETROCHIMIEI
Desi inceputul industriei petrochimice se considera indeobste a fi creatia companiilor americane intre anii 1930 - 1940, companii care dispuneau de bogate rezerve de petrol si gaze in Golf, originea acestei dinamice industrii se regaseste mai curand in Europa si in special in Germania perioadei antebelice.
Multe dintre produsele cunoscute astazi sub denumirea generica „petrochimice“ au fost mai intai obtinute in Germania intre anii 1900 - 1930, dar din alte materii prime decat petrolul, si anume: din chimizarea carbunilor, din gaze de cocserie, din acetilena si din etanol.
In ultimii ani ai acestei perioade, companiile cuprinse in Grupul I.G. Farbenindustrie, format in 1925 prin fuziunea BASF, Hoechst, Bayer, Chemishe Werke Huls si Buna Werke Huls, au dominat industria chimica din Germania, fiind totodata principalul furnizor de carburanti, cauciucuri sintetice si materiale plastice pentru Wehrmacht, in cel de Al Doilea Razboi Mondial.
VAE VICTIS
Dupa capitularea neconditionata a Germaniei in 1945, un numar insemnat de fabrici chimice au cazut in zona de influenta ruseasca – cele din Germania de Est – cum a fost cazul cu Leuna – Merseburg, Schkopau si Wolfen – profilate in special pe ingrasaminte chimice, soda carbonata si productia de metale; iar in zona de influenta a Trupelor Aliate (SUA, Anglia si Franta) au cazut Leverkuesen, Frankfurt si Ludwigshafen, specializate pentru productia de substante chimice organice si materiale plastice. Imediat dupa terminarea ostilitatilor, companiile americane, engleze si canadiene, cu acordul guvernelor respective, au trimis in Germania echipe de experti in chimie, unii dintre acestia fiind inca in haine militare, pentru a „invata“ cum a reusit industria chimica germana sa functioneze si sa furnizeze produse chimice de interes strategic in timpul razboiului.
Echipe combinate de experti militari in chimie din SUA si Canada, sub egida C.I.O.S. – Combined Intelligence Objec-tives Subcommittee, au descins in Germania, unde au inspectat uzinele Buna si Chemische Werske Huels, din Grupul I.G. Farbenindustrie.
Echipe similare de experti au fost trimise in Germania si de Anglia, cu scopul de a culege informatii tehnice despre realizarile germane din domeniul industriei chimice, organizate de BIOS – British Intelligence Objectives Subcommittee – similar cu CIOS, dar formate numai din experti britanici.
In zona de est a Germaniei, evenimentele s-au desfasurat de o maniera mult mai „hotarata“, eufemistic vorbind: ocupantul sovietic a purces la relocarea din Germania – Leuna – in Rusia a unor instalatii petrochimice intregi din domeniul petrochimiei de baza (monomeri, polimeri, elastomeri) si fibre chimice, impreuna cu toata documentatia de proiectare si cu expertii germani necesari pentru operarea instalatiilor relocate.
In alta zona ocupata din est, Romania, sovieticii au procedat intr-un mod formal mai elevat, dar cu aceleasi efecte. Ca urmare a acordului secret incheiat intre Marii Aliati din vara anului 1944 la Moscova, s-a semnat acordul de procentaj prin care tarile din estul si centrul Europei intrau in sfera de influenta a Rusiei si drept urmare Rusia a preluat in cateva luni controlul asupra petrolului romanesc. In 18 iulie 1945, prin decretul lege nr.573 emis de Guvernul Romaniei, publicat in Monitorul Oficial nr.161 din 19 iulie 1945, s-a prevazut ca actiunile petroliere care au apartinut persoanelor fizice sau juridice de nationalitate germana de pe teritoriul Romaniei sa treaca in patrimoniul URSS, pentru acoperirea daunelor de razboi: 11 rafinarii, printre care Concordia, Columbia, Petrol Block, Buna Speranta si altele [3].
Pentru cosmetizarea politicii duse de sovietici in domeniul petrolier, Rusia infiinteaza SOVROMPETROL (1945-1955), care lasa iluzia unui parteneriat cu statul roman in domeniul petrolier, parteneriat in care sovieticii au adus drept contributie numai ceea ce expropriasera de la nemti pe teritoriul romanesc, iar Romania punea la bataie tot petrolul din zacaminte si doua mari rafinarii, Creditul Minier de la Brazi si Redeventa.
SOVROM-urile au reprezentat o spoliere a tarii, fapt semnalat chiar de Gh. Gheorghiu Dej, secretarul general al CC – PC din Romania, in cursul vizitei facute in Romania la 7-8 aprilie 1964 de catre John Gollan, secretar general al CC al Partidului Comunist din Anglia, ocazie cu care a spus: „Noi am avut experienta cu intreprinderile comune cu capitalistii si am avut experienta si cu Uniunea Sovietica. Aici numai Patriarhia nu era SOVROM [...]. Au mers atat de departe, incat au pus chestiunea si au obtinut sa creeze asa-numitele societati mixte romano-sovietice, fara sa aduca niciun fel de capital. Spuneau: sa-mi dati cu chirie, in arenda [...] daca nu iesea beneficiu – si cea mai mare parte din intreprinderi nu dadeau beneficii, era un nivel foarte scazut – trebuia sa luam din buget, sa luam impozite directe sau indirecte si sa alocam o parte din buget pentru a acoperi pierderile, pentru a da beneficii, cum scria in Conventie. Si aceasta suma daca era 100 de lei, de la populatie, o puneam aici, spuneam ca este beneficiu, ii dadeam partenerului 50, luam 50 si ii puneam dincolo. Adica transformam 100 in 50. Era o afacere buna. Poporul nu stia asta. Si trebuia sa laudam aceste intreprinderi [...] “ [ 2 ].
AVANTUL PETROCHIMIEI
Simpla existenta a unor resurse ieftine si bogate de titei si gaze nu se constituie in explicatia majora a dezvoltarii impetuoase a petrochimiei in SUA dupa 1920, mai ales ca petrolul se compune in mare masura din hidrocarburi saturate aromatice si naftenice, mai putin reactive, ca materii prime petrochimice.
Obtinerea materiilor prime petrochimice gazoase si lichide nesaturate s-a putut face numai dupa realizarea instalatiilor corespunzatoare, cum sunt: cracarea termica (Burton - 1912, Dubbs - 1920), piroliza hidrocarburilor (cracare termica la presiune joasa, cu abur, 1925 - Union Carbide - South Charleston), cracarea catalitica in strat fix (Houdry - 1930), cracarea catalitica in strat fluidizat (1942, Baton Rouge - Standard Oil).
Retrospectiv, urmatoarele companii au constituit repere si au avut o contributie majora in dezvoltarea petrochimiei in SUA:
• Union Carbide, pentru lucrarile de pionierat in domeniul fabricarii etilenei si derivatilor petrochimici ai etilenei si propilenei, urmare a experientei anterioare acumulate ca producator de acetilena si gaze tehnice industriale;
• Shell Development Co., pentru industrializarea cercetarilor petrochimice efectuate in laboratoarele Emeryville, California, si constructia primei fabrici de amoniac bazata pe gaz natural, langa rafinaria Martinez din golful San Francisco;
• Dow Chemical Texas Dvision, dupa stabilirea la Freeport si constructia unui complex industrial petrochimic, care a servit ca model pentru alte instalatii petrochimice in Golful Mexic;
• Standard Oil N. J., firma cu cea mai bogata traditie in extractia si prelucrarea petrolului, care a dezvoltat apoi procedeele catalitice, in parte bazate pe know-how obtinut din Germania pentru obtinerea benzinei cu cifra octanica ridicata si pentru dezvoltarile aduse pirolizei hidrocarburilor.
Pana in deceniul 1930, majoritatea rafinariilor de petrol au fost interesate numai in extractia de titei, prelucrarea acestuia in rafinarii si vanzarea de carburanti, combustibili lichizi si uleiuri lubrifiante. A fost, de asemenea, perioada formarii marilor carteluri, incheierii acordurilor pentru schimburile bilaterale de know-how si licente, impartirea pietelor de desfacere si a zonelor de influenta, ceea ce a facut din grupurile petroliere „cluburi restrictive“ pentru descurajarea noilor veniti.
Istoria productiei de etilena a evoluat de la recuperarea acesteia din gazele de cocserie, din gazele de la fabricarea acetilenei prin cracarea oxidativa a gazului metan si, in final, din piroliza fractiunilor de petrol. Interesanta este insa coincidenta dintre evolutia proceselor de obtinere a etilenei si progresele facute de „ingineria chimica“, ca disciplina majora in SUA, in timp ce in alte tari din Europa, aceasta disciplina era impartita intre chimisti, mecanici si constructori. Ingineria chimica a dezvoltat asa-numitele „operatii unitare“ in anii de dinaintea celui de Al Doilea Razboi Mondial, cu accent deosebit asupra procesarii si conversiei fractiunilor de petrol. In anii celui de Al Doilea Razboi Mondial si dupa au fost dezvoltate, printre altele, procese de superfractionare, sisteme complexe de transfer termic si de masa, sistemul de reactii in strat fluidizat, transportul solidelor in faza densa, sisteme de reactie in faza continua – comparativ cu cele anterioare in sisteme discontinui. Aceste tehnici constituie ceea ce numim esenta practicii ingineriei chimice luate in ansamblu, reprezentand o noua forma a stiintei aplicate, ceea ce a conferit companiilor americane un avans pentru o indelungata perioada de timp.
INCEPUTURILE PETROCHIMIEI IN ROMANIA
In Romania anilor 1940, industrializarea gazelor naturale de sonda se limita numai la separarea hidrocarburilor mai grele, care intrau in compozitia produsului comercial denumit gazolina, ceea ce reprezenta numai doua treimi din totalitatea gazelor produse. Restul gazelor, materii prime valoroase pentru chimizare, se evacuau in aer sau, in cel mai bun caz, erau arse. De asemenea, s-au facut unele incercari privind separarea hidrocarburilor lichide destinate incalzitului domestic.
Chimizarea petrolului si a gazelor naturale (gazele de sonda si metanul) s-a facut cu mare intarziere in Romania. In acest sens, merita amintita initiativa luata de Banca Nationala a Romaniei de a finanta si tipari in anul 1939 lucrarea Contributiuni la problema materiilor prime in Romania. Volumul doi cuprinde, sub forma unor rapoarte, date in legatura cu petrolul, colorantii, cauciucul, masele plastice si rasinile naturale.
Cu mult inainte de obtinerea primului brevet in piroliza hidrocarburilor de catre Stone-Webster in Anglia si de descoperirea de catre cercetatorii de la ICI a polietilenei de inalta presiune si a polietilenei de joasa presiune de catre Ziegler-Natla, prof. N. Danaila impreuna cu mai tanarul sau colaborator C. N. Debie publica in 1934 o exceptionala lucrare experimentala, privind obtinerea de concentrate olefinice, bogate in etilena, prin piroliza la temperaturi ridicate a fractiilor petroliere grele din domeniul motorinei.
Cercetarile in domeniul pirolizei hidrocarburilor, in scopul obtinerii olefinelor cu greutate moleculara mica, au continuat in Romania dupa 1970, mai ales la Institutul de Petrol si Gaze, in catedra profesorului V. Vantu, prin studii care se extind sistematic in domeniul hidrocarburilor de la C2 la C12, urmarind aspecte teoretice de cinetica si termodinamica a pirolizei hidrocarburilor pure dar si in amestec.
OLEFINE DIN METANOL MTO
Cercetarile efectuate in Romania de dr. Grigore Pop si colaboratorii pe un mordenit sintetic au condus la o selectivitate de aproximativ 40% a metanolului in etena si propena, la conversie totala a acestuia la o trecere. Procedeul aparea de la inceput viabil, dar dezactivarea la scurt timp a catalizatorului era inca nerezolvata. A urmat un deceniu de intense cercetari de laborator, in cadrul Institutului de Energetica Chimica si Biochimica, si de inginerie de proces, la IPROCHIM -Bucuresti. Au fost cercetate tipuri noi de catalizatori zeolitici si elaborate studii teoretice si de inginerie ale reactiilor de transformare a metanolului, publicate in prestigioase reviste de specialitate din tara si din strainatate. Au fost inregistrate trei brevete de inventie, nr. 87413 (1985), nr. 87685 (1983) si nr. 90762 (1984), prin care au fost recunoscute prioritatile romanesti in ceea ce priveste modificarea catalizatorilor zeolitici cu elemente din grupele V si VI, obtinerea selectiva a xilenilor prin procedeul romanesc mixt, metanol la olefine si hidrocarburi aromatice [183, 184]. Se nastea astfel procedeul romanesc de sinteza a olefinelor cu greutate moleculara mica, cunoscut sub denumirea de procedeul MTO-ZECASIN.
QUO VADIS
Mai bine de 160 de ani, hidrocarburile din petrol au stat la baza civilizatiei omenirii, careia i-au adus cele mai mari servicii, dar si cele mai cumplite razboaie pentru suprematia politica si economica.
O intrebare fireasca se cuvine pusa, si anume „care este viitorul petrolului in general si al prelucrarii titeiului si petrochimiei in special, daca un astfel de viitor va exista cu adevarat si pentru cata vreme?“ [3]
Ca sa raspundem corect la aceasta intrebare ar trebui sa avem in vedere si ceea ce ne-a sfatuit Saint Exupery: „Noi nu mostenim pamantul de la parintii nostri, ci l-am inchiriat pentru copiii nostri.“ Daca am actiona in spiritul acestei sintagme si n-am irosi petrolul pe carburanti si combustibili prin escaladarea unui asa-numit stil de viata ridicat, probabil ca raspunsul ar fi mai usor de dat.
Dr. M. King Hubbert, geofizician, a creat in 1956 un model matematic potrivit caruia cantitatea totala de titei extrasa dintr-un zacamant in timp urmareste o curba de forma unui clopot, care atinge un maximum, dupa care incepe sa coboare, pana la epuizare. Pe baza acestui model a prezis ca extractia de petrol in SUA va atinge un maxim in 1970 si se va epuiza inainte de sfarsitul secolului 21.
Teoria lui Hubbert a facut si face cariera si astazi, fiind aplicata in ultima vreme si pentru gazele naturale, carbuni si alte resurse neconventionale. Ca orice model matematic, acuratetea predictiei este limitata de exactitatea datelor de intrare, cum ar fi consumul de petrol, cantitatea de titei disponibila in zacamant ca rezerva certa etc., in functie de care si predictia este afectata.
Un zacamant se considera epuizat atunci cand costul extractiei de petrol depaseste valoarea titeiului extras, moment in care zacamantul se trece in conservare. Cu tehnica existenta in prezent, pentru un baril de petrol consum energetic se obtin din zacamant cca 10 barili de petrol, functie de zacamant, zona geografica, presiunea in strat, 3 barili din sisturi bituminoase, 9 barili echivalent carbune, 10 barili echivalent energie nucleara, 40 barili echivalent energie solara, 80 barili echivalent energie eoliana si un deficit de 0,5 barili echivalent provenit din utilizarea hidrogenului ca sursa energetica.
La nivelul actual de cunostinte tehnologice, energia solara, eoliana si hidroenergia nu pot acoperi consumul astronomic nici macar al tarilor din vest, deoarece tehnologia utilizarii energiei solare se afla inca in epoca de piatra, energia eoliana nu poate fi recuperata in toate regiunile, iar hidroenergia necesita investitii majore.
CEL DE AL TREILEA VAL
Analisti din domeniul petrolului subliniaza faptul ca industria petroliera se confrunta, printre altele, cu restrictii majore care vin din zona protectiei mediului inconjurator. Primul val de aceasta natura a avut loc in anii 1960-65 sub deviza „aer si apa curate“, cu implicatii energetice majore care au condus la trecerea termocentralelor de la carbuni la pacura, necesitand cantitati sporite de petrol pe termen scurt, fapt care a contribuit in mod determinant la aparitia crizei de petrol din 1973 [2].
Valul al doilea din anul 1979 a fost mult mai concentrat si directionat catre incetinirea dezvoltarii energiei nucleare sau chiar oprirea unor centrale atomoelectrice din Europa.
Cel de al treilea val incepe sa se simta in anul 1980 si inca mai creste in intensitate in zilele noastre, bucurandu-se de un foarte larg suport din partea autoritatilor si societatii civile mai cu seama din Europa si America de Nord, care sunt preocupate de reducerea poluarii aerului, protectia stratului de ozon, decontaminarea apelor fluviale si maritime, combaterea ploilor acide si reducerea cantitatilor de reziduuri solide toxice. Evenimentul major care a catalizat cel de al treilea val a fost insa accidentul de la Centrala Nucleara de la Cernobal din aprilie 1986, din Ucraina, eveniment nefericit care a avut si implicatii politice benefice in Rusia si in Europa de Est prin deschiderea catre „glasnosti“ si „perestroika“.
Petrolul este cu siguranta cel mai de seama poluator al mediului, deoarece prin combustia hidrocarburilor rezulta produse de ardere care conduc la ploi acide, incalzirea globala, reducerea stratului de ozon, poluarea apelor si contaminarea solului.
Din aceasta cauza eforturile de cercetare au fost orientate catre producerea asa-numitilor combustibili ecologici, cum sunt: benzine reformulate, carburanti alternativi, precum metanol, gaz metan, alcooli, biodiesel, metil tertiar butil eter, dimetil eter, si s-au dezvoltat alternative de autoturisme cu actionare electrica, energie solara.
In zilele noastre se simte tot mai mult presiunea exercitata de protectia mediului asupra stilului de viata al concetatenilor nostri de a alege intre „stilul de viata“ specific societatii de consum, bazata pe utilizarea unei varietati de mase plastice, cresterea numarului de autoturisme de lux si „calitatea vietii“, care reflecta eforturile depuse de oameni pentru limitarea consumului de hidrocarburi si protectia mediului.
Exista deja o lupta deschisa intre cei care vor sa utilizeze mecanismele de piata - taxe si impozite - pentru reducerea consumului de carburanti si a poluarii, si cei care sunt partizanii unor masuri traditionale, de reglementare restrictiva.
Doua provocari se afla in actualitate la inceput de secol 21, si anume:
a) In ce masura societatea moderna va putea asigura cresterea economica simultan cu prezervarea valorilor naturale ale mediului ambiant si
b) Cum va fi rezolvata dilema „consumam astazi“ sau „pastram si pentru maine“, cu alte cuvinte generatia 2000 impotriva generatiei 2050-2090.
Aceste optiuni au un impact major asupra utilizarii petrolului si a altor combustibili, lumea avand de ales astazi numai intre combustibilii fosili (petrol, gaze, carbune), energie nucleara, energie hidraulica si un inceput de utilizare a combustibililor proveniti din surse vegetale regenerabile.
In zilele noastre, cand tendinta de folosire a matricelor si sloganelor tinde sa simplifice foarte mult complicatele probleme ale industriei petrochimice, se vorbeste de „maturitatea“ acesteia, sau chiar mai mult, de „declinul“ ei. Sustinatorii tezei apeleaza la comparatia cu evolutia industriei de otel din SUA si Europa de Vest si mai recent si din Japonia, care strabat de mai multa vreme o perioada slaba de competitivitate si eficienta economica pentru care nu se intrevede o posibila recuperare. In contrast, tari precum Brazilia, Coreea de Sud si Taiwan au dezvoltat o puternica siderurgie bazata pe resurse proprii de materii prime, mana de lucru mai ieftina comparativ cu Anglia, Germania si Statele Unite, unde rezervele de carbune si minereu de fier sunt de slaba calitate si necesita costuri de exploatare mai ridicate.
In dorinta de a justifica atributul de maturitate, in lista industriilor asa-numite „ale cosurilor de fum“ a fost inclusa adesea si petrochimia, de catre analistii de mediu. Ciclul de viata al unei industrii – nasterea, dezvoltarea, maturitatea si declinul – provine din similitudinea cu organismele vii.
Maturitatea se atinge atunci cand o industrie obtine vanzari mari fara sa necesite cercetari si investitii costisitoare, sau mai plastic, devine o „vaca de muls“ si profitul poate fi doar „recoltat“.
A caracteriza petrochimia, la nivel mondial, drept o industrie matura si a „cosurilor de fum“ este o eroare, dat fiind ca:
• Cercetari complexe si costisitoare se fac pe scara larga si de multe companii specializate in cataliza, inginerie de proces si materiale de constructii destinate petrochimiei;
• In Europa Centrala si de Est, cu exceptia Romaniei, se fac investitii insemnate in petrochimia de baza, asa cum o dovedesc dezvoltarile din Polonia, Cehia si Ungaria;
• Uriase investitii se fac in petrochimia din zone precum Orientul Mijlociu, China, India, Asia si America de Sud;
• Produsele petrochimice au intrat in viata cotidiana a oamenilor si isi gasesc utilizare in toate ramurile industriale, consumul acestora fiind in continua crestere: plastomeri, elastomeri, fibre sintetice, echipamente casnice, componente auto, aerospatiale, in medicina, in constructii etc.
Faptul ca unele tari devin din exportatoare, importatoare de produse petrochimice, SUA - poliolefine, Europa de Vest -hidrocarburi aromatice si propilena, Romania - care importa aproape totul: stiren, polistiren, ABS, PE, PP, PVC si reducerea productiei petrochimice din Japonia reprezinta situatii conjuncturale si punctuale ori strategii eronate (cum este cazul Romaniei) si nu probeaza declinul acestei industrii.
SURSE BIBLIOGRAFICE
1. Peter H. Spitz, The Rise of an Industry. Petrochemicals, Wiley & Sons, 1988
2. Daniel Yergan, The Prize – The Epic Quest for Oil, Money and Power, Free Press, 2003
3. Gh. Ivanus si colab., Istoria petrolului in Romania, Editura AGIR, 2004
4. Gh. Buzatu, A History of Romanian Oil, Editura Mica Valahie, 2004
5. Rene Sedillot, Istoria petrolului (traducere din franceza), editura Politica, 1979
6. *** Petroleum Technology, 1935
7. Gh. Ivanus si I. Velea, Monomeri de sinteza voi. 1 si 2, Editura tehnica, 1990
8. V. Vantu, Gh. Ivanus si colab., Piroliza hidrocarburilor, Editura tehnica, 1980
9. Gh. Ivanus, Teza de doctorat, Institutul de Petrol si Gaze, Ploiesti, 1979
10. Gh. Ivanus, brevete si publicatii