Przemysł energetyczny - nafta i gaz cz. 2

W XX wieku lampy naftowe zostały wyparte przez oświetlenie elektryczne. Ale wydobycie ropy naftowej bynajmniej nie spadło. Wraz z wynalezieniem silnika spalinowego oraz postępującym rozwojem motoryzacji coraz większe znaczenie miały inne frakcje - lżejsze od nafty benzyny, oraz cięższe - oleje napędowe i smarownicze.

* * *

Na pomysł silnika tłokowego o spalaniu wewnętrznym wpadł po raz pierwszy major armii szwajcarskiej Isaac de Rivaza inspirując się lufą pistoletu i pociskiem jako tłokiem. Jako paliwo zastosował on mieszankę gazu świetlnego z powietrzem. Jednak zbudowany przez niego w 1807 prototyp uległ zniszczeniu i o wynalazku tym na wiele lat zapomniano. Pracujący silnik na gaz świetlny po raz kolejny zbudował francuz Lenoir Etienne dopiero w 1860 roku. Silnik miał konstrukcję zbliżona do silnika parowego. Zapłon następował od iskry elektrycznej. Niestety silnik ten miał znikomą moc i sprawność cieplną (poniżej 2%) co było spowodowane brakiem sprężania – po wtłoczeniu mieszanka była od razu zapalana przy niewysokim ciśnieniu.

Rysunek silnika gazowy Otta z 1876 roku
Ilustracja: wikipedia

Niedoskonałość tę usunął niemiecki samouk Nikolaus Otto (wykorzystując w praktyce ideę wysuniętą przez francuza Alphonse’a de Roche - obiegu czterosuwowego). Opracowany w 1876 roku silnik pracował w cyklu ssanie-sprężanie-spalanie-wydech. Pomimo iż suw pracy następował raz na dwa obroty to silnik ten pracował płynnie i generował sporą jak na owe czasy moc – 8KM. Wszystkie spalinowe silniki tłokowe produkowane od tej pory pracowały właśnie w tym cyklu i są nazywane silnikami Otta. Rok przed Ottem podobny silnik zbudował Siegfried Marcus z tym że zamiast mieszanki gazu z powietrzem zastosował on nowość – mieszankę benzynowo - powietrzną. I właśnie to nowe, tanie paliwo – benzyna spowodowała że silniki spalinowe szybko zyskały popularność nie tylko w maszynach stacjonarnych ale również do napędu pojazdów.

W 1892 roku Rudolf Diesel skonstruował silnik o nieco zmienionej konstrukcji i zasadzie działania. Chciał on zbudować silnik wewnętrznego spalania na dowolne paliwo - w tym również na miał węglowy. W praktyce jego wysokoprężny silnik o zapłonie samoczynnym był zasilany frakcją cięższą od nafty, nazywaną od tamtej pory olejem napędowym.

Cyklonetka "Phanomobil" Leopolda Jabłońskiego w Krakowie w 1909 roku.
Pojazdy 3-kołowe były w początkach motoryzacji bardzo rozpowszechnione
- pierwszy samochód Benza również miał 3 koła…
Ilustracja z książki "Cracovie Automobile"

Jeden z pierwszych pojazdów napędzanych silnikiem spalinowym zbudował w 1886 roku współpracownik Otta - Gottlieb Daimler. Niezależnie swój samochód opracował inny niemiecki pionier motoryzacji Karl Benz. Benz w swoim pojeździe zastosował również szereg innych wynalazków – mechanizm różnicowy, sprzęgło czy gaźnik (urządzenie do wytwarzania mieszanki benzyny z powietrzem – ekwiwalentu gazu). Obaj wynalazcy założyli własne firmy produkujące samochody (firmy Daimlera i Benza połączyły się w 1926 roku tworząc przedsiębiorstwo Mercedes-Benz). Z początkiem XX wieku w Europie i USA istniało już wiele firm produkujących ale na skalę jednostkową samochody. Przełomem było rozpoczęcie w 1908 roku przez Henry’ego Forda w USA produkcji seryjnej samochodów. Jego Ford model "T" produkowano przez 20 lat w ilości ponad 15 mln. egzemplarzy.

Polski przemysł naftowy w okresie międzywojennym

W latach 20-tych z galicyjskich złóż pozyskiwano nawet 700 tys. ton ropy rocznie co stawiało Polskę na trzecim miejscu w Europie (za Związkiem Radzieckim i Rumunią). Niestety złoża karpackie powoli się wyczerpywały - w 1938 roku wydobycie wyniosło już tylko niespełna 500 tys. ton. Niezbyt korzystne, odziedziczone po Austrii prawodawstwo powodowało że pola naftowe były bardzo rozdrobnione. Nowe odwierty  powstawały rzadziej za to starano się eksploatować te już istniejące za pomocą pompowania.

Kiwony pompowe – drewniany i stalowy napędzane grupowo liną.
Eksponaty z Muzeum Przemysłu Naftowego i Gazownictwa w Bóbrce

Początkowo, jeszcze z końcem XIX wieku, pompowanie odbywało się ręcznie, później wykorzystywano do tego maszynę parową. Jedna maszyna napędzała wiele kiwonów pompowych za pomocą specjalnych kieratów i lin napędowych. W XX wieku maszyny parowe zastąpione zostały silnikami spalinowymi na gaz. 

Kierat pompowy. W ceglanym budynku znajdowała się maszyna parowa.
Eksponat z Muzeum Przemysłu Naftowego i Gazownictwa w Bóbrce

W okresie międzywojennym działała w Polsce około trzydziestu rafinerii - najwięcej w Drochobyczu (m.in. "Nafta","Dros"), Borysławiu ("Polmin", "Galicja"), Kołomyji czy Lwowie ("Gazy Ziemne") ale także w Ustrzykach Dolnych, Limanowej, Gorlicach ("Glimar"), Jaśle ("Jedlicze"), Libuszy ("Standard Nobel"), Czechowicach, Dziedzicach i Trzebini. Przemysł naftowy na terenie Polski w dużej mierze był obcą własnością, jedyną państwową rafinerią był "Polmin". Zdarzało się że w okresie niskiej koniunktury właściciel zawieszał działalność a nawet likwidował przedsiębiorstwo. Rafinerie zatrudniały od kilkudziesięciu pracowników w przypadku najmniejszych do ponad 500 w przypadku tych dużych. Także ich produkty bywały zróżnicowane.

Rafineria ropy naftowej w Dziedzicach - widoczna bocznica kolejowa z cysternami.
Ilustracja: NAC

Produkty naftowe

Przez długi czas głównym produktem przemysłu naftowego była nafta oświetleniowa. Aby zwiększyć wydajność produkcji poszerzano granice wrzenia odbierając frakcje od 100stC do nawet 300stC. W handlu znajdowały się różne gatunki o różnym ciężarze właściwym (od 0,78 do 0,93 G/cm3 oraz stopniu oczyszczenia. W dwudziestoleciu znormalizowano produkty naftowe dzieląc je na trzy gatunki: naftę silnopłonną do lamp żarowych, naftę zwyczajną do lamp zwykłych oraz naftę ciężką do napędu silników i czyszczenia maszyn.

Lżejsza od nafty frakcja - o temperaturze wrzenia poniżej 150stC - nazwana benzyną początkowo nie znajdowała większego zastosowania (używano ją m.in. jako rozpuszczalnika do farb). Dopiero wynalazek i rozpowszechnienie się silników spalinowych diametralnie zmienił sytuację. Wg klasyfikacji z 1937 roku benzyny dzielono na gazolinę, benzynę lotniczą, benzynę samochodową i benzynę traktorową normalizując zawartość poszczególnych frakcji.

Nieistniejąca bocznica nieistniejącej rafinerii w Libuszy koło Gorlic.
Ilustracja: NAC

Drugim "produktem odpadowym" w początkach przemysłu naftowego były tzw. oleje gazowe - frakcje pomiędzy 200stC a 400stC. Próbowano ich używać do celów oświetleniowych jednak dopiero wynalazek silnika wysokoprężnego (Diesla) znacznie zwiększył zainteresowanie tą frakcją, którą zaczęto nazywać olejem napędowym. Frakcje cięższe zwyczajowo były używane do smarowania. Jednak przemysł i kolejnictwo dość długo broniły się przed szerszym zastosowaniem olejów i smarów mineralnych preferując oleje roślinne i zwierzęce. Dopiero rozwój motoryzacji następujący w XX wieku znacznie zwiększył zapotrzebowanie na środki smarownicze. Oleje klasycznie klasyfikowano pod względem gęstości na: wrzecionowe, maszynowe, transformatorowe, turbinowe, sprężarkowe, silnikowe i cylindrowe (do maszyn parowych).

Produkt będący pozostałością po procesie destylacji to asfalt. Przez długi czas nie znajdował on zastosowania. Dopiero dziury wyrywane z dróg bitych przez samochody wymusiły konieczność stosowania lepiszcza w drogownictwie i stąd pomyślne próby zastosowania asfaltu. Jednak szersze zastosowanie asfaltów w Polsce nastąpiło dopiero w latach 30-tych. W Krakowie pierwszą nawierzchnię bitumiczną Limbit produkcji rafinerii Polmin otrzymał most Piłsudskiego w 1932 roku.

Stacja benzynowa na rynku głównym w Krakowie

W okresie międzywojennym działało w Polsce wiele firm naftowych zajmujących się transportem, magazynowaniem i dystrybucją produktów naftowych. Stacje benzynowe prowadziły takie firmy jak Polmin, Karpaty, Galicja, Standard-Nobel Gazolina czy Petrolea. Jednak zapotrzebowania na paliwa nie było zbyt wielkie na co wpływ miała stosunkowo niska ilość pojazdów silnikowych - w 1938 roku w całym kraju było zarejestrowanych zaledwie 55 tys. pojazdów samochodowych. Sprzedawano za to sporo nafty oświetleniowej (ok 1/5 całej produkcji) co było związane z niskim stopniem elektryfikacji kraju.

II wojna światowa

We wrześniu 1939 nastąpił podział terytorium Polski na dwie części - wschodnią radziecką i zachodnią - niemiecką. Podczas niemieckiej okupacji cały przemysł naftowy został przejęty przez niemieckie koncerny a ich produkcja służyła przede wszystkim zaopatrzeniu na potrzeby prowadzonych przez Niemców działań wojennych.

Autobus miejski (dla urzędników niemieckich Chevrolet 183 FS przy obecnej ulicy Sienkiewicza w Krakowie.
Widoczna przyczepka z generatorem gazu drzewnego.
Ilustracja: NAC

Z uwagi na rezerwacje benzyny na potrzeby armii, na zapleczu frontu, w samochodach masowo stosowano wówczas zasilanie gazem drzewnym (tzw. Holcgaz). Gaz ten (mieszanina wodoru, tlenku węgla, metanu i azotu) był wytwarzany w procesie zgazowania drewna z klocków drewna w specjalnym generatorze, przypominającym bojler zazwyczaj przymocowanym do pojazdu.

Okres powojenny

W obliczu zbliżającego się frontu w 1944 roku urządzenia rafineryjne demontowano i wywożono koleją do Niemiec. Jeszcze w czasie trwania II wojny światowej, w lipcu 1944 roku "rząd lubliński" powołał państwową instytucję, której zadaniem było zabezpieczenie ocalałej infrastruktury naftowej. Po wojnie trwał intensywny proces rekwizycji i odbudowy przemysłu naftowego, w którym zaszły spore zmiany - przede wszystkim nacjonalizacja - powołano Polski Monopol Naftowy.

W 1945 roku powstał Centralny Zarząd Przemysłu Naftowego a w 1959 roku powołano Zjednoczenie Przemysłu Naftowego, które w 1976 połączono ze zjednoczeniem przemysłu Gazowniczego tworząc Zjednoczenie Górnictwa Naftowego i Gazownictwa. Oprócz zmian organizacyjnych spore zmiany zaszły także w technologii wydobycia i przetwórstwa ropy naftowej. Początkowo, jak dawniej, stosowano wiercenia udarowe ale już od 1947 roku przy użyciu sprzętu otrzymanego w ramach UNRRA rozpoczęto stosować nowoczesne wiercenia obrotowe. Ta technologia z końcem lat 50-tych stała się dominującą metodą wierceń.

Wieże wiertnicze - ekspozycja w Muzeum Przemysłu Naftowego i Gazownictwa w Bóbrce

Z czasem niezbędne urządzenia - wiertnie i świdry produkowano również w krajowych fabrykach m.in fabryce Glinik w Gorlicach oraz Naftomet w Krośnie. Do eksploatacji istniejących odwiertów zaczęto używać indywidualnych żurawi pompowych (kiwonów) o napędzie elektrycznym.

Kiwon o napędzie elektrycznym - ze zbiorów Muzeum Przemysłu Naftowego i Gazownictwa w Bóbrce

Nowe produkty z ropy naftowej

Z uwagi na stale zwiększający się popyt na benzynę opracowano technologię krakingu polegającą na rozbijaniu długich łańcuchów węglowodorów ciężkich frakcji ropy tak aby otrzymać krótsze charakterystyczne dla benzyny. Już przed wojną instalacja krakingu termicznego była użytkowana w w Czechowicach i w Drohobyczu. Po wojnie rozpowszechnił się wydajniejszy kraking katalityczny.

Instalacja krakingu termicznego systemu "Cross" w rafinerii "Galicja" w Drohobyczu
Ilustracja z książki "Historia polskiego przemysłu naftowego"

Drugim istotnym procesem jest reformowanie benzyny polegające na zmianie typu węglowodorów wchodzących w jej skład, na takie które zapewniają spalanie bezstukowe – wyższą liczbę oktanową. Aby podwyższyć liczbę oktanową dodawano do benzyny dodatki przeciwstukowe z których największą popularność zyskał czteroetylek ołowiu. Benzynę z dodatkiem czteroetylku ołowiu nazywano etyliną. Jednak z uwagi na wysoką toksyczność od lat 80-tych powoli odstępowano od jego stosowania zastępując go innymi dodatkami – takie paliwo nazwano benzyną bezołowiową.

W okresie powojennym w Polsce dostępne były benzyny BS55 BB60 oraz etyliny 66, 70, 76, 80 (numer w oznaczeniu to liczba oktanowa), W latach 60-tych etyliny występowały w odmianach 78 i 94, a w latach 70-tych podniesiono liczbę oktanową tańszej etyliny na 86.

Stacja benzynowa CPN z logiem obowiązującym w latach 1944-1950.
Ilustracja z książki "Historia polskiego przemysłu naftowego"

W okresie powojennym w Polsce działało tylko kilka rafinerii: Gorlice, Jedlicze, Jasło, Czechowice-Dziedzice, Trzebinia i Gdańsk. Z uwagi na zwiększające się stale zapotrzebowanie na produkty naftowe z końcem lat 50-tych podjęto decyzję o budowie nowej, dużej rafinerii, którą postanowiono zlokalizować w Płocku. Na tę lokalizację miały wpływ m.in. korzystne położenie w centrum kraju z dostępem do sieci drogowej, kolejowej oraz szlaku wiślanego. Ponadto woda z Wisły była potrzebna do procesów technologicznych zakładu.

Rafineria w Płocku
Ilustracja: wikipedia

Inwestycję zrealizowano w latach 1960-65. Oprócz rafinerii i zakładu petrochemicznego zbudowano też odcinek rurociągu dostarczającego surowiec - ropę naftową z ZSRR. Obecnie zakład produkcyjny w Płocku jest jednym z największych i najnowocześniejszych w Europie przetwarzając rocznie ponad 16,3 mln ton ropy. Obok paliw i olejów produkuje on również surowce dla przemysłu chemicznego m.in. etylen i propylen które są wykorzystywane przy produkcji tworzyw sztucznych.

Dystrybucja paliw w PRL

Jeszcze w 1944 roku powstało Państwowe Biuro Sprzedaży Produktów Naftowych, któremu nazwę rok później zmieniono na Centralę Produktów Naftowych - CPN. Firma ta organizowała na terenie kraju transport paliw płynnych za pomocą cystern kolejowych samochodowych oraz rurociągów. Detaliczna sprzedaż paliw odbywała się na jedynej sieci stacji benzynowych rozpoznawalnej dzięki charakterystycznemu biało-pomarańczowemu symbolowi CPN (nowe logo powstało w 1964 roku). Sam skrót CPN w Polsce przez długie lata był synonimem stacji benzynowej, nawet wtedy gdy pojawiły się już stacje innych sieci.

Plac Bohaterów Getta w Krakowie.
W głębi widoczna istniejąca tam do lat 80-tych mała stacja benzynowa CPN.
Zdjęcie ze strony podgorze.pl

W 1998 roku podjęto decyzję o połączeniu dwóch największych przedsiębiorstw naftowych w Polsce - Petrochemii Płock S.A. i CPN S.A. tworząc z nich koncern naftowy "Orlen". Jest to największe przedsiębiorstwo petrochemiczne w krajach Europy środkowo-wschodniej. Oprócz polskich rafinerii w Płocku, Trzebini i Jedliczach posiada ono czeskie rafinerie w Litvínovie i Kralupach oraz litewską w Możejkach.

* * *

Gamę silników spalinowych benzynowych i wysokoprężnych uzupełniały kiedyś również tzw. silniki średnioprężne. Ich charakterystyczną cechą był zapłon od tzw. gruszy żarowej czyli rozgrzanej do czerwoności komory w głowicy silnika. Silniki te mogły być zasilane dowolnym paliwem - benzyną, naftą lub olejem napędowym. Były stosowane głównie jako stacjonarne lokomobile lub w ciągnikach rolniczych np. niemieckiej firmy "Lanz Buldog". Na podstawie jego konstrukcji powstał po wojnie pierwszy polski ciągnik Ursus C-45. Na koniec zapraszam na film prezentujący rozruch średnioprężnego silnika lokomobili spalinowej napędzającej młockarnię.

Zobacz też:

• Nafta i gaz cz.1 
• Nafta i gaz cz.3