Litt om plast i teknologiens verden:

Masseproduksjon av plastprodukter har ikke så lang historie, - det viktigste har

skjedd de siste 50 årene. Produkter av plast er blitt en selvfølge, både på skole, hjemme, i fritiden, osv.

Plastindustrien i Norge har 12-13000 ansatte og omsetter for 15 milliarder kroner,

Forbruket av plast er større enn stål på verdensbasis, når en regner i volum.

Plast er i løpet av et halvt hundreår blitt et svært viktig materiale for mange formål.

Det er slik produktutvikling også skjer i næringslivet. Man gjør unna ”barnesykdommer” på modellstadiet før produksjon skjer i full skala med dyre materialer. Man vil teste ut modeller og luke ut feil og mangler. Dette gjør en produksjonsprosess raskere, og kostnadene blir redusert til en brøkdel.

Da masseproduserte plastprodukter kom på markedet i 1950- 60-årene, var de ofte av dårlig kvalitet og gikk fort i stykker, - og de fikk et heller dårlig rykte. Utviklingen har gitt både forbedrede kvaliteter av plasten og stadig nye anvendelsesområder.

Miljøspørsmålet blir tatt alvorlig både av myndighetene og industrien. Det er derfor ikke sikkert at skepsisen mot plast har et reelt grunnlag lenger

Noen milepæler i plastens historie:

Termoforming er blant de eldste prosesser til å forme glass, plast og plastliknende

stoffer. Med begrepet menes forming gjennom varmebehandling.

Fønikerne smeltet sand, soda og boraks til glass, alt 3000 f.Kr. Man vet at ”de gamle egyptere” brukte termoforming til å lage dekorative beholdere til mat og drikke av ryggskallet til skilpadder. Skjoldene ble lagt i bløt i varmt vann til de ble smidige og bløte nok til å kunne formes. Ved avkjøling beholdt de den nye fasongen.

Den mer moderne historien til plasten går ikke mer enn ca 100 - 150 år tilbake. Det vil si, fra man utviklet de første syntetiske polymerer (se kap 3).

Det opprinnelige gjennombruddet kom i 1850-60-åra da en engelskmann greide å lage celluloid. Man behandlet cellulosefiber fra bomull med salpetersyre og fikk dette

nye stoffet som kjemisk også kalles cellulosenitrat. Det ble brukt til ulike formål som

knivskaft, esker, osv.

Neste plasttype som ble utviklet var bakelitt, en hard, mørk brun plasttype. Den ble

første gang framstilt i 1907 av kulltjære. Den ble brukt til å lage stikkontakter, brytere

og annet elektrisk materiell, fordi den også var en god isolator. Flere av de første

radioer hadde et chassis laget av bakelitt.

Utviklingen av de første plastslagene i denne pionertiden bygget på prøving og

feiling. Etter hvert fikk kjemikerne mer forståelse for molekylenes oppbygning og reaksjonene mellom dem. Dette bidro til at utviklingsarbeidet fra 1920- og 1930-tallet ble mer målrettet. Nylon ble utviklet i 1927-28 og satt i produksjon i 30-årene. Nylon

var en fiber som kunne spinnes, veves og strikkes til bl.a. bluser, skjorter og tynne

damestrømper. Den ble satt i produksjon i 1941 og ble lansert som en konkurrent til

den japanske natursilken. (”Now You Lousy Old Nippons”) NYLON

Andre plastslag kom i 1940-åra: Polyeten (1942), polyuretan, polyester, silikoner

I 50-åra kom polypropen (1957) og polykarbonater.

I 50-åra kom også produkter som respatex som var harde plater for bord og benkbeslag som tålte det meste både av varme og kjemikalier. Likeså kom de første

plastkrus, -tallerkener og – bestikk.

De første biler hvor plast ble tatt i bruk i karosseri så dagens lys i 50-åra. Det var den

norske Troll, foruten Citroën med plasttak forsterket med glassfiber – et annet moderne materiale fra samme periode. Dette er etter hvert blitt vanlige materialer

både i biler og fritidsbåter (glassfiberarmert herdeplast).

I løpet av 1960-åra ble det utviklet nye produkter som straks kom i praktisk bruk. Det handlet her om hard og bløt skumplast som ble brukt til bl.a. madrasser og til isolasjon for tekstiler. De kunne dessuten forsynes med en beskyttende overflate.

Moteindustrien tok tak i disse materialene og gjorde dem populære.

Videre må nevnes at romkappløpet også bidro til å utvikle og anvende materialer som plast i utstyr og utrustning. På grunn av sin lave vekt og gode formbarhet kunne plast tilpasses ulike oppgaver og formål.

Tilbakeslag kom med oljekrisa i 1970-åra. Det ble stilt spørsmål om råstoffet olje som

en ikke-fornybar ressurs. Naturlige materialer som tre, bomull, stål og lær ble

foretrukket.

Eksplosjonen i kommunikasjonssystemer de siste par tiårene, skulle bety nye områder for anvendelser av plast. TV-apparater, PC-er, telefoner, o.l. ble bygget av

plast, fibrene til fiberoptikk likeså. Denne utviklingen ville vært umulig uten plast.

Plastens hygieniske egenskaper til all slags emballering av varer slo igjennom i denne perioden. Dette gjaldt også plastbokser og – tuber for medisiner. Det gjaldt ikke minst ferskmat pakket i vakuumtett folie. Kvalitet og holdbarhet på maten ble betydelig forbedret.

Det har vært påstått at plastemballasje for mat kan være helseskadelig, bl.a. har

Greenpeace hevdet dette. Disse påstandene er blitt tilbakevist flere ganger, - også

av en nøytral forskningsinstitusjon som SINTEF her hjemme.

Det er i dag mulig å tilpasse egenskapene til hvert av produktene med

tilsetninger, for å gjøre dem mykere, sterkere, tilsette fargestoffer, osv. Dette

gjør at det blir svært mange ulike kvaliteter, og i dag regner man med at det grovt sett er et trettitalls ulike hovedtyper plast.

Hvordan lages plastprodukter?

Her er en oversikt over de vanligste metoder for å formgi ulike plastkvaliteter i industrien.

Ekstrudering.

Plasten smeltes i en sylinder, og en skrue presser den bløte massen ut gjennom en dyse (liten åpning) – som man presser kaviar ut av en tube. Formen på dysen bestemmer fasongen på produktet: Rør, takrenner, vindusprofiler

Slanger:

Ledninger isolert med plast lages på denne måten, der kobberledningen trekkes gjennom dysa og blir plastbelagt.

Pressing/vakuumforming.

Oppvarmet plast presses ved hjelp av trykk eller vakuum rundt en form. Egner seg til små serier. Kofferter, matbokser, bilskjermer, badekar…

Sprøytestøping.

Smeltet plast sprøytes inn i en kald form. Bøtter, spann, …

Formblåsing.

Plastmasse med hul fasong blåses opp inne i en utvendig form. Egner seg til store serier. Flasker, kanner, …

Bensintanker til biler lages ved formblåsing.

Filmblåsing.

Smeltet, flytende plast fra en ekstruder med rørformet dyse. Røret blåses opp til ønsket tykkelse. Egner seg til store serier. Plastposer, folier, film,

Belegging.

Smeltet plast legges i et tynt lag over annen emballasje. Melkekartonger, regntøy, …

Knekking.

Plastplata varmes opp langs en varmetråd og bøyes til ønsket vinkel.

Reklamestativer, bokstøtter,

Rotasjonsstøping

Materialet fylles i en form som roterer i alle retninger, Formen er oppvarmet utenfra under prosessen.

Boring

Den viktigste utviklingen innen boreteknologi i forhold til miljø har vært utvikling av horisontale brønner og etter hvert multilaterale/flergrens brønner. TTRD (through tubing rotary drilling) eller boring og komplettering gjennom eksisterende brønner, er en ny bore- og brønnteknologi som gir mer olje fra felt som er bygd ut med havbunnsinstallasjoner. Teknologiutviklingen har medført et høyere antall reservoarmeter per brønn, noe som gir økt utvinning av olje og gass med færre brønner.

Den konvensjonelle metoden for å bore topphull er i dag å bruke sjøvann som borevæske. Det er antatt at under normale omstendigheter kan samtlige brønner bores til ønsket dyp med vannbasert borevæske. Det finnes metoder for oppsamling av kaks på havbunnen. En teknologi som er under utvikling er oppsamling av borekaks fra topphull på sjøbunn ved hjelp av oppsamlingsposer. Etter endt operasjon kan posene slepes til et egnet område. Metoder som baserer seg på oppsamling og håndtering av borekaks på riggen vil medføre merkostnader, som må vurderes mot miljøgevinsten. Det vil være behov for utarbeidelse av livsløpsanalyser ifm. behandling av boreavfall (borevæske, borekaks) for å kunne henvise til hvilken metode som har minst miljøpåvirkning.

Oljebaserte borevæsker

Oljebaserte borevæsker brukes i stor grad i de tilfellene der de tekniske egenskapene til vannbaserte borevæsker ikke er gode nok. Dette gjelder for en stor del i nedre seksjonene av brønnene og ved boring av reservoarseksjonen, spesielt i sammenheng med boring av reservoarseksjonen i horisontale produksjonsbrønner. Bruken av oljebaserte borevæsker har økt de senere årene. Når oljebasert borevæske brukes, blir kaks med vedheng av oljeholdig borevæske enten injisert eller fraktet til land for behandling. Det er utviklet oljebaserte borevæsker som kun består av kjemikalier i gul kategori. Denne typen borevæske er i bruk mange steder på norsk sokkel.

Tynnhullsboring

Tynnhullsboring innebærer å bore brønner med tynnere tverrsnitt i alle brønnseksjoner noe som er med å redusere boreavfall og energiforbruk. Mengden borevæske, sement og kaks kan reduseres betraktelig, opptil 70 % for enkelte brønner.

“Monobore” brønndesign

Denne teknologien går ut på å holde hulldiameteren konstant gjennom hele brønnbanen. Dette krever bruk av ekspanderbare foringsrør for å opprettholde brønnstabiliteten. Foringsrør med spesiell stålkvalitet benyttes og foringsrøret utvides etter at det er kjørt slik at det får en større diameter enn opprinnelig. Fordeler med denne teknologien gir redusert plassbehov for lagring av foringsrør på borerigg, redusert boretid, opptil 50 % redusert bruk av borevæske og metoden genererer 50 % mindre borekaks. Metoden krever grundig planlegging og er foreløpig mest benyttet for mindre rørdimensjoner og produksjonsrør. ”Monobore”-brønner er spesielt egnet for brønner som bores på dypt vann der det er behov for mange foringsrør for å nå reservoaret. Metoden er ikke benyttet på norsk sokkel pr dato, men internasjonalt er dette gjort flere steder, blant annet i Mexico-gulfen og på britisk sektor.

Retningsboring

I kombinasjon med ny teknologi innen formasjonsevaluering kan det bores komplekse brønnbaner som geostyres mot ønsket formasjon, felle eller sone dersom reservoaret er tilstrekkelig kartlagt. Disse verktøyene bidrar til at det kan bores i planlagt bane bortover fra innretningen. Fra faste installasjoner har en boret med over 10 km rekkevidde (extended reach drilling). De fleste flyterigger har derimot en begrensning på ca 6 km rekkevidde.

Flergrensboring

Flergrensboring er som navnet angir boring av flere brønner ut fra et hovedløp og slisse. I stedet for å bore flere brønner til flere mål fra overflaten, bores de ulike brønnene ut fra en brønn like over reservoaret. Dette medfører innsparing i antall brønner, mengde utboret kaks, mindre borevæske, kortere tid og færre brønnhoder. Utviklingen av nedihullsteknologi har i tillegg medført en bedre styring av produksjonen fra de ulike grenene. Slik boring er gjort flere steder på norsk sokkel, som eksempel er det boret brønner med inntil 6 grener i en brønn på Trollfeltet.

TTRD (through tubing rotary drilling)

TTRD er boring og komplettering gjennom eksisterende brønner (gjenbruk). Ved TTRD-boring brukes deler av en tidligere brønn om igjen. Boringen går ut gjennom siden på brønnen uten å trekke kompletteringen i den eksisterende brønn. Dette er tidligere gjort på felt med faste installasjoner, men nå er denne teknologien også tatt i bruk på havbunnsfelt.

Boreavfall

Boring av lete- og produksjonsbrønner gir store avfallsmengder i form av borekaks og brukt borevæske. Borekaks er små steinfragmenter fra berggrunnen som er forurenset med borevæsker. Borekaks føres med slamstrømmen tilbake til boreriggen hvor den siktes ut i en siktemaskin (shale shaker). 

Borekroner

Flere typer, de vanligste består av tre dreibare kjegler med tagger som knuser berglagene den borer i gjennom i småbiter. Laget av forskjellige typer metall.
Hardere bergarter og hardt stål med korte tagger. Veldig harde bergarter å borekroner uten dreibare kjegler, men med industridiamanter i taggene. Antall tagger og tagglengde varierer etter bergtype.
Omdreiningshastighet på 50-300 omdreininger pr min. Kan skjære seg gjennom 70 meter steinmasse i timen, men det kan ta lengre tid hvis bergarten er veldig hard. 

Horisontal boring

Horisontal boring er en videreutvikling av retningsboring for å nå ut i alle deler av reservoaret. I enkelte reservoar kan oljen ligge i tynne lag og da er det viktig å kunne utvikle horisontale brønner. Det gjør at utvinningsgraden fra oljefelt øker betydelig. Baker Hughes Inteq har laget et system der boret styres ved hjelp av styrbare motorer kalt AutoTrack. Det gjør det mulig å endre retning og vinkel kontinuerlig mens man borer. Kommandoene styres via en datamaskin. Det er sensorer på borestrengen som analyserer bergarten det bores i slik at en styrer borekronen inn i de riktige geologiske strukturene. 

Raffinering av råolje, og separasjon av olje og gass
Råolje er en blanding av mange forskjellige hydrokarboner, og kan bestå av varierende mengder svovel, nitrogen, metaller og andre forurensninger.

Sammensetningen av hydrokarboner i råolje varierer fra forekomst til forekomst. Fargen kan variere fra svart til brunt og til nesten gul. Jo mer tykkere den er, f.eks mer forurensninger. Jo, mer tynnere den er, jo høyere kvalitet kan den ha.

Generelt om destillasjon: destillasjon er en prosess som brukes for å skille stoffer med forskjellig kokepunkt eller flyktighet (flyktighet betyr at et stoff fordamper lett) Det stoffet med høyest kokepunkt eller minst flyktighet, er derfor stoffet med høyest konsentrasjon i dampfasen enn i væskefasen. Når dampen kondenserer er det en høyere konsentrasjon i kondensatet enn i den originale fasen. Det mest flyktige stoffet blir derfor oppkonsentrert ved destillasjon.

Destillasjonsprosessen er den mest vanlige separasjonsprosessen i den kjemiske industrien. I blant annet plastproduksjonen benyttes destillasjon til å framstille rene råmaterialer som senere foredles videre til ulike ferdigvareprodukter. Ved destillasjon spaltes også luft til nitrogen og oksygen, denne prosessen skjer under svært lave temperaturer.

Fraksjonert destillasjon; for å kunne bruke oljen, deles den opp i forskjellige kokepunktsintervaller og fraksjoner. Det foregår i oljeraffinerier, som består av mange forskjellige prosessenheter. Vi har f.eks oljeraffineriet Esso Slagentangen, som vi har besøkt (http://taf-jonathan.blogspot.com/2010/09/esso-slagentange-i-horten.html)


Svovel og andre forurensninger blir fjernet og fraksjonene blir omstrukturert.

Den tyngre og tyktflytende oljen består av molekyler med mange karbonatomer, f.eks har vi tungoljen (asfalt eller lignende) som går ned i bunn. I motsetningen har vi den tynne, lette og mer flyktige oljen som går opp i toppen. Den består av molekyler med få karbonatomer, da har f.eks bensin og nafta.

Krakking
En viktig prosess hvor, de store molekylene brytes til mindre slik at man får større utbytte av f.eks de lette produktene som bensin og nafta.

Forklaring fra wikipedia: Krakking (engelsk Cracking) er en prosess som gjøres med restene etter raffinering av råolje. Det omfatter alle petrokjemiske prosesser der formålet er å omforme store til mindre molekyler. Dette foregår ved termisk krakking, katalytisk krakking eller katalytisk hydrokrakking.

Tung olje med store molekyler varmes opp, i noen tilfeller under høyt trykk. Dette fører til at molekylene kolliderer hardere og oftere med hverandre enn ved normale forhold. På denne måten river de hverandre i stykker, og det dannes nye molekyler med kortere molekylkjeder.

Ved termisk krakking oppvarming spaltes store organiske molekyler til mindre, og dobbelt- og trippelbindinger brytes slik at forbindelsene mettes. Det er vanlig å holde temperaturen ~800 o og trykket også høyt.

Krakking produserer mer av de lette oljefraksjonene, som nafta og bensin. Prosessen etterlater også kull i fast form, såkalt petroleumskoks, som brukes til produksjon av industrielle anoder, eller som brennstoff i industrien. Produktene er oftest svært svovelholdige, og inneholder også ofte andre miljøgifter.

Reformering
Katalytisk reformering, viktige prosesser som destillatene må gjennomgå for og få ønsket kvalitet på produktene. Her blir hydrokarbonene omstrukturert slik at de får høyere oktantall. (Da øker bensinens evne til og tåle høyere trykk og temperatur uten å selvantenne)

Reservoar og utvinningsstrategi

De lagene som inneholder olje og gass i Statfjord­feltet, ligger på mellom 2.500 og 3.000 meters dyp. De olje- og gassførende sandstenlagene er alle fra juratiden, det vil si for om lag 150 millioner år siden. Reservoarene er bygget opp av sandsten i Brentgruppen, Cookformasjonen og Statfjordformasjonen. Brentreservoaret produserer med trykkstøtte fra alternerende vann- og gassinjeksjon (VAG). Statfjordformasjonen produserer med trykkstøtte fra vanninjeksjon og supplerende gassinjeksjon i den øvre delen og VAG-injeksjon i den nedre delen. Utvinningsstrategien for Cookformasjonen er basert på å fase inn brønner som alt går gjennom reservoaret, eller bore eksisterende brønner dypere. Injisering av gass og vann for å holde trykket oppe i reservoarene har vært en viktig del av utvinnings­strategien. Sammen med et omfattende program for boring etter lommer av gjenværende olje, har injiseringen bidratt til at utvinningsgraden er blitt mye høyere enn det som var forventet da feltet ble bygget ut.


Hydrokarboner

Et hydrokarbon er et organisk stoff som består av karbon- og hydrogen-atomer. Karbonatomene ligger i kjeder med hydrogenatomene festet på dem.

Karbon har 4 «ledige» plasser til å binde seg med andre stoffer, mens hydrogen har én «ledig». Karbonbindinger danner skjelettet og hydrogen fyller opp de ledige plassene. Det finnes tre grunnleggende typer:

• Aromatiske, som har en karbonring – eks Benzen. 
• Mettede hydrokarboner, som også kalles alkaner eller parafiner, der det er kun enkeltbindinger mellom karbonatomene. 
• Umettede hydrokarboner som har en eller flere dobbel eller trippelbinding mellom karbonatomene og deles inn i alkener og alkyner

Kildebergart
Slik organisk rik leirstein kalles kildebergart. Når kildebergarten blir begravd, øker temperaturen med ca. 25 grader per kilometer, samtidig som trykket øker. Denne prosessen fører til at det blir dannet olje og gass, som blir presset ut av leirsteinen og inn i nærliggende reservoarbergarter, hvor den erstatter det vannet som var der fra avsetningen. Oljen dannes mellom 60 og 120 grader; over denne temperaturen dannes hovedsakelig gass. Hvis temperaturen overstiger 250 grader, «brenner» hydrokarbonene opp. Hvis kildebergarten er kull, dannes det hovedsakelig gass.

Reservoarbergart

De mest vanlige reservoarbergartene består av sand avsatt i et delta eller strandmiljø. Mellom de enkelte sandkornene er det små porerom fylt med vann. Dette kalles porøsitet. Hvis porøsiteten er høyere enn ca. 10 prosent, kalles sandsteinen reservoarbergart. De ørsmå porene er ofte bundet sammen av mikroskopiske kanaler. Er bergarten svært porøs (20–30 prosent), kan den lagre store mengder petroleum i porene. Permeabiliteten forteller hvor lett olje, gass og vann kan flyte gjennom forbindelseskanalene i en porøs bergart.

Takbergart

Fordi hydrokarboner er lettere enn vann, vil de bevege seg oppover i en porøs bergart som inneholder vann. Dette fører dem gjennom porer og tynne kanaler i retning av overflaten. Vandringen til olje og gass (migrasjon) skjer over tusener av år og kan strekke seg over flere mil. Petroleum vandrer altså opp gjennom porøse, vannfylte berglag, helt til den blir stoppet av tette lag. Et slikt lag kalles takbergart eller forseglingsbergart. Den mest vanlige takbergarten er leirstein. Mye av oljen og gassen som dannes, vil lekke ut til overflaten uten å bli fanget opp.

Hvis det finnes kilde-, reservoar- og takbergarter, er forutsetningene til stede for at det kan være olje- og gassansamlinger. Imidlertid er det viktig at reservoarbergarten har en form som gjør at oljen samler seg. Dette kalles en felle. 

kort om dannelse av olje og gass

Det dannes store mengder organisk materiale på jordas overflate, spesielt i havområdene. Det meste av dette materialet blir brutt ned, men deler av det blir begravd sammen med slam og leire. I enkelte havområder hvor det er lite tilførsel av oksygen, kan større mengder organisk materiale bli bevart, slik tilfellet var på norsk sokkel i slutten av juratiden.


Disse lagene består av mange prosent organisk materiale: