Přírodní zdroje uhlovodíků a jejich zpracování
1
Přírodní zdroje org. látek • Rozdělení: – fosilní - zemní plyn, ropa, uhlí (vznikají geochemickými procesy miliony let) – recentní (současné) - dřevo, rostlinné plody, živočišné tkáně, rašelina … (tvoří se stále, nabývají nyní na významu)
• Pro výrobu uhlovodíků má velký význam především ropa, zemní plyn a černouhelný dehet. 2
Fosilní (pravěké) suroviny • pro výrobu organických chemikálií jsou prvořadé: zemní plyn, ropa, černouhelný dehet (z černého uhlí) • začaly se tvořit před mnoha milióny lety složitými geochemickými přeměnami těl uhynulých rostlinných nebo živočišných organismů • za mimořádných podmínek (omezeného přístupu vzduchu, vysokého tlaku a teploty) 3
Petrochemie • obor zabývající se zpracováním ropy a zemního plynu
4
Ropa • dříve nazývaná „nafta“, ve starších dobách „zemní olej“ a dnes „černé zlato“ • hnědá až černá kapalina • směs uhlovodíků – především alkanů, cykloalkanů a arenů • obsahuje však i sloučeniny dusíku, kyslíku a síry • složení ropy je různé podle naleziště
5
Ropa - vlastnosti • hnědá až černá olejovitá kapalina • charakteristický zápach • ve vodě je nerozpustná • má menší hustotu než voda (na vodě "plave"- toho se využívá i při těžbě) • hoří čadivým plamenem 6
Výskyt ropy • pod nepropustnými vrstvami, v hloubkách až 8 km pod zemským povrchem • svrchní vrstvy zemské kůry – nejčastěji v oblasti kontinentálních šelfů • ropa při těžbě buď vyvěrá pod tlakem, nebo je čerpána – v minulosti vyvěrala přímo ze země • většinou se vyskytuje společně se zemním plynem Otázka: Kde se nachází největší světové naleziště ropy? Kde se nachází ropa v ČR? 7
Ložiska ropy
oblast Hodonína
8
Ropná rafinerie
9
Zpracování ropy - postup • v rafinériích • zařízení: rektifikační kolona • postup zaleží na složení ropy, ale také na tom, jaké produkty chceme z ropy získat 1) odstranění nečistot (tzn. sloučeniny S, voda a v ní rozpuštěné minerální soli, písek a hlína) 2) zpracování: frakční destilací - složitý proces, při němž se na základě rozdílné teploty varu postupně oddělují jednotlivé frakce ropy 10
Destilační kolona
11
Schéma zpracování ropy - podrobně a
a
1
2
b
b
4
3 e
5
6
c d a b c 12
Zpracování ropy - postup 1) odstranění nečistot 2) zpracování: frakční destilací • předehřátá ropa se dopravuje do trubkové pece (200 °C) → předhřívací kolona – oddělení 2 frakcí: a) plynné uhlovodíky (C1 – C4) b) lehký benzín (C5 – C8)
a
1
2
b
13
Zpracování ropy - postup • zbytek ropy z předehřívací kolony se opět zahřeje (360 °C) → atmosférická destilační kolona – oddělení 5 frakcí: a) těžký benzín b) petrolej c) plynový olej a d) olejové destiláty e) mazut b
2
4 3
e
c d 14
Zpracování ropy - postup • destilační zbytek = mazut – se opět zahřívá (400 °C) → vakuová destilační kolona – oddělení 3 frakcí: a) vakuový plynový olej b) směs olejů c) asfalt
e
5
6
a b c 15
Schéma zpracování ropy - podrobně a
a
1
2
b
b
4
3 e
5
6
c d a b c 16
Zpracování ropy – základní složky Frakční destilací se oddělují základní složky: • • • • • •
plynné uhlovodíky benzín petrolej plynový olej (motorová nafta) olejové destiláty (mazací oleje) mazut (destilační zbytek)
17
Frakce ropy a jejich využití 1) plynné uhlovodíky (C1 – C4) - methan, ethan – chemické suroviny - propan, butan – palivo (topný plyn) 2) benzínová frakce (C4 – C11) - výroba motorových benzínů (měřítkem jakosti benzinu je tzv. oktanové číslo vyjadřující vliv složení paliva na detonaci (klepání) motoru, poměr oktanu/heptanu) - technické benzíny (odmašťování, ředění,…) 18
Frakce ropy a jejich využití 3) petrolejová frakce (C10 – C18) - palivo do leteckých tryskových motorů, dříve ke svícení a topení - velké množství se zpracovává krakováním na benzín 4) plynový olej (C15 – C24) - směs s petrolejem = motorová nafta - palivo pro (vznětové) dieselové motory
19
Frakce ropy a jejich využití 5) olejové destiláty - mazací oleje, popř. mazací tuky - část se zpracovává krakováním na benzín, petrolej a plynné uhlovodíky 6) mazut (destilační zbytek) - palivo - dále se zpracovává vakuovou destilací – olejové destiláty a asfalt (obsahuje asfalteny – látky podobné pryskyřicím – povrch vozovek, izolační materiál proti vlhkosti) 20
Další zpracování ropy Na destilaci ropy navazují další zpracovatelské postupy: • rafinace • krakování • odparafinování olejů
21
RAFINACE = ČIŠTĚNÍ • ropné frakce se zbavují nežádoucích složek, které zhoršují stálost produktů, mění barvu a způsobují zápach • jde o působení chemických činidel (kyseliny, zásady), selektivních rozpouštědel a adsorbentů (aktivní uhlí) 22
KRAKOVÁNÍ • při krakování dochází ke štěpení uhlíkatých řetězců • tepelný rozklad uhlovodíků s delším řetězcem na uhlovodíky s řetězcem kratším • krakováním se získává více než polovina benzínu
23
ODPARAFINOVÁNÍ OLEJŮ • odstranění pevných uhlovodíků z příslušné frakce pomocí různých činidel, často kombinovaných s ochlazováním příslušné frakce na teplotu -10°C • přítomnost těchto uhlovodíků je nežádoucí, a to např. v motorové naftě a v leteckém benzínu • v čistém stavu jsou tyto látky používané na impregnaci papíru, výrobu různých vosků, svíček
parafínový zábal
24
ÚKOL ÚKOL 1. S využitím webové stránky http://www.stream.cz/katastrofy/676990-2010ropna-havarie-v-mexickem-zalivu zhlédněte uvedené video a připravte si základní informace o problematice ropných havárií. ÚKOL 2. Připravte si referát o ekologických problémech v souvislosti s únikem ropy do životního prostředí. 25
Uhlí • pevné fosilní palivo • hořlavá hornina vzniklá v průběhu desítek až milionů let složitými procesy převážně z odumřelých rostlin • směs makromolekulárních látek složených především z uhlíku, dále H, O, N a S • popel, který zůstane po spálení uhlí dokazuje, že jeho složkou jsou i nespalitelné minerální látky 26
Druhy uhlí • lignit, hnědé, černé, antracit (geologicky nejstarší a nejkvalitnější) Kvalita uhlí závisí především na obsahu uhlíku: • černé uhlí (75% - 95% uhlíku) • hnědé uhlí (60% - 75% uhlíku)
27
Využití a zpracování • uhlí se využívá především jako palivo • černé uhlí se dále zpracovává procesem zvaným karbonizace: = zahřívání černého uhlí na teplotu cca 1000 °C za nepřístupu vzduchu - produkty karbonizace jsou: - koks - koksárenský plyn - černouhelný dehet 28
Plynárna a koksovna Plynárny – výroba karbonizačního plynu
Koksovny – výroba koksu 29
Produkty karbonizace 1) koks = obsahuje téměř čistý uhlík - používá se jako velmi kvalitní palivo, surovina pro výrobu Fe, acetylenu, vodního plynu 2) koksárenský plyn - průmyslové palivo (jedovatý – složkou je CO), nahrazen zemním plynem
30
Produkty karbonizace 3) černouhelný dehet - černohnědá (nepříjemně páchnoucí) kapalina - zdroj arenů (výroba např. benzenu a naftalenu) a dalších složitějších aromatických sloučenin - dále se zpracovává frakční destilací, vzniklé frakce se dále čistí a znovu dělí až na jednotlivé sloučeniny • K vedlejším produktům karbonizace patří amoniaková voda, která se používá při výrobě dusíkatých hnojiv. 31
ÚKOL ÚKOL 3. Vyhledejte na internetu informace o nalezištích černého a hnědého uhlí na území ČR + • vyhledej naleziště a poznamenej si města, kde se nacházejí • srovnej způsob těžby hnědého a černého uhlí a připrav si krátký referát
32
Ložiska černého uhlí
33
Ložiska hnědého uhlí
34
Zemní plyn • výskyt: většinou provází ropu, ale má i samostatná naleziště • směs plynných uhlovodíků (60 - 97% methan) + příměsi (CO2, H2S, N2, He), které se musí odstranit • 2 typy: - suchý (tvořený téměř čistým methanem) - mokrý (obsahuje další uhlovodíky, dá se zkapalnit) 35
Zemní plyn - použití • jako palivo (ekologické) – domácnosti Otázka: Proč se jedná o ekologické palivo? Jaká jsou další ekologická paliva?
• k výrobě různých sloučenin (chlorovaných derivátů methanu, vodíku, kyanovodíku, sirouhlíku, acetylenu, sazí,…) 36
Ložiska zemního plynu v ČR
37
