ROPA Autor: Mgr. Stanislava Bubíková
Datum (období) tvorby: 14. 5. 2012
Ročník: devátý
Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Organické sloučeniny; chemie a společnost
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
1
Anotace: Žáci se seznámí s ropou, jejím vznikem, těžbou a zpracováním. V rámci tohoto modulu žáci rozdělí produkty vznikající z ropy a uvedou jejich použití. Popíší těžbu ropy a rektifikaci, vyjmenují jednotlivé produkty a přiřadí k nim použití. Posoudí dopad ropných havárií na ŽP.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
2
Ropa • hnědá až nazelenalá hořlavá kapalina • směs uhlovodíků – především alkanů
• fosilní palivo • název odvozen z polštiny – původní význam slova: hnis
• využití: – zdroj energie (palivo) – výroba pohonných hmot – surovina pro chemický průmysl, výrobu plastů, léčiv, hnojiv, pesticidů Obr. č. 1: Ropa [2] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Crude_oil.JPG
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
3
Složení • směs těkavých uhlovodíků (alkany) – plyny: methan, ethan, propan, butan – kapaliny: uhlovodíky s delšími řetězci (C5 – C16) – pevné látky: uhlovodíky se 17 a více uhlíky v řetězci • při teplotě 20 °C
Obr. č. 2: Brazilská ropná plošina [3] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oil_platform_P-51_%28Brazil%29.jpg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
4
Vznik ropy 1. anorganický původ – – –
předpověděl Mendělejev působení přehřáté páry na karbidy těžkých kovů v oceánských hřbetech (tvoří se nová oceánská kůra)
2. organický původ – – – – –
uznávaná teorie vznik termogenickým rozkladem organické hmoty (živočišných a rostlinných zbytků) vlivem tepla a tlaku postupně vzniká: kerogen → ropa → zemní plyn teplotní interval tvorby ropy: ropné okno (60 - 120 °C) hloubka ropného okna 2 - 4 km •
–
Obr. č. 3: Těžba ropy v Ázerbájdžánu [4] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wi ki/File:Haciqabul_economics.jpg
hloubka plynového okna 3 - 6 km
ropa a plyn migrují podél geologických zlomů nebo porézních sedimentárních vrstev do ropných pastí (porézní hornina utěsněná nepropustnými horninami) 5
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Výskyt • ropná past obsahuje v pórech 60 – 90 % ropy – těsnící horniny: • většinou břidlice (vysoký obsah jílu) • vyvřelé horniny (pokud nejsou zvětralé)
ropa
Obr. č. 4: Ropná past (upraveno) [5] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Structural _Trap_%28Anticlinal%29.svg
– porézní (kolektorové) horniny: • nahromadění migrující ropy a plynu • porézní pískovce • vápence korálových útesu
ropa
Obr. č. 5: Ropná past podél zlomu (upraveno) [6] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Structural_Trap_Fault.svg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
6
Těžba • přírodní vývěry – historická těžba • povrchové dolování – zastaralé, dopad na krajinu, 100 % výtěžnost • těžba vrty – komerční způsoby • primární • sekundární • terciární • ropa je vytlačována přírodními zdroji (vodou, plynem) primární
• výtěžnost 25 – 40 %
• udržení tlaku v ložisku (do vrtu se vhání voda, plyn, vzduch) sekundár • výtěžnost dalších 5 – 15 % ní
terciární
• snížení viskozity ropy (vhánění vodní páry, zapálení části ložiska) • výtěžnost dalších 5 – 15 % 7
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Těžba na souši • 1 500 velkých ropných polí • nejvíce na Blízkém Východě – přes 60 % nalezišť – Perský záliv • Saudská Arábie (Ghawar: 280 km x 30 km) • Kuvajt (Burgan: 780 km2)
Obr. č. 6: Ropné pole v Ázerbájdžánu [7] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:2011-0614_13-55-17_Azerbaijan.jpg
Obr. č. 7: Těžba v Koryčanech (ČR) [8] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kory%C4%8Dany__t%C4%9B%C5%BEebn%C3%AD_st%C5%99edisko_2.jpg
8 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Schéma vrtu • těžební vrty jsou vrtány kolmo • od vrtné hlavice vede potrubí k centrální stanici, kde jsou jednotlivé tekutiny odděleny a dále zpracovány • vytěžená (slaná) voda se vstřikuje zpět pod zem
Obr. č. 8: Vrt na souši [9] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Oil_well_scheme.svg
schéma vrtu: 1. motor 2. protiváha - závaží 3. ojnice 4. hlavní rameno 5. hlava 6. lano 7. ústí vrtu
8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.
ropovod betonový základ vnější plášť táhlice potrubí čerpadlo ventily ropné písky
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
9
Těžba na moři • platformy – plovoucí – zabudované do mořského dna
• podmořské těžební systémy – individuální hlavice spojené s centrální stanicí • separace tekutin, skladování nebo transport potrubím k pevnině
Obr. č. 9: Platforma Oseberg A Condeep v Severním moři [10] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oseb erg_A_-_Waves_III.jpg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
10
Plovoucí vrtná plošina Deepwater Horizon – – – – –
Provedla nejhlubší vrt přes 10 km (1,2 km pod oceánským dnem) 22. dubna 2010 se plošina potopila v Mexickém zálivu v důsledku exploze ze 130 pracovníků 11 mrtvých vrt v hloubce asi 1 650 m zůstal otevřen až do 15. července únik až 147 milionů litrů ropy, největší zamoření pobřežních vod v historii USA
Obr. č. 10: Hašení Deepwater Horizon [11] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Deepwater_Horizo n_offshore_drilling_unit_view_from_the_Laney_Chouest.jpg
Obr. č. 11: Likvidace ropné skvrny Mexickém zálivu v roce 2010 (havárie Deepwater Horizon) [12] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flickr_-_DVIDSHUB_-_Oil_Spill.jpg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
11
Následky havárií • havárie při těžbě a převozu ropy • zničení vodních i pobřežních biotopů – havárie tankeru Exxon Valdes u Aljašky 24. 3. 1989 (40 000 tun ropy) • smrt 250 000 mořských ptáků, 2800 mořských vyder, 300 tuleňů, 250 orlů, asi 22 kosatek a miliardy jiker lososů a herinků • ropa znečistila celé pobřeží a zapříčinila zničení většiny planktonu v oblasti
Obr. č. 12: Pták obalený ropou, Černé moře, 2007 [13] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oiled_Bird__Black_Sea_Oil_Spill_111207.jpg
Obr. č. 13: Ropa vytékající z tankeru, Velký bariérový útes, 2010 [14] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Great_barrier_oil_spill_march_2010.JPG
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
12
Zpracování ropy • zabývá se jím petrochemický průmysl • ropná rafinérie – zpracovatelský závod • zpracování v ČR (přívod ropy): – Česká rafinérská • Litvínov (ropovod Družba z Ruska) • Kralupy nad Vltavou (ropovod IKL z Ingolstadtu)
– Paramo • Pardubice (ropovod Družba z Ruska) Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obr. č. 14: Kanadská rafinérie [15] dostupné z: http://commons.wikimedi a.org/wiki/File:Oil_refiner y_canada.jpg
Obr. č. 15: Stavba ropovodu [16] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/ wiki/File:Pipelines_under_constr uction_%286515850143%29.jpg
13
Frakční destilace (rektifikace) • proces oddělování složek ze směsi podle teploty varu – teplota varu jednotlivých složek se liší o méně než 25 °C
• několikastupňová destilace – nepřetržitý proces – probíhá ve svislých válcích (destilační kolony) s průměrem od cca 65 cm do 6 m a výškou od cca 6 do 60 m – produkty s nejnižší teplotou varu (plyny) vycházejí na vrcholu kolony, s nejvyšší teplotou varu (mazut) v její dolní části Obr. č. 16: Destilační kolona [17] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Colonne_distillazione.jpg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
14
Schéma kolony
plyn 20 °C
• ropa zahřátá na teplotu 370 °C • na patrech se dělí na produkty: – – – – – –
benzín
plynné uhlovodíky petroléter benzín ropa petrolej plynový olej, topný olej mazut (mazací oleje, asfalt, parafin)
petrolej plynový olej topný olej
• reflux = zpětný tok – kapalina se vrací zpět do kolony, stéká shora dolů, ochlazuje páry a zvyšuje účinnost procesu
PEC
Obr. č. 17: Patra kolony [18] dostupné z: http://commons.wikimedia.or g/wiki/File:Colonna_di_distillaz ione_a_piatti.png
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
mazut (výroba mazacích olejů, asfaltu a parafinu)
Obr. č. 18: Oddělení jednotlivých produktů [19] dostupné z: http://commons.wikime dia.org/wiki/File:Crude_ Oil_Distillation.png
15
Produkty – plynné uhlovodíky • methan, ethan, propan, butan • C1–4, tv = do 20 °C • použití: poslední dva jsou součásti automobilového paliva LPG
– petroléter • uhlovodíky s délkou řetězce C5–7 ; tv = 30–70 °C) • použití: rozpouštědla (chemické čištění oděvů)
– plynový olej • C10–20, tv = 200 – 300 °C • použití: nafta, lehký topný olej
– mazut (zbytek po rektifikaci) • použití: palivo v elektrárnách, teplárnách, pohon plavidel • zpracování vakuovou destilací za sníženého tlaku → vznikají těžké topné oleje, parafin, vazelína a asfalt
– benzín • C6–12, tv = 40 – 200 °C • použití: rozpouštědlo, lékařství, palivo
– petrolej • C10–15, tv = 150 – 300 °C • použití: letecké palivo pro trysková letadla
Obr. č. 19: Rafinerie Anacortes, Washington [20] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anacortes_Refinery_31904.JPG
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
16
Význam ropy • činnosti vyžadující ropu: – pěstování potravin – doprava – výroba léků, plastů, barviv, hnojiv, pesticidů • na výrobu jednoho typického počítače se spotřebuje ropa o množství desetinásobku jeho hmotnosti
Obr. č. 20: Čerpací stanice, Sibiř [21] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Petrol_station_in_siberia.jpg
Obr. č. 22: Plastové vaky s hnojivem [23] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Blue_bags,b lack_bags_-_geograph.org.uk_-_1187597.jpg Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Obr. č. 21: Čerpací stanice, Kambodža [22] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cambodia_gas_station.jpg
17
Zdroje 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23.
BENEŠ, Pavel, Václav PUMPR a Jiří BANÝR. Základy chemie pro 2. stupeň základní školy, nižší ročníky víceletých gymnázií a střední školy. Vyd. 3. Praha: Fortuna, 2001, 96 s. ISBN 80-716-8748-0. Crude_oil.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Crude_oil.JPG Oil_platform_P-51_%28Brazil%29.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14 3-15]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oil_platform_P-51_%28Brazil%29.jpg Haciqabul_economics.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Haciqabul_economics.jpg Structural_Trap_%28Anticlinal%29.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Structural_Trap_%28Anticlinal%29.svg Structural_Trap_Fault.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14 ]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Structural_Trap_Fault.svg 2011-06-14_13-55-17_Azerbaijan.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14 ]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:2011-0614_13-55-17_Azerbaijan.jpg Kory%C4%8Dany_-_t%C4%9B%C5%BEebn%C3%AD_st%C5%99edisko_2.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kory%C4%8Dany_-_t%C4%9B%C5%BEebn%C3%AD_st%C5%99edisko_2.jpg Oil_well_scheme.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oil_well_scheme.svg Oseberg_A_-_Waves_III.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oseberg_A__Waves_III.jpg Deepwater_Horizon_offshore_drilling_unit_view_from_the_Laney_Chouest.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Deepwater_Horizon_offshore_drilling_unit_view_from_the_Laney_Chouest.jpg Flickr_-_DVIDSHUB_-_Oil_Spill.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flickr__DVIDSHUB_-_Oil_Spill.jpg Oiled_Bird_-_Black_Sea_Oil_Spill_111207.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oiled_Bird_-_Black_Sea_Oil_Spill_111207.jpg Great_barrier_oil_spill_march_2010.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Great_barrier_oil_spill_march_2010.JPG Oil_refinery_canada.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oil_refinery_canada.jpg Pipelines_under_construction_%286515850143%29.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pipelines_under_construction_%286515850143%29.jpg Colonne_distillazione.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Colonne_distillazione.jpg Colonna_di_distillazione_a_piatti.pngg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Colonna_di_distillazione_a_piatti.png Crude_Oil_Distillation.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Crude_Oil_Distillation.png Anacortes_Refinery_31904.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:KAnacortes_Refinery_31904.JPG Petrol_station_in_siberia.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Petrol_station_in_siberia.jpg Cambodia_gas_station.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cambodia_gas_station.jpg Blue_bags,black_bags_-_geograph.org.uk_-_1187597.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: 18 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Blue_bags,black_bags_-_geograph.org.uk_-_1187597.jpg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
