Ropa. kapalná přírodní živice živice (bitumen) - směs přírodních uhlovodíků, které se rozpouštějí v sirouhlíku

Ropa kapalná přírodní živice živice (bitumen) - směs přírodních uhlovodíků, které se rozpouštějí v sirouhlíku

elementární složení uhlík 80-88 % vodík 10-15 % kyslík 0,2-0,6 % síra 1,4-4,3 % dusík 0,06 – 0,6 %

skupiny látek nasycené uhlovodíky (alkány, cykloalkany) aromatické uhlovodíky (benzén, antracen) kyslíkaté látky (organické kyseliny) sirné látky (sulfan, merkaptany) dusíkaté látky (alkylpyridiny)

Ropa - těžba Způsoby těžby ropy: kontrolovaným tokem vháněním plynu do ložiska kontrolovaným zavodňováním čerpáním

Ropa - těžba

Nečistoty ve vytěžené ropě  voda (při těžbě, při dotěžování může dosáhnout až 50 % - emulze)  mechanické nečistoty (0,2 – 0,3%)  soli (rozpuštěné ve vodě)  plyny (sulfán, plynné uhlovodíky C1-C4) Doprava ropy - obsah vody < 1% - obsah NaCl < 300 g.m-3

Ropa – doprava Způsoby dopravy ropy železnice  menší množství ropovody  nejbezpečnější a nejekologičtější dopravní prostředek pro hromadnou přepravu ropy  životnost  mnoho desítek let  ve světě nyní pracují 90-leté potrubní systémy  způsoby propojení  z nalezišť ropy do oblasti spotřeby  z přístavů do oblastí spotřeby

Ropa – doprava

Síť ropovodů ve střední Evropě

Ropa – skladování Skladování ropy skladovací tanky podzemní zásobníky – kaverny (strategické zásoby) Konečné produkty skladovací tanky (před expedicí) Inertní plyn

Inertní plyn Vnější plovoucí střecha

Vnitřní plovoucí střecha

Zpracování

Pevná střecha

Podzemní zásobník

Různé typy zásobních tanků

Zneškodnění

Ropa – skladování Základní dělení provozovaných ropných nádrží  dle pláště  jednoplášťová nádrž v ochranném valu  dvouplášťová nádrž (nádrž umístěná v ochranné jímce)  dle konstrukce střechy  s pevnou střechou  s plovoucí střechou  s pevnou střechou a s vnitřní plovoucí střechou  dle dna  s jednoplášťovým dnem  s dvojitým dnem  s dvojitým dnem s detekčním systémem úniku média  dle umístění  nadzemní nádrž  částečně zakrytá nádrž  podzemní nádrž  plovoucí nádrž

Ropa – skladování v ČR Centrální tankoviště v Nelahozeves  celková skladovací kapacita k 31. 12. 2007 – 1 300 000 m3  4 nádrže o objemu 50.000 m3, průměr 60,3 m, výška 18,8 m, tloušťka prvního lubu pláště 27 mm  6 nádrží o objemu 100.000 m3, průměr 84,5 m, výška 19,2 m, tloušťka prvního lubu pláště 37 mm  4 nádrže o objemu 125.000 m3, průměr 84,5 m, výška 24,1 m, tloušťka prvního lubu pláště 39 mm  nádrže mají dvouplášťovou konstrukci  střecha nádrží je plovoucí  krátkodobý mezisklad pro ropu přepravovanou ropovody Družba a IKL  míchání různých druhů ropy podle požadavků zákazníků – rafinerií  skladování strategických nouzových zásob ropy

Ropa – zpracování Odsolování soli v surové ropě - ve formě krystalů rozpuštěných nebo suspendovaných ve vodě emulgované v surové ropě nutnost odstranění - zanášení teplosměnných ploch - koroze teplosměnných ploch (předehřívač surové ropy) - koroze hlavových systémů kolon v jednotce destilace ropy - ucpávání pórů katalyzátorů používaných při následném zpracování destilačních zbytků Princip odsolování praní ropy nebo těžkých zbytků vodou za vysoké teploty a tlaku surová ropa (těžké zbytky)

propraná ropa

procesní voda

znečištěná voda

Ropa – zpracování Odsolování Technologické podmínky  odsolovaná ropa – předehřev na 115 – 150 °C  smíšení s vodou – intenzivní – statické mísiče 3 – 10 %)  elektrické pole vysokého napětí - urychlení koalescence polárních kapek vody  přídavek deemulgátorů - působí na rozrušení emulze (5 – 10 ppm)  jednostupňové uspořádání - 90 - 95 % účinnost  dvoustupňové uspořádání - až 99 % účinnost  množství vody v odsolené ropě (na výstupu z odsolování) cca 0,2 % obj.  množství odpadní vody - 30 až 100 l na 1 t odsolované ropy  tuhý odpad  od 60 – 1 500 t za rok  kal obsahuje železo, jíl, písek, vodu (5 - 10 %), emulgované oleje a parafin (20 - 50 % hmotnostních)

Ropa – zpracování Odsolování Hustota surové ropy kg/m3 (při 15 0C)

Prací voda % hmotnostní

Teplota ( 0C)

<825

3-4

115-125

825-875

4-7

125-140

>875

7-10

140-150

Typické provozní podmínky odsolování ropy

Ropa – zpracování Odsolování Znečišťující látka

Typická koncentrace (mg/l)

Teplota ( 0C)

115-150

Nerozpuštěné tuhé látky

50-100

Ropné látky a jejich emulse Rozpuštěné uhlovodíky

více 50-300

Fenoly

5-30

Benzen

30-100

BSK

více

CHSK

500-2000

Amoniak

50-100

Sloučeniny dusíku (N Kjehldahl)

15-20

Sulfidy (jako H2S)

10

Složení odpadní vody odpadající v procesu odsolování

Ropa – zpracování ropy Typy rafinerií Typ I: Jednoduchý typ rafinérie nevybavený konverzními jednotkami destilace ropy, reforming, úprava destilačních frakcí, desulfurace a/nebo jiné postupy zvýšení kvality produktu (např. isomerace) Typ II: Rafinérie se středním stupně konverze suroviny (Typ I + tepelné krakování nebo visbreaking) Typ III: Komplexní typ (Typ II + fluidní katalytické krakování a/nebo hydrokrakování )

Pozn.: všechny výše uvedené typy mohou vyrábět základový mazací olej a asfalt

Ropa – zpracování ropy

Blokové schéma obvyklého zpracování frakcí z atmosférické destilace ropy

Ropa – zpracování ropy – atmosférická destilace mírně zvýšený tlak - cca 0,15 MPa v atmosférické destilační koloně

C – čerpadlo S – separátor K – kondenzátor P - trubková pec V - výměník tepla Ch - chladič Schéma atmosférické destilace ropy

Ropa – zpracování ropy – atmosférická destilace Frakce

Destilační rozmezí [°C] <5

Výtěžek [%] 1,4

lehký benzín (C5 – C7)

30 - 85

7,5

těžký benzín (C7 – C10)

85 - 190

8,5

190 - 270 270 – 390 > 390

11,2 18,9 52,5

uhlovodíkové plyny

petrolej plynový olej mazut

charakteristika atmosférické kolony výška (m) 35 tlak (MPa) 0,15 průměr (m) 1,7 počet bočních kolonek 3 počet pater 34 počet pater v boční kolonce 4

Ropa – zpracování ropy – atmosférická destilace Pece válcové vertikální pece  radiační pece  radiačně konvekční pece minimální zastavěná plocha symetrické uspořádání trubek a hořáků rovnoměrná distribuce tepla jednoduchá montáž šachtové pece  s horizontálně umístněnými hořáky  s vertikálně umístněnými hořáky  velký rozsah výkonů – provozní pružnost  snadná obsluha  provozní spolehlivost  vysoká tepelná účinnost  možno spalovat méně hodnotná a „těžká“ paliva

Ropa – zpracování ropy – atmosférická destilace Pece - válcové vertikální pece - palivo - olej - plyn - kombinované (olej, plyn) - rozprašování paliva - tlakové - parní - přisávání vzduchu - beztlakové - tlakové

1 - radiační pásmo 2 - konvekční pásmo 3 - hořák na plynné nebo kapalné palivo 4 - odtah spalin

Válcová radiačně konvekční pec

Ropa – zpracování ropy – atmosférická destilace Pece - šachtová vertikální pec - palivo - olej - plyn - kombinované (olej, plyn) - rozprašování paliva - tlakové - parní - přisávání vzduchu - beztlakové - tlakové

Ropa – zpracování ropy – atmosférická destilace Pece - příslušenství trubkové systémy  konvekční část - příčně, podélně žebrované trubky - trnové trubky  trubkové systémy - celosvařované - spojované přivařenými koleny - popř. přírubové spoje hořáky  palivo - olej - plyn - kombinované (olej, plyn)  rozprašování paliva - tlakové - parní  přisávání vzduchu - beztlakové - tlakové ohřívače vzduchu žáruvzdorné vyzdívky a izolace parní ofukovače trubek - u pecí, které mají v konvekčních sekcích použity trubky se zvětšeným vnějším povrchem

Ropa – zpracování ropy – vakuová destilace zpracování zbytku z atmosférické destilace (mazut) snížený tlak 2 - 10 kPa

Blokového schématu zpracování mazutu v palivářské rafinérii se štěpnými procesy

Ropa – zpracování ropy – vakuová destilace

1 - trubková pec 2 - vakuová kolona 3 - boční kolonky 4 - parní ejektor 5 - barometrický kondenzátor 6 - hydraulická uzávěrka P – pára V - chladicí voda Schéma vakuové destilace mazutu

Ropa – zpracování ropy – vakuová destilace

320 - 390

Výtěžek (vztaženo na nástřik) [%] 9,6

Výtěžek (vztaženo na ropu) [%] 5,0

390 - 440 440 - 500 500 - 550 > 500

19,8 20,5 12,8 37.3

10,4 10,8 6,7 19.6

Frakce

Destilační rozmezí [°C]

Vakuový plynový olej Olejová frakce I. Olejová frakce II. Olejová frakce III. Vakuový zbytek

charakteristika vakuové kolony výška (m) 26 tlak (kPa) 3 průměr (m) 2,6 počet bočních kolonek 3 počet pater 20 počet pater v boční kolonce 4

Ropa – zpracování ropy – vakuová destilace Emise do ovzduší Znečišťující látky CO, CO2, oxidy dusíku (NOx), prachových částic, oxidy síry (SOx) zdroj elektrárna kotle procesní ohřevné pece jednotka fluidního katalytického krakování bezpečnostní hořáky jednotka výroby síry

Pozn.: více než 60 % emisí unikajících z rafinérie do ovzduší je z procesů výroby tepla a energie

Ropa – zpracování ropy Emise do ovzduší Znečišťující látky prachové částice zdroj regenerace katalyzátoru koksování

Ropa – zpracování ropy - emise Emise do ovzduší Znečišťující látky těkavé organické sloučeniny zdroj skladování surovin a produktů manipulace s produkty (nakládání a vykládání) čistírny odpadních vod (lapače olejů) netěsnosti přírub, ventilů, těsnění

Ropa – zpracování ropy - emise Emise do ovzduší

Hlavní polutanty

Hlavní zdroj emisí

Oxid uhličitý

Procesní pece, kotle, plynové turbiny Regenerátor fluidního katalytického krakování Kotel na spalování CO Bezpečnostní hořáky Jednotky spalování odpadu

Oxid uhelnatý

Procesní pece, kotle Regenerátor fluidního katalytického krakování Kotel na spalování CO Jednotka výroby síry Bezpečnostní hořáky Jednotka spalování odpadu

Oxidy dusíku (N2O, NO, NO2)

Procesní pece, kotle, plynové turbiny Regenerátor fluidního katalytického krakování Kotel na spalování CO Kalcinace koksu Bezpečnostní hořáky Jednotka spalování odpadu

Prachové částice (včetně kovů)

Procesní pece, kotle, zejména při spalování kapalných paliv Regenerátor fluidního katalytického krakování Kotel na spalování CO Koksování Jednotka spalování odpadu

Oxidy síry

Procesní pece, kotle, plynové turbiny Regenerátor fluidního katalytického krakování Kotel na spalování CO Kalcinace koksu Jednotka výroby síry Bezpečnostní hořáky Jednotka spalování odpadu

Těkavé organické sloučeniny

Skladování a manipulace s materiály Jednotka získávání plynů Lapače olejů v jednotce čištění vody Úniky netěsnostmi (ventily, příruby, atd.) Odvětrávání aparátů Bezpečnostní hořáky

Ropa – zpracování ropy - emise Emise do vody použití vody

procesní voda chladící voda

zdroj procesní voda, pára a prací voda  ropné látky, H2S, NH3, fenoly chladicí voda  ropné látky (netěsnosti)  dešťová voda z plochy výrobních jednotek  ropné látky (náhodné znečištění)  dešťová voda z plochy nevýrobních jednotek  není znečištěna ropnými látkami

Ropa – zpracování ropy - emise Emise do vody Polutant vody

Zdroj

Ropné látky

Destilační jednotka, hydrogenační úprava, visbreaking, katalytické krakování, hydrokrakování, mazací oleje, vyčerpané alkálie, zátěžová voda, podpůrné provozy (dešťová voda)

H2S (RSH)

Destilační jednotka, hydrogenační úprava, visbreaking, katalytické krakování, hydrokrakování, mazací oleje, vyčerpané alkálie

NH3 (NH4+)

Destilační jednotka, hydrogenační úprava, visbreaking, katalytické krakování, hydrokrakování, mazací oleje, sanitární a domovní vody

Fenoly

Destilační jednotka, visbreaking, katalytické krakování, vyčerpané alkálie, zátěžová voda

Organické Destilační jednotka, hydrogenační úprava, visbreaking, katalytické sloučeniny krakování, hydrokrakování, mazací oleje, vyčerpané alkálie, zátěžová (BSK, CHSK, TOC) voda, podpůrné provozy (dešťová voda), sanitární a domovní vody CN-, (CNS-)

Visbreaking, katalytické krakování, vyčerpané alkálie, zátěžová voda

Celkové nerozpuštěné látky

Destilační jednotka, visbreaking, katalytické krakování, vyčerpané alkálie, zátěžová voda, sanitární a domovní vody

Hlavní polutanty odpadních vod produkovaných v rafinérii

Ropa – zpracování ropy - emise Emise do vody Ropné látky

H2S

NH3 (NH4+)

Fenoly

BSK CHSK

CN-

NL

Destilační jednotky

XX

XX

XX

X

XX

-

XX

Hydrogenační zpracování

XX

XX(X)

XX(X)

-

X(X)

-

-

Visbreaker

XX

XX

XX

XX

XX

X

X

Katalytické krakování

XX

XXX

XXX

-

X

-

-

Hydrokrakování

XX

XXX

XXX

-

X

-

-

Mazací oleje

XX

X

X

-

XX

-

-

Odpadní alkálie

XX

XX

-

XXX

XXX

X

X

Zátěžová voda

X

-

-

X

X

X

X

-(X)

-

-

-

X

-

XX

-

-

X

-

X

-

XX

Pomocná zařízení (déšť) Sanitární a splaškové Legenda: X < 50 mg/l,

XX 50 - 500 mg/l,

XXX > 500 mg/l,

NL celkové nerozpuštěné látky

Reprezentativní koncentrace znečišťujících látek v typických rafinérských odpadních vodách před jejich zpracováním

Ropa – zpracování ropy - odpady Produkce tuhých odpadů Množství odpadů produkovaných v rafinériích jsou relativně malá v porovnání s množstvím procházejících surovin a množstvím vyráběných produktů. kaly ropné (např. úsady ze skladovacích tanků)  neropné (např. kaly z čistírny odpadních vod) jiné odpady z rafinérie  nejrůznější kapalné a polotuhé nebo tuhé odpady kontaminovaná zemina, desaktivované katalyzátory z procesů konverze suroviny, ropné odpady, popel ze spalování odpadů, vyčerpané alkálie, kyselé dehty, atd. nerafinérské odpady  domovní odpad, demoliční odpad a stavební odpad 

Ropa – zpracování ropy Zásobování energiemi teplo

přímo (ohřevné pece) nepřímo (ohřev parou) nákup z veřejné sítě

elektrické energie přímo v rafinérii

kogenerace elektřiny a páry plynové nebo parní turbíny

Ropa – zpracování ropy - energie Paliva a palivové systémy přímo v rafinerii nakupována od jiných firem kombinovaný postup

rafinérské palivo zemní plyn

Ropa – zpracování ropy - energie Paliva a palivové systémy Rafinérský topný plyn (methan, ethan a ethylen spolu s přebytečným vodíkem) při správném zpracování  palivo způsobujícím jen nízké znečištění ovzduší nejčastěji tři alternativní zdroje rafinérský plyn nakupovaný plyn (obvykle zemní plyn) zkapalněný ropný plyn (LPG) zdroje plynů v rafinerii prosté síry  katalytické krakování, isomerizace obsahující síru  destilace ropy, krakování, koksování a ze všech desulfuračních procesů  čištění aminovou absorpcí (odstraněn H2S a prach  obsah síry ve formě H2S běžně pod 100 mg/Nm3

Ropa – zpracování ropy - energie Paliva a palivové systémy Rafinérský topný plyn (methan, ethan a ethylen spolu s přebytečným vodíkem)

Zjednodušené schéma systému topného plynu

Ropa – zpracování ropy - energie Paliva a palivové systémy Kapalné rafinérské palivo (těžký topný olej - směsí zbytku z atmosférické a/nebo vakuové destilace a zbytků z konverzních a krakovacích procesů )  nejdůležitější parametr  viskozita  paliva (s vyšší viskozitou) musí být před spalováním vyhřívána  obsah síry → 0,1 - 7 %  obsah dusíku → 0,1 - 0,8 %  obsah kovů v těžkém topném oleji  od 40 ppm pro těžký topný olej z ropy ze Severního moře  až 600 ppm pro olej z arabské těžké ropy

Ropa – zpracování ropy - energie Paliva a palivové systémy Kapalné rafinérské palivo (těžký topný olej - směsí zbytku z atmosférické a/nebo vakuové destilace a zbytků z konverzních a krakovacích procesů ) Frakce vhodná jako složka kapalného rafinérského Původ surové ropy paliva

S (%)

N (%)

Obsah kovů (%)

0,03-0,32

0,03-0,06

Atmosférický zbytek

Severní moře

0,6-1,1

Atmosférický zbytek

Střední východ

2,3-4,4

Vakuový zbytek

Severní moře

1,1-1,8

Vakuový zbytek

Střední východ

3,6-6,1

Zbytek z koksování

Střední východ

3,5-6,5

0,04-,06 0,18-0,58 0,07-0,13

Obsah síry, dusíku a kovů ve frakcích vhodných jako součásti kapalného rafinérského paliva

Ropa – zpracování ropy - energie Paliva a palivové systémy Kapalné rafinérské palivo hydrogenační úpravou lze snížit obsah dusíku, síry Kapacita rafinérie

5 Mt za rok

Palivo užívané v rafinérii

120000 t za rok kapalného rafinérského paliva 180000 t za rok rafinérského topného plynu

Objem emitovaných spalin

1,68x109 Nm3 za rok

Emise síry

5000 mg/Nm3 (pro kapalné rafinérské palivo s obsahem 3 % S) což reprezentuje 8400 t za rok 750 mg/Nm3 s hydrogenační úpravou

Účinnost desulfurace

až do 85 %

Investiční náklady (EUR)

100 - 300 milionů

Provozní náklady (EUR za rok)

20 - 50 milionů

Náklady na výstavbu a provoz hydrodesulfurizační jednotky kapalného rafinérského paliva

Ropa – zpracování ropy - energie Paliva a palivové systémy Kapalné rafinérské palivo Rafinérský systém kapalných paliv

Zjednodušený proudový diagram systému těžkého topného oleje

Ropa – zpracování ropy - energie Paliva a palivové systémy Technické postupy výroby energie ohřevné pece  teplo získané spalováním přenášeno přímo na zpracovávaný proud  účinnost >85 % kotle  výroba vodní páry, která je pak použita na potřebném místě  cca 10 - 20 % celkové spotřeby energie v rafinerii

Ropa – zpracování ropy - energie Paliva a palivové systémy Produkty systému výroby energie  síť vysokotlaké páry (>30 bar, 350 – 500 °C)  kotle na odpadní teplo  katalytické procesy, hydrokrakovací procesy  kotle vyhřívané spalováním paliv  výroba elektrické energie v parních turbinách • vedlejší produkt středotlaká pára  síť středotlaké páry (7 - 20 bar, 200 – 350 °C)  redukcí tlaku vysokotlaké páry  použití  stripování  vývěvy na zajištění vakua  ohřev (např. vařáky kolon a zásobníků)

Ropa – zpracování ropy - energie Paliva a palivové systémy Produkty systému výroby energie  síť nízkotlaké páry (3,5 - 5 bar, 150 – 200 °C)  ve výměnících tepla na chlazení horkých produktů  redukcí tlaku středotlaké páry  použití  ohřev médií  stripování  ohřev potrubí

Ropa – zpracování ropy - energie Paliva a palivové systémy Produkty systému výroby energie  napájecí voda

Typické uspořádání jednotky na přípravu kotlové napájecí vody parního kotle

Ropa – zpracování ropy - energie Chladící systémy využíváno více principů chlazení volba způsobu chlazení  žádaná teplota chlazení  chladicí kapacita  riziko znečištění (primární nebo sekundární chladicí okruh) Chlazení vzduchem vzduchový chladičích  nucenou konvekce - ventilátor  přirozená konvekce – přirozené proudění

Ropa – zpracování ropy - energie Chladící systémy Chlazení vodou přímé chlazení (vstřikování, quenching)  spojeno s vysokým rizikem znečištění  v současné době omezen na chlazení při koksování průtočný systém na jeden průchod  voda odebírána z povrchového zdroje a upravena  po průchodu technologickým zařízením vypuštěno přímo do vodního toku  tepelné zatížení zdroje povrchové vody příliš vysoké → systém s chladicí věží  použito k chlazení recirkulující vody prostřednictvím výměníků tepla cirkulační systém (temperovaná voda, chladicí voda)  většina chladicí vody používána opakovaně  recyklována přes chladicí věže → chlazeno vzduchem uzavřený systém kapaliny (vody)  při chlazení na nízké teploty

Ropa – zpracování ropy - energie Chladící systémy

A: chlazení na jeden průchod chladicího media B: přímé chlazení s chlazením výtokového proudu chladicí vody C: nepřímé chlazení/sekundární okruh D: recirkulace E,F: uzavřený okruh G,H: hybridní systémy

Zjednodušený schéma chladicích systémů používaných v rafinériích

Zařízení pro absorpci a rektifikaci Rektifikace

- často malá hnací síla - velký počet teoretických stupňů - tlak, vakuum

vakuová kolona

Absorpce

AVD

- větší zátěž plynnou fází - malý hydraulický odpor na straně plynné fáze - odvod rozpouštěcího nebo reakčního tepla - korozivní směsi – plněné kolony

absorpční kolona štěpení mazutu

Porovnání patrových a plněných kolon rozhodovací kriteria

- cena - výkon - dělící schopnosti

všeobecná hlediska - patrové kolony nebývají o průměru menším než 0,6 m - podle velikosti kapalné zádrže dynamická zádrž - zádržová patra  plněná kolona  bezzádržová patra - zádržová patra - zádrž kapaliny 15% až 30% aktivního objemu zařízení - plněné kolony - zádrž kapaliny 5% až 15% aktivního objemu zařízení

Porovnání patrových a plněných kolon výhody plněných kolon

výhody patrových kolon

-menší tlaková ztráta -vakuový systém – volý průřez > 50% -menší intenzita pěnění

-velké průtoky kapalin -velký průměr kolony -snadnější změna nástřikového patra

Plněné a výplňové kolony výplňové kolony

-vestavba - laťové výplně - tahokov

plněné kolony

-vrstva výplně - tělísková výplň - orientovaná

Vnitřní zařízení plněných kolon

1 rozdělovač kapaliny 2 přítlačná dna 3 sypaná náplň 4 nosný rošt 5 sběrač 6 boční odtah 7 nástřik 8 rozdělovač kapaliny 9 přítlačná deska 10 redistributory 11 nosný rošt

Výplně

Výplně - materiály keramika

ocel

plastická hmota - hydrofilní - nehydrofilní

Sypaná výplň

Výplně – transportní charakteristiky Tlaková ztráta

1,5 - Raschigovy keramické kroužky 3,7 - Raschigovy ocelové kroužky 2,6 - Pallovy keramické kroužky 4,8 - Pallovy ocelové kroužky

Kroužky průměru 25 mm, B = 0 a 44 m.h-1

Výplně – transportní charakteristiky Tlaková ztráta

1,3 – PP Pallovy kroužky 2,4 – Ralu kroužky

Kroužky průměru 50 mm, B = 0 a 50 m.h-1

Výplně – transportní charakteristiky Smočená plocha

at = 320 m-1 (15 mm) 1 - keramický kroužek 2 - PP hydrofilizovaný kroužek 4 - PP nehydrofilní kroužek at = 220 m-1 (25 mm) 3 - keramický () kroužek PP hydrofilizovaný () kroužek 5 - PP nehydrofilní kroužek

Porovnání různých typů Raschigových kroužků v závislosti na intenzitě zkrápění

Výplně – transportní charakteristiky Objemový koeficient přestupu hmoty

1,3 – průměr 25 mm 2,4 – průměr 50 mm

Porovnání objemového koeficientu hmoty PP Pallových kroužků plné body - hydrofilizovaná výplň prázdné body - nehydrofilizovaná výplň

Vnitřní zařízení plněných kolon 1 rozdělovač kapaliny 2 přítlačná dna 3 sypaná náplň 4 nosný rošt 5 sběrač 6 boční odtah 7 nástřik 8 rozdělovač kapaliny 9 přítlačná deska 10 redistributory 11 nosný rošt

Vrstva výplně

Volně sypaná vrstva

Skládaná vrstva

Rozdělovače kapalin

Přívod do kolony malé kolony (d < 2,5 m)

přímý se zarážkou - malý prostor pod výplní

přímý - nízký tlak - malý průtok plynu distributor - rovnoměrné rozptýlení plynu

Přívod do kolony velké kolony (d > 2,5 m)

Přívod do kolony dvoufázový tok (např. nástřik v petrochemii)

žaluziový oddělovač

tangenciální vstup

Konstrukční patra Odlehčovací patra

Konstrukční patra Redistributory

Konstrukční patra Přívod plynu

Patro s chladičem

Zachycovače kapek - demistery

Provozování plněných kolon tlaková ztráta

- funkce intenzity zkrápění a průtoku plynu

hustota zkrápění - normální kapaliny → 70-80 % hodnoty při zahlcení - pěnivé kapaliny

→ 40 % hodnoty pří zahlcení

Patrové kolony podle uspořádání toků kapaliny a páry a) patra s křížovým tokem fází - větší účinnost - menší aktivní plocha - větší tlaková ztráta (větší zádrž) b) patra s protiproudem fází - pro velké výkony - malá tlaková ztráta - úzký interval stabilní činnosti - menší tendence k zanášení

Kloboučková patra - sumární plocha zářezů = průřez parního nátrubku - pevné a stavitelné upevnění - tlaková ztráta = 300 – 600 Pa na patro

a) konvenční provedení

b) moderní provedení (nižší tlaková ztráta)

Kloboučková patra

tvary kloboučků

pracující kloboučkové patro

činnost kloboučkového patra

Kloboučková patra 1 - plášť kolony 2 - přepadová trubka 3 - patro s nátrubky 4 - klobouček s otvory 5 - kapalina 6 - pára 7 - pěna

Kloboučková patra

Ventilová patra -změna průřezu podle parního zatížení -dobrá účinnost -menší tlaková ztráta -možno použít i pro znečištěné kapaliny -možnost kolísání parní zátěže Typ A – omezovač zdvihu součástí ventilu (prokap podél nožiček)

Typ T – omezovač zdvihu součástí patra (pro zpracování znečišťujících směsí, bez prokapu)

Typ T-Venturi – nižší tlaková ztráta v parní fázi

Ventilová patra (modifikovaná – klapková)

Ventilová patra (modifikovaná – klapková)

dvouzátěžové

klapka K1

Klapka K2

pro bezpřepadová patra

pro patra s přepady

Sítová patra - děrované desky (průměr otvorů 6 – 12 mm) - volný průřez 5 – 15 % - s přepady, nebo bezpřepadová - dobrá účinnost - provoz omezen úzkým rozpětím výkonů

1 - plášť kolony 2 - přepadová trubka 3 - sítové patro 4 - kapalina 5 - pěna

Sítová patra

síta parní proud kapalný proud

sítové patro s více jezy pro kolony velkých průměrů

Sítová patra – režimy dvoufázového toku

tryskový režim - spojitá fáze pára - vakuové destilace

pěnový režim - spojitá fáze kapalina - atmosferické destilace

bublinový režim - shluky bublin

emulzní režim - plyn v podobě drobných bublin - tlakové dělení

Kapalinové přepady -statická a dynamická zádrž -maximální velikost aktivní plochy patra -požadována doba zdržení kapaliny na patře

jezy a přepady

Kapalinové přepady

různá uspořádání pater (přepad na nižší patro vyšrafován)

kruhový přepad

Ropa – zpracování ropy – rafinérské výrobky Rafinérské výrobky → nelze použít přímo (koroze, zápach, vzhled výrobku)

nežádoucí látky: sirné sloučeniny (korozivní, deaktivují katalyzátory, zhoršení životního prostředí) dusíkaté látky (zhoršují oxidační stálost, korozivní, podpora barevných změn) asfaltenické a živičné látky (korozivní, vznik kalů) aromatické látky (motorová nafta – snížení cetanového čísla petrolej – čadivost plamene, zvýšení teploty tuhnutí oleje – zmenšení viskozitního čísla)

Ropa – zpracování ropy – rafinérské výrobky Separace plynů rozdělení uhlovodíky C1 - C5 a vyšších rektifikací odpadních plynů zdroj suroviny  destilace surové ropy  katalytické krakování  katalytického reformování  alkylace  desulfurace produkt separace  frakce C1 a C2  prodej, nebo rafinérský plyn  LPG (propan a butan)  lehký benzin (C5 a vyšší)

Ropa – zpracování ropy – rafinérské výrobky Separace plynů

prac. podmínky: P = cca 1,4 MPa absorbent - těžký benzín vypírka kys. plynů - např. dietanolamin

Dělení rafinerských plynů 1 - absorbér, 2 - debutanizér, 3 - dělení benzínu, 4 - depropanizer

Ropa – zpracování ropy – rafinérské výrobky Separace plynů Použití: propan - rozpouštědlo při odparafinování těžkých olejových frakcí - rozpouštědlo při odparafinování minerálních olejů butany - přísada do automobilových benzínů (v omezeném množství) - náhrada freonů ve sprejích n-butan - izomerace na izobutan i-butan - surovina pro výrobu alkylátů (vysokooktanová složka autobenzínů) buteny - surovina pro výrobu výše vroucích izoalkenů (vysokooktanová složka autobenzínů) - surovina pro výrobu polymerů, metyl-ter.butyletheru, maleinanhydridu LPG - topení a ohřev

Ropa – zpracování ropy – rafinérské výrobky Benzíny směs kapalných uhlovodíků - bod varu 30 – 215 °C podle použití: benzíny pro zážehové motory benzíny letecké benzíny technické (rozpouštědla, ředidla) minulost: motory s nízkým kompresním poměrem - primární benzíny (přímé použití benzínových frakcí (nízké oktanové číslo) současnost: motory s vysokým kompresním poměrem - benzíny s vysokým OČ (požití benzínových frakcí, reformátů, benzínů z krakování, MTBE, butanů)

Ropa – zpracování ropy – rafinérské výrobky Benzíny hodnocení benzínů: těkavost - tenze par - destilační křivka – 10 % - snadné startování - 50 % - akcelerace - 90 % - spalování antidetonační vlastnosti obsah škodlivin (benzen) . Oktanové číslo (OČ) - uměle vytvořená stupnice hodnota 0 - n-heptan hodnota 100 - izooktanu (2,2,4-trimetylpentan). zvýšení oktanového čísla: minulost

- tetraetylolovo Pb(C2H5)4 , tetrametylolovo Pb(CH4)4 koncentrace – 1,4 g Pb/l  0,03 g Pb/l (výroba zastavena od r. 2001)

současnost - kyslíkaté příměsy (MTBE, etanol, ETBE)

Ropa – zpracování ropy – rafinérské výrobky Benzíny automobilový benzín – míšením různých frakcí  reformát (OČ cca 92-95)  benzínová frakce z redestilace 65 (OČ cca 70)  benzínová frakce z redestilace 85 (OČ cca 55)  pentán z dělení plynů (OČ cca 80)  izobután z dělení plynů (OČ cca 94)  MTBE (OČ 117)  barviva letecké benzíny  destilační rozmezí 40 – 180 °C  maximální tepelný obsah na jednotku hmotnosti (nepoužívají se kyslíkaté sloučeniny – alkoholy, étery)  bod krystalizace -60 °C (vypadávání parafínu z paliva)

Ropa – zpracování ropy – rafinérské výrobky Benzíny technický benzín – míšením lehkého primárního benzínu a z rafinátů po extrakci aromátů  definován začátek a konec destilační křívky  limitován obsah aromátů typ petrolejový éter BT 60/80 BT 150/200 BT 140/200

destilační rozmezí 30 – 70 °C 60 – 80 °C 150 – 200 °C 140 – 200 °C

benzín pro důlní lampy 60 – 140 °C benzín lékařský 35 – 100 °C

použití kosmetické a farmaceutické účely extrakce tuků a olejů čistírny textilií ředidlo (nátěrové hmoty, asfalty, asfaltové laky, leštící pasty, krémy) bezpečnostní lampy lékařské a farmaceutické účely

Ropa – zpracování ropy – rafinérské výrobky Motorová nafta směs kapalných uhlovodíků (C12-C24) s teplotou varu 150 - 370 °C palivo pro vznětové motory (kompresní poměr 1:15 až 1:25, CČ>50) výroba - smícháním ropných frakcí: plynový olej petrolej - hydrokrakováním vakuových olejů cetanové číslo (CČ) - spalovací vlastnosti motorové nafty (náchylnost k tvrdému chodu motoru) hodnota 100 – n-hexadekan (malá náchylnost k tvrdému chodu) hodnota 0 – 1-metylnaftalenem (velká náchylnost k tvrdému chodu) důležité vlastnosti: - filtrovatelnost za chladu (vykrystalování parafinů) - viskozita (mazání vstřikovacího čerpadla) - přítomnost složek s b.v. nad 350 °C (nedokonalé spalování nafty) - obsah síry (od r. 2005 max 50 mg/kg - mazivost (aditiva proti nadměrnému opotřebení pístů vstřikovacího čerpadla)

Ropa – zpracování ropy – rafinérské výrobky Motorová nafta druhy motorových naft: motorová nafta letní (bod filtrovatelnosti 4°C) motorová nafta zimní (bod filtrovatelnosti –10, -20 °C) solventní nafty bionafty

(z destilace černouhelného dehtu nevhodná pro vznětové motory – malé CČ) (metylestery rostlinných olejů směs metylesteru a motorové nafty

Ropa – zpracování ropy – rafinérské výrobky Lehké topné oleje: dest. frakce lehký topný olej (někdy míšena s plynovým olejem) bod tuhnutí (-10 až 10 °C) Těžké topné oleje: destilační zbytek těžkých uhlovodíků z ropy (mazut) bod tuhnutí (+40 °C) Mazací oleje:  oleje automobilové  motorové, převodové, výplachové, tlumičové oleje průmyslové  ložiskové, hydraulické, válcové, konzervační, turbínové oleje speciální  izolační, formové, medicinální, kalící, řezné

Ropa – zpracování ropy – rafinérské výrobky Asfalty: složení:  asfaltény (15 až 25 %) – vysokomolekulární polární látky  živice (10 až 90 %) – látky aromatického charakteru  oleje (10 až 60 %) – spojitá fáze  případně parafiny (zhoršují jejich vlastnosti)