ROPA PALIVA A POHONNÉ HMOTY ČZU/FAPPZ

Transkript

1 ROPA PALIVA A POHONNÉ HMOTY

2 Ropa: všeobecně surovina těžená z podzemních nalezišť- vrtů, kapalná směs uhlovodíků fosilního původu (uhlí, zemní plyn, ropné písky, břidlice). Starší označení nafta - perského původu znamenalo kapalinu vytékající samovolně ze země, řecké slovo petros skála, skalní olej. Petrochemie: oddíl chemie zpracující ropu na celou plejádu chemických výrobků: paliva, maziva, průmysl barviv a léčiv, výrobu pesticidů, průmysl vláken atd. V němčině se pod pojmem ropa uvádí název Erdöl, v americké odborné terminologii Crude oil, ve Velké Británii: Petroleum, ve francouzštině le Petrol, v ruštině: Něfť.

3 VZNIK ROPY - v hloubkách až několik stovek metrů obvykle mezi dvěma nerozpustnými vrstvami okolních hornin (často spolu se zemním plynem); - dvě hlavní skupiny hypotéz vzniku Anorganická teorie: uhlovodíky vznikaly reakcí vody s karbidy kovů, reakcí oxidu uhelnatého s vodíkem (také kosmická teorie vycházející z poznatku, že atmosféra planet je tvořena vodíkem a uhlovodíkovými plyny); [1]

4 Organická teorie: rozklad nahromaděného organického materiálu, který prošel třemi stupni přeměny: diageneze, katageneze a metageneze při působení tlaku a vyšší teploty. Některé horniny mohly působit jako katalyzátory chemických přeměn při působení mikroorganismů či případně i radioaktivního záření. - ropa se většinou nachází v tzv. naplaveninách a jen výjimečně ve vyvřelinách; - připouštějí se obě teorie vzniku. [2]

5 - hlubinné vrty, z nichž ropa sama vyvěrá (někdy tryská do mnohametrové výše), nebo se čerpá; - v případě samovolného výtoku je zapotřebí jímat ropu z ústí vrtu a následně bezpečně odvádět; - při čerpání lze většinou využívat tlaku plynů, shromážděných ve svrchních částí ložiska, pod nepropustnou vrstvou hornin; - vrty hloubené pro těžbu ropy procházejí nejrůznějšími horninami o různé tvrdosti a soudržnosti ; - proti porušování (či dokonce zavalování vrtů) se zabezpečují stěny vrtu ocelovými rourami tzv. pažnicemi zajištěné betonováním - do vrtu jsou spouštěny již během procesu vrtání - vrtné nářadí jimi prochází; - po dokončení vrtu se na jejich nejsvrchnější části připojuje jímací zařízení.

6 TĚŽBA ROPY - ropa je vrtána na pevnině, ale i na moři; - na moři v tzv. šelfové oblasti se staví vrtné věže (hloubka moře m); - z důvodu velké hmotnosti vrtné plošiny (okolo 1 mil.t) - zpevnit mořské dno - tzv. pilotů (roury s průměrem okolo 2 m a délce 100 m) pod nohama plošiny; - pro větší hloubky se používají plovoucí vrtné plošiny umístěné na plovácích umožňující i jejích přemisťování (hmotnost přes 250 tis.t, ukotveny k mořskému dnu). [3] [4]

7 - vrtné hlavice (na souši i na moři) jsou umístěny na soustavě trubek spojené šroubováním (délka trubky 5-10 m); - trubkami protéká tzv. výplach - speciální kapalina vynášející na povrch rozmělněnou horninu; - materiálem pro zhotovení hlavic jsou zpravidla karbidy kovů a pro speciální přísady i průmyslové diamanty (životnost závisí na hornině - často bývá jen v řádu několika hodin); - trubky se posléze postupně vytahují, rozšroubovávají, vrtací hlavice se vymění a po opětovném spojení trubek se celý systém spouští do vrtu.

8 SLOŽENÍ ROPY - olejovitá kapalina většinou černé, výjimečně žlutohnědé barvy; - hustota okolo 800 kg/m 3 až výjimečně 1050 kg/m 3 (většinou lehčí než voda); - většinu ropy tvoří uhlovodíky, doprovázeny směsí heterocyklických sloučenin obsahujících v molekule kyslík, síru nebo dusík; - rozpuštěné plyny: propan - butan, oxid uhličitý, sirovodík, methan, ethan a řadu dalších plynů; - pevné látky obsažené v ropě: tuhé uhlovodíky jako např. parafiny, cerezíny a látky asfaltické povahy; - síra a sirné sloučeniny se vyskytují nejčastěji ve formě sulfanu, pronikavě páchnoucích merkaptánů (RSH), thiofénů, disulfidů, ale výjimečně i kyslíkatých sloučenin síry (sulfonové kyseliny) a elementární síry (dovážená ropa 3 % síry, Perský záliv i 0,5 % síry).

9 Elementární složení ropy - dále přítomny: uhlovodíky parafinické (alkany, alkeny, alkiny), uhlovodíky cyklické a polycyklické, nafteny i uhlovodíky aromatické a polyaromáty; - přesné složení ropy však není možné identifikovat pro složitost a komplikovanost sloučenin.

10 Před zpracováním je ropu zapotřebí zbavit vody a solí - k tomuto účelu se využívá ohřevu, čímž se sníží viskozita a urychlí separace vody; - přidávají se deemulgátory pro rozrušení emulze či oddělení pomocí elektrického pole; - voda v ropě - suspendovaná nebo emulgovaná; - snížení obsahu vody se provádí převážně kvůli jejímu nízkému výparnému teplu a tím pádem snížení výkonu destilační kolony; - obsahuje dále rozpuštěné soli, které by se usazovaly na teplosměnných plochách, zvyšoval by se tak odpor při proudění, zhoršoval přestup tepla a samozřejmě by také podporovaly korozi.

11 [5]

12 [6]

13 ZPRACOVÁNÍ ROPY - začíná destilací, kterou se získávají užší frakce s požadovaným rozmezím varu; - šířka frakce se reguluje tak, aby spadala do destilačního rozmezí konečného výrobku a vyhovovala požadavkům následujícího rafinačního procesu; - základní dělení ropy na užší frakce na destilačních kolonách se provádí ve dvou stupních - nejdříve při přibližně atmosférickém tlaku a následně na další koloně pracující za sníženého tlaku (vakuum); - frakce motorových paliv vycházejí z atmosférické destilace, vakuová destilace produkuje olejové frakce, z hlavy atmosférické destilace vycházejí plyny (butany) a lehký benzin, z horních pater těžký benzin, ze středních a dolních petrolejová frakce a plynový olej. Zbytek tvoří mazut, který je možné dále za vakua destilovatprocesech tzv. hloubkového zpracování ropy i procesech petrochemických (krakování, koksování, pyrolýza atd.).

14 - lehké benziny mají středně velké oktanové číslo (v dřívějších dobách se používaly pro míšení automobilových benzinů), pro současné vysokooktanové benziny je jejich použití výrazně omezené; - těžké benziny mají velmi malé oktanové číslo, jako složka automobilového benzinu jsou nepoužitelné a musí se podrobit procesu reformování, při kterém vznikají aromatické uhlovodíky s vysokým oktanovým číslem; - petrolejové frakce a plynový olej jsou základními složkami motorové nafty; - uvedené složky paliv nemusí pocházet jen z destilace ropy, vznikají také při procesech tzv. hloubkového zpracování ropy i procesech petrochemických (krakování, koksování, pyrolýza atd.).

15 [7]

16 [8]

17

18 Ropa může být zpracována na: Pohonné hmoty a topné oleje Atmosférická destilace ropy, úprava vlastností pohonných hmot, úprava vlastností topných olejů. Pohonné hmoty Destilace atmosférická a vakuová, úprava vlastností pohonných hmot z destilace. Krakování (termické, katalytické, hydrokrakování) těžších těžkých frakcí z vakuové destilace, úprava vlastností, zpracování nenasycených uhlovodíkových plynů, vznikajících při krakování, polymerací nebo alkylací.

19 Pohonné hmoty a mazací prostředky Zahrnuje destilaci atmosférickou (převážně se získají pohonné hmoty), vakuovou destilací se získají olejové destiláty, které se následně zpracovávají rafinací, doparafinováním, příp. odasfaltováním na olejové základy upravované mísením a aditivací na konečné produkty mazací oleje či jako suroviny pro výrobu plastických maziv. Pohonné hmoty a petrochemické suroviny Základem opět destilační dělení (atmosférická a vakuová destilace), na které navazují další operace, při kterých se získávají aromatické a nenasycené uhlovodíky určené pro zpracování na různé chemické sloučeniny. [9]

20 - trendem současných automobilových paliv snižování síry; - veškeré ropné frakce musí být odsiřovány (platí i pro paliva ze štěpných procesů ropných destilátů); - odstraňuje se hydrorafinačními procesy, jejichž podstatou je převedení sirné sloučeniny na uhlovodík a sirovodík, jenž se dá odstranit z palivové frakce; - pokud je síra vázána v kruhu heterocyklické sloučeniny, kruh se otevře (např. hydrogenace thiofenu, při které vzniká butan a sirovodík); - hydrorafinačním procesem se obdobně převádějí dusíkaté sloučeniny na uhlovodíky a čpavek, resp. vodu.

21 Klasifikace ropy - nejrozšířenější metoda - dle API (American Petroleum Institute), kdy se ropa rozdestiluje na dvě klíčové frakce a podle hustoty se vypočítávají stupně API; - pro obchodní zaměření stačí rozdělení dle převažující struktury uhlovodíků na ropu: parafinickou (alkanickou); cyklanickou (naftenickou); aromatickou; asfaltickou (pokud značnou část ropy tvoří asfaltické látky). [10]

22 ZDROJE ROPY - ropa se podílí cca. 40 % na světové spotřebě energie; - v současné době nejdůležitějším nosičem energie světového hospodářství; - celkový konvenční potenciál ropy je podle různých geologických odhadů asi 350 miliard tun. 40 % již spotřebovaný (vytěžený) podíl; 40 % rezerva (známé naleziště při dnešní technologii hospodárně těžené); 20 % ještě nenalezené zásoby. (zahrnuty rovněž značné nekonvenční podíly složek ropy jako těžké oleje, olejové písky, olejové jíly a syntetické nafty vyrobené ze zemního plynu nebo uhlí)

23 - známé zásoby ropy jsou omezené, ale postupně objevovány nové rezervy; - odhad amerického ministerstva energetiky udává zásoby v Iráku 113 miliard barelů (asi 15 miliard tun), prozkoumáno pouze 10 % území celé země - konečné zásoby minimálně o dalších 100 miliard barelů vyšší; - další zásoby se nalézají v Kanadě (25 miliard t), v Mexickém zálivu (10 miliard t); - roční těžba by měla z dnešních 3,5 miliard tun postupně narůstat až do 5 miliard tun v roce 2020; - minimálně let by měla ve spotřebě převažovat paliva vyrobená z ropy, teprve potom ze zemního plynu a později případně uhlí. Předpoklad je, že roční spotřeba ropy bude vrcholit kolem roku 2020 a v dalším období bude trvale klesat.

24 ROPA V ČR - od r na jižní Moravě - nejzápadnější cíp vídeňské roponosné pánve; - lokality i na Ostravsku, v Jeseníkách a v Beskydech; - celková roční těžba se pohybuje v rozmezí kolem pouhých tun, spotřeba je však kolem 7 milionů tun.

25 - ČR není závislá již jen na jediném dodavateli ropy (na sibiřské ropě), vede i (Kralupy a Litvínov) druhý ropovod z Ingolstadtu, kde je křižovatka tří ropovodů; - ropovodu Družba (přes německé město Leuna do Ingolstadtu), dále severní ropy (ze šelfových moří Norska a Skotska) a ropy arabské (dopravované tankery do terminálu v Terstu); - délka ropovodu označovaného jako MERO z Ingolstadtu do Litvínova a potažmo do PARAMA je 175 km na německém území, plus 169,7 km na území České republiky; - kapacita této větve je 10 milionů tun ročně.

26 Palivo a pohonné hmoty Palivem můžeme nazvat takovou látku,která současně splňuje tři e kritéria: 1) energetické; 2) ekonomické; 3) ekologické. ad 1) Energetické hledisko: maximum MJ/kg paliva, přičemž další dvě kritéria (ekonomické a ekologické) nesmějí vyznívat kontroverzně; ad 2) Ekonomické hledisko: minimální cena za produkovanou jednotku energie (KJ/MJ), v optimální hodnotě Kč/kJ nebo v Kč/MJ; ad 3) Hledisko ekologické: vliv spalování daného paliva na znečištění životního prostředí.

27 ROZDĚLENÍ PALIV DLE SKUPENSTVÍ Paliva tuhá: přirozená: uhlí, dřevo, rašelina, biomasa; umělá: koks, modifikovaná biomasa. Paliva kapalná: přirozená: ropa, absorbovaná ropa v ropných pískách a břidlicích; umělá paliva a frakce ropy: benzíny, petroleje, topné oleje, mazuty; syntetická paliva vyrobená na bázi uhlí či ropných produktů; kapalná paliv z biomasy: kvasný líh a methylestery rostl. Olejů. Paliva plynná: přirozená: zemní plyn, bahenní plyn; bioplyn, kychtový plyn, generátorový plyn, dřevoplyn, svítiplyn.

28 DĚLENÍ PALIV DLE STÁŘÍ Recentní paliva: vznikají nepřetržitě díky fotosyntéze a slunečnímu záření (biomasa, dřevní hmota, rostlinná hmota a její produkty); Přechodná paliva: rašelina; Fosilní paliva: vznikala ve zcela určité geologické epoše a při zcela určité flóře a fauně dané především určitými klimatickými podmínkami - ropa, uhlí, zemní plyn, ropné písky atd.

29 POHONNÉ HMOTY: - pojmově podřízené palivu (část paliv vyhovuje pohonu spalovacích motorů); Nároky na pohonné hmoty: 1. Musí spolehlivě a jednoduše tvořit výbušnou směs (směs rozptýleného paliva a vzduchu ve stechiometrickém poměru), která musí hořet dle programů režimu motoru - volnoběžný, akcelerační, decelerační, ekonomický, zážehový aj. (s minimem karbonu po shoření). 2. Musí mít malý objem ve vztahu k obsahu energie (ml/kj).

30 3. Musí vykazovat vysokou provozní spolehlivost, skladovací bezpečnost, okamžitou provozuschopnost a maximálně bezpečnou přepravu z nádrže k motoru). 4. Musí vykazovat možnost doplňování z čerpacích stanic vykazujících dostatečnou územní hustotu. Základní rozdělení paliv pro motory s vnitřním používáním: 1) plyny (zkapalněné, stlačené); 2) benziny; 3) motorové nafty; 4) letecké petroleje.

31 Zdroj obrázků: [1] [2] [3] dolaru-za-barel-pk0-/firmy-trhy.asp?c=a111004_144320_firmytrhy_apa [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10]