UJEP PRŮMYSLOVÁ CHEMIE ÚVOD DO STUDIA. Doc. ing. Jaromír LEDERER, CSc.

Transkript

1 UJEP PRŮMYSLOVÁ CHEMIE ÚVOD DO STUDIA Doc. ing. Jaromír LEDERER, CSc.

2 EU chem.industry REVENUES FROM SALES (2004) BIL.EUR CZ 319 EU10 - OTHERS POLAND 142 PORTUGAL FRANCE GERMANY EU 15 - OTHERS EU Total 559 bil.eur EU 10 Total 27 bil.eur (NEW MEMBERS... 4,6% CZ chem.ind...0,68 %)

3 FCC Nová jednotka RFFC 1380 kt/rok

4

5

6 Litvínovský hydrokrak

7 Laboratoř versus průmyslová výroba Do baňky vložte... Protřepejte... Zahřejte nad kahanem... Nechte reagovat 2 min... Ochlaďte ve studené vodě... Nechte stát přes noc.. Předestilujte Zásobníky, potrubí.. Čerpadla, míchadla Průmyslové pece Reaktory Výměníky tepla Katalýza, podmínky Průmyslové rektifikace

8 VÝROBKY PRO SPOTŘEBU cca CO CHCEME POLOPRODUKTY cca 300 (INTERMEDIÁTY) C O M Á M E ZÁKLADNÍ CHEMIKÁLIE (20) ETHYLEN, PROPYLEN,BENZEN, AMONIAK, SYNPLYN, METHANOL, KYSELINA SÍROVÁ, CHLOR PALIVA (5) LPG, BENZIN, DIESEL, PETROLEJ, TOPNÉ OLEJE SUROVINY (10) ROPA, ZEMNÍ PLYN,UHLÍ, BIOMASA, RUDY, VZDUCH, VODA, SŮL, SÍRA

9

10

11

12 a dále:

13 a dále:

14 a dále:

15 a dále:

16 a dále:

17 a dále:

18 a dále:

19 a dále:

20 a dále:

21 Laboratoř versus průmyslová výroba TOLUEN + VODÍK BENZEN + METHAN Jak tuto rovnici přečte laboratorní chemik a jak průmyslový chemik?

22 Tabulka 1 Roční produkce v milionech tun* komodita svět ČR ** Produkovaná ropa Ocel Plasty Ethylen Propylen Kyselina sírová , * všechna čísla jsou přibližná uvedena jen pro řádový názor ** ropy zpracováno v ČR cca 8 mil. tun/rok

23 Významné podniky českého chemického průmyslu

24 Hlavní ukazatele čs.chemického průmyslu Ukazatel jednotka rok 2004 rok 2005 chemický průmysl index 05/04 % zpracov. průmysl celkem Tržby v běžných cenách mld. Kč 318,5 349,3 109,7 107,4 Tržby ve stálých cenách mld. Kč 326,5 347,3 107,4 108,4 Počet zaměstnanců tis. osob 101,3 106,2 104,8 100,7 Vývoz mld. Kč 193,2 216,0 111,9 108,3 Dovoz mld. Kč 315,7 332,1 105,2 102,6 Přidaná hodnota mld. Kč 65,5 67,9 103,6 103,4 Hospodářský výsledek před zdaněním mld. Kč 21,7 19,9 91,9 97,3

25 Chemický průmysl tři agregáty 1. rafinérské zpracování ropy 2. chemický a farmaceutický průmysl 3. gumárenský a plastikářský průmysl

26 BorsodChem- MCHZ

27 Chemopetrol Litvínov dnes UNIPTEROL RPA

28 Colorlak Staré Město

29 CS-CABOT - Valašské Meziříčí

30 ČEPRO - Praha

31 DEZA Valašské Meziříčí

32 EUROSUPPORT MANUF.CZ

33 EXPLOSIA

34 FARMAK

35 FATRA

36 FOSFA - Poštorná

37 GUMOTEX - Břeclav

38 GUMOTEX - Břeclav

39 KAUČUK Kralupy dnes SYNTOS

40 KEMIFLOC - Přerov

41 LACHEMA - Brno

42 LOVOCHEMIE - Lovosice

43 Lučební závody - Kolín

44 PARAMO - Pardubice

45 PRIMALEX

46 SAFINA

47 SILON

48 SPOLANA

49 SPOLCHEMIE

50 SYNHESIA

51 UNIPETROL RAFINERIE

52 VELVANA

53 ZENTIVA

54 Roční produkce v ČR PRODUKT VÝROBA V ČR POZN. Butadien 90 Výroba pyrolýzou, součást C4 frakce (cca 180 kt/rok). Separace v Kaučuku extraktivní destilací pomocí DMF Styren Kapacit EB je 300 kt/rok, využití cca 60%. Etanol (synt.) 0 Výroba v Chemopetrolu zastavena Fenol 0,250 Separace z fenolových vod, nikoli syntetický Vinylchlorid Kapacita VCM ve Spolaně je 130 kt/rok, nyní se revampuje na 140 kt/rok. PE 320 PP 250 PS 170 PVC 125 Močovina 200 Stamicarbon CO Allylchlorid 11 Epichlorhydrin 9 Epoxidové 22 pryskřice Alkydové pryskyřice 25 MEŘO Setuza Ústí 100 Anilín MCHZ 150

55 UHLÍ JAKO CHEMICKÁ A ENERGETICKÁ SUROVINA

56 Základní informace Vznik uhlí: Černé uhlí..prvohory, karbon transformace přesliček a plavuní Hnědé uhlí třetihory, transformace stromů Transformace aerobní / anaerobní přeměny + karbonifikace + vulkanismus Rozdělení Lignit hnědé uhlí černé uhlí antracit

57 Vliv prouhelnění na složení uhlí Coalification series: atomic ratios H/C vs. O/C

58 STRUKTURA UHLÍ (PŘÍKLAD) POMĚR C/H = 1 až 2,5, obsah vody a popelovin

59 Hnědé uhlí Produkce v ČR mil tun za rok (2004)

60 ČERNÉ UHLÍ Produkce v ČR...cca 17 mil tun za rok (2004)

61 Skupinové složení uhlí Comparison of proximate and ultimate analysis with carbonization assay C, H, O, N, S = elements; T = tar; W* = decomposition water; G* = carbonization gas; VM = volatile matter

62 Přítomné oxidy Distribution of mineral components of ash a) SiO 2 ; b) Al 2 O 3 ; c) Fe 2 O 3 ; d) MgO; e) CaO; f ) Na 2 O + K 2 O; g) SO 3 ; h) Balance

63 Vliv prouhelnění na složení uhlí Coalification series: atomic ratios H/C vs. O/C

64 Hlavní údaje pro jednotlivé typy uhlí Analytical data for coals of different degree of coalification Analytical parameter Peat Soft lignite Lignite Subbitu- Bituminous Anthraciti minous coal coal coal Moisture (as received), wt% > Ultimate analysis Carbon, wt% Hydrogen, wt% Nitrogen, wt% Sulfur, wt% Oxygen (difference), wt% Elemental ratio H/C O/C

65 Transformace uhlí - logika Totální oxidace Termická depolymerace (redistribuce vodíku..c/h) Termická depolymerace v přítomnosti vodíku Parciální oxidace v přítomnosti vody

66 Průmyslové postupy transformace uhlí SPALOVÁNÍ..energie + spaliny PYROLÝZA.. chemikálie + uhlík POMALÉ PYROLÝZY= NÍZKOTEPLOTNÍ A VYSOKOTEPLOTNÍ KARBONIZACE RYCHLÉ PYROLÝZY (teplonosič) ZPLYŇOVÁNÍ (GAZIFIKACE).syntézní/topné plyny ZKAPALŇOVÁNÍ paliva + chemikálie PŘÍMÉ (HYDROGENACE) /Bergius-Pier, H-coal/ NEPŘÍMÉ (PŘES SYNTÉZNÍ PLYN) Fischer-Tropsch, Sasol, SMDS

67 PRODUKT VYSOKOTEPLOTNÍ KARBONIZACE VÝTĚŽEK (% HMOT) KOKS DEHET 2-4 SUROVÝ BENZOL 1 KOKSÁRENSKÝ PLYN 16 ČPAVKOVÁ VODA 4 HLAVNÍM VÝROBKEM JE METALURGICKÝ KOKS ČERNÉ UHLÍ, 1000 C, DEZA TIS.TUN DEHTŮ A BENZOLU

68 DEZA, a.s - Valašské Meziříčí DEZA je jediným tuzemským zpracovatelem dehtů na výrobky dehtochemického průmyslu Základním výrobním zařízením je destilační komplex s kapacitou cca tun surového dehtu Základním výrobkem je benzen kapacita t/rok Společnost pokládá za klíčové výroby následujících produktů: benzen, toluen, xyleny, antrachinon, antracen, naftalen, ftalanhydrid, ftalátová změkčovadla, impregnační oleje, inden-kumaronové pryskyřice, pyridinové a chinolinové deriváty, suroviny pro saze a zejména černouhelnou smolu v různých kvalitách

69 Zplyňování uhlí - aplikace KOMBINACE: methan, vodík, CO, CO 2, CnHn, (dusík)

70 Zplyňování uhlí ve fluidním loži

71 Zplyňování uhlí v pohyblivém loži

72 Konvenční paliva z alternativních zdrojů - GTL GAS LIQUID

73 FISCHER-TROPSCH SYNTÉZA n CO + (2n+1) H 2 n CO + 2n H 2 n CO + 2n H 2 C n H 2n+2 + H 2 O C n H 2n + H 2 O H(-CH 2 -) n OH + (n-1)h 2 O Fe, Co - katalyzátory

74 FISCHER-TROPSCH SYNTÉZA REAKTOR MTFB RISER SLURRY Teplota C Tlak bar H2/CO mol/mol 1,7 2,5 0,6 Methan % hmot Benzin % hmot Diesel % hmot Wax % hmot

75 SASOL UHLÍ SYNGAS FT RAFINERIE SHELL MIDDLE DISTILLATES SYNTHESIS ZEMNÍ PLYN SYNGAS FT

76 Přímé zkapalňování uhlí oxidy železa,co-mo mísení uhlí +nosná kapalina +vodík +katalyzátor předehřev + vstup do několika reaktorů P= 30 MPa, T= 500 C syntetická ropa dělení produktů termická depolymerace (endotermní) katalytická hydrogenace (vysoce exotermní)

77 ROPNÉ PÍSKY OIL SANDS % VYSOKOMOLEKULÁRNÍHO BITUMENU V PÍSCÍCH

78

79

80 There are 173 billion barrels of oil in the oil sands proven to be recoverable with today s technology. There is an estimated total of 315 billion barrels of potentially recoverable oil in the oil sands. Approximately 80 per cent of recoverable oil sands is through in-situ production, with less than 20 per cent recoverable by mining.

81 Oil sands are naturally occurring mixtures of sand or clay, water and a thick, heavy substance called bitumen. Bitumen will not flow unless it s heated or diluted. At room temperature, it acts much like cold molasses. Two ways to recover bitumen mining vs. insitu For oil sands near the surface, it can be mined and moved by trucks to a cleaning facility where the sand is mixed with hot water to separate the bitumen. For oil sands further beneath the surface, extraction is done through various in-situ processes. These processes use steam, solvents or thermal energy to make the bitumen flow to a point that it can be pumped by a well to the surface.

82 Bitumen is best described as a thick, sticky form of crude oil, so heavy and viscous that it will not flow unless heated or diluted with lighter hydrocarbons. At room temperature, it is much like cold molasses. Oil sands are substantially heavier than other crude oils. Technically speaking, bitumen is a tar-like mixture of petroleum hydrocarbons with a density greater than 960 kilograms per cubic metre; light crude oil, by comparison, has a density as low as 793 kilograms per cubic metre. Compared to conventional crude oil, bitumen requires some additional upgrading before it can be refined. It also requires dilution with lighter hydrocarbons to make it transportable by pipelines. Bitumen makes up about per cent of the actual oil sands found in Alberta. The remainder is per cent mineral matter - including sand and clays - and 4-6 per cent water.

83 DOPRAVA ROPNÝCH PÍSKŮ NE ZPRACOVÁNÍ

84 LOKOALITY TĚŽBY V KANADĚ

85 CO JE CCS? Carbon capture and storage (CCS) is a process that captures carbon dioxide (CO2) emissions and stores them in geological formations deep inside the earth.

86 On average, Bitumen is composed of: Carbon- 83.2% Hydrogen- 10.4% Oxygen- 0.94% Nitrogen- 0.36% Sulphur- 4.8%

87 SEPARACE BITEMENU The scroll centrifuge is used to spin out coarser particles, and relies on an auger like action to convey solids out of the machine The disc centrifuge is used to remove the finer material, including very small water droplets. The disc centrifuge works like a spin cycle on a washing machine and spins the remaining solids and water outward. This stream is collected as tailings The middlings is a suspended mixture of clay, sand, water and some bitumen. The middlings go through a process called secondary separation. There are different methods, but basically it involves injecting air into the middlings in flotation tanks. This added air encourages the creation of additional bitumen froth. The intent is to recover a further 2 4% of bitumen. Bitumen from the secondary recovery system is recycled back to the primary system. Steam is used to heat the froth (to approximately 80 C) and remove excess air bubbles, in a vessel called a de-aerator. Air must be removed, to allow pumps to operate efficiently (Aerated froth causes cavitation which could destroy the pump).

88 Extrakce bitumenu horkou vodou

89 POVRCHOVÁ TĚŽBA BITUMENOVÝCH PÍSKŮ

90 BIOAMASA JAKO CHEMICKÁ A ENERGETICKÁ SUROVINA

91 GLOBÁLNÍ ENERGETICKÝ POTENCIÁL BIOMASY 5 1 Celková spotřeba energie a ropných produktů Potencionální energie z ročního přírůstku bioamasy

92 Typy biomasy

93 FOTOSYNTÉZA

94 UHLÍKOVÝ CYKLUS

95 BIOMASA PŘEVÁŽNĚ SACHARIDY A ROSTLINNÉ OLEJE přírodní látky roční produkce 100 biliónů tun z obnovitelných zdrojů biodegradabilní

96 DŘEVO SUROVINA?

97 Složení dřeva DŘEVO % hmot. Celulóza Lignin Hemicelulóza Další látky (terpeny) 1 3 Popeloviny 0,1 0,5

98 O sacharidech obecně MONOSACHARIDY polyhydroxyaldehydy (aldosy) polyhydroxyketony (ketosy) OLIGOSACHARIDY POLYSACHARIDY HO HO OH O OH O CHO OH HO OH OH CH 2 OH D-glukosa OH O HO OH sacharosa OH * HO O HO O OH HO O HO O OH HO O HO O OH HO O HO O OH O * n

99 GLUKÓZA/SACHARÓZA BIOMASA (POLYMERY CUKRŮ) AMYLOPEKTIN CELULÓZA / HEMICELULÓZA AMYLÓZA

100 Schéma výroby BiOH?

101 Schéma výroby BiOH?

102 TRANSESTERIFIKACE TRIGLYCERIDŮ

103 VÝROBA ROSTLINNÝCH OLEJŮ

104 FA (VYŠŠÍ MASTNÉ KYSELINY)

105 VÝROBA BIONAFTY

106 BTL

107 BTL

108 BIOPALIVA Z BIOMASY

109 Budoucnost konverze celulóza na jednoduché cukry

110 Budoucnost konverze celulóza na jednoduché cukry

111

112

113 Rozklad kerogenních hornin spalinami

114 Rozklad kerogenních hornin přenašečem tepla

115 ROPNÉ PÍSKY A KEROGENNÍ HORNINY

116 Světové zásoby fosilních surovin

117 Rozklad kerogenních hornin spalinami

118 Rozklad kerogenních hornin přenašečem tepla

119 Zásoby synt.ropy v kerogenu

120 MECHANICKÉ A HYDROMECHANICKÉ OPERACE

121 SKLADOVÁNÍ TUHÝCH LÁTEK Sklady (zastřešené, volné prostranství) Zásobníky (př. silo na PP)

122 DOPRAVNÍ ZAŘÍZENÍ

123 SKLADOVÁNÍ KAPALNÝCH LÁTEK Obaly (sudy) Nádrže (beztlakové, tlakové)

124 SKLADOVÁNÍ PLYNNÝCH LÁTEK

125 ZPRACOVÁNÍ TUHÝCH LÁTEK Drcení Mletí Granulace Třídění

126 DRCENÍ

127 DRCENÍ TYPY ZAŘÍZENÍ

128 MLETÍ

129 MLETÍ TYPY ZAŘÍZENÍ Kulový mlýn

130 GRANULACE

131 TŘÍDĚNÍ

132 TŘÍDĚNÍ - POKRAČOVÁNÍ

133 DOPRAVA KAPALIN Potrubní sítě tvoří významnou část z celkové hodnoty chemických podniků Samospád Přímý tlak plynu (páry) Čerpadla

134 ČERPADLA Odstředivé čerpadlo

135 HADICOVÉ ČERPADLO PŘÍKLAD LABORATORNÍHO ČERPADLA

136 DOPRAVA PLYNŮ

137 VENTILÁTORY

138 ROOTSOVO DMYCHADLO

139 KOMPRESORY

140 KOMPRESORY - PŘÍKLADY

141 VÝVĚVA - EJEKTOR

142 ROZDĚLOVÁNÍ HETEROGENNÍCH SMĚSÍ

143 USAZOVÁNÍ Hybná síla dostatečný rozdíl hustot Např. tuhé částice v kapalině (Doorův usazovák)

144 ODDĚLOVÁNÍ ZMĚNOU HYBNOSTI Hybná síla rozdíl v setrvačnosti (nejčastěji pro oddělení tuhých částí z plynu)

145 FILTRACE

146 FILTRACE - KALOLIS

147 MÍCHÁNÍ

148 TYPY MÍCHADEL

149 RYCHLOBĚŽNÁ MÍCHADLA

150 POMALUBĚŽNÁ MÍCHADLA

151 MÍCHACÍ NÁDOBY

152 STATICKÉ SMĚŠOVAČE

153 DIFÚZNÍ OPERACE

154 DESTILACE Částečné odpaření homogenní kapalné směsi s následnou kondenzací za účelem zvýšit koncentraci jedné složky (nebo i více složek)

155 VSÁDKOVÁ DESTILACE

156 ROVNOVÁŽNÁ DESTILACE

157 REKTIFIKACE DESTILAT F2 S4 S2 NASTRIK F1 S6 S5 ZBYTEK F3

158 TYPY KOLON

159 KLOBOUČKOVÉ PATRO

160 VENTILOVÁ PATRA

161 SYPANÁ VÝPLŇ

162 ORIENTOVANÁ VÝPLŇ

163 VNITŘNÍ ZAŘÍZENÍ KOLON

164 ROZDĚLOVAČE KAPALIN

165 VAŘÁKY Top Tray Top Tray Heating Medium Heating Medium Bottoms Product Bottoms Product Kettle Horizontal Thermosiphon

166 ABSORPCE

167 ABSORPCE - SCHÉMA

168 ADSORPCE

169 ZAŘÍZENÍ PRO ADSORPCI

170 EXTRAKCE

171 PATROVÁ EXTRAKČNÍ KOLONA

172 SUŠENÍ Snížení (odstranění) vlhkosti v materiálu dodávanou tepelnou energií. Používá se ke snižování vlhkosti v pevných látkách

173 KOMOROVÁ SUŠÁRNA

174 KRYSTALIZACE

175 MÍCHADLOVÝ KRYSTALIZÁTOR

176 TEPELNÉ OPERACE

177 PECE

178 VÝMĚNÍKY TEPLA

179 DUPLIKÁTOR

180 SVAZKOVÉ VÝMĚNÍKY

181 DESKOVÉ VÝMĚNÍKY

182 CHEMICKÉ REAKTORY

183 TYPY CHEMICKÝCH REAKTORŮ

184 CHEMICKÉ REAKTORY VSÁDKOVÉ

185 CHEMICKÉ REAKTORY VSÁDKOVÉ

186 CHEMICKÉ REAKTORY POLOPRŮTOČNÉ

187 CHEMICKÉ REAKTORY PRŮTOČNÉ PROMÍCHÁVANÉ

188 CHEMICKÉ REAKTORY PRŮTOČNÉ PROMÍCHÁVANÉ

189 REAKCE PLYN - KAPALINA

190 CHEMICKÉ REAKTORY PRŮTOČNÉ

191 PYROLÝZNÍ PEC

192 KATALYTICKÉ CHEMICKÉ REAKTORY S NEHYBNOU VRSTVOU

193 FBR

194 AXIÁLNÍ TOK

195 RADIÁLNÍ TOK

196 OXIDACE SO2

197 AMONIAK PROCES ICI

198 METHANOL- PROCES ICI

199 KATALYTICKÝ REFORMING

200 ROTAČNÍ PEC

201 PEC SIEMENS - MARTIN

202 CHEMICKÉ REAKTORY S KATAL. FLUIDNÍ VRSTVOU - FCC

203 ZPLYŇOVÁNÍ UHLÍ

204 KATALYTICKÁ DESTILACE

205 KATAPAK

206 CHEMICKÉ REAKTORY

207 CHEMICKÉ REAKTORY

208 CHEMICKÉ REAKTORY VSÁDKOVÉ

209 CHEMICKÉ REAKTORY VSÁDKOVÉ

210 CHEMICKÉ REAKTORY POLOPRŮTOČNÉ

211 REAKCE PLYN - KAPALINA

212 CHEMICKÉ REAKTORY PRŮTOČNÉ

213 PYROLÝZNÍ PEC

214 KATALYTICKÉ CHEMICKÉ REAKTORY S NEHYBNOU VRSTVOU

215 AXIÁLNÍ TOK

216 RADIÁLNÍ TOK

217 OXIDACE SO2

218 AMONIAK PROCES ICI

219 ROTAČNÍ PEC

220 CHEMICKÉ REAKTORY S KATAL. FLUIDNÍ VRSTVOU - FCC

221 HDPE

222 KATALYTICKÁ DESTILACE

223 KATAPAK

224 Návrh reaktoru pokusný reaktor

225 Testování katalyzátoru a vlivu podmínek

226 Vliv teploty Sulfur content, ppm Reaction temperature, C

227 Vliv zatížení na konverzi 1,0 0,9 X 0,8 0,7 0,6 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 W/F

228