Ropa Kondenzované uhlovodíky

Transkript

1 Nejdůležitější surovina pro výrobu organických sloučenin Nejvýznamnější surovina světové ekonomiky Výroba energie Chemické zpracování - 15 % Cena a zásoby ropy ( let) Ropné krize Nutnost hledání dalších zdrojů pro výrobu organických sloučenin Složení blízké výchozím sloučeninám pro organické syntézy Uhlí, biomasa - drahé zpracování, nutnost velkého množství vodíku Perspektiva pro budoucnost

2 Elementární složení ropy a uhlí C H O S N Černé uhlí , ,5-1,5 1,2-1,8 Hnědé uhlí ,3-0,6 Ropa lehká ,3 0,1-0,5 0,06 Ropa střední 84,6 12,9 0,6 1,5 0,6 Ropa těžká ,8 Minerální látky Těžké kovy

3 Složení ropy Ropa Alkany - isoalkany Cykloalkany Nafteny Aromatické - polycyklické uhlovodíky Naftenové kyseliny R ( CH 2 ) n COOH Deriváty thiofenu Různé lokality - různé složení (alkanické, cyklanické, aromatické) S

4

5 Kondenzované uhlovodíky Ropa

6 Sirné sloučeniny Ropa

7 Dusíkaté sloučeniny Ropa

8 Kyslíkaté sloučeniny Ropa

9 Přítomnost kovů v ropě

10 Zpracování ropy Odvodnění a odsolení ropy Gravitační usazováky Elektrostatické odlučovače Ropa Atmosferická destilace ropy - rozdělení na základní frakce Bod varu ( o C) Podíl (%) Počet C Benzín Petrolej Plynový olej Mazut nad Odstranění plynných uhlovodíků před atmosferickou destilací Koroze rektifikačního zařízení sirné sloučeniny, sirovodík z merkaptanů a sulfidů Benzínová frakce lehká (C 5 -C 7 ) ethylenová pyrolýza střední (C 6 -C 8 ) ethylenová pyrolýza těžká (C 7 -C 10 ) aromatické uhlovodíky

11 Ropa Atmosferická destilace Uhlovodíkové Zkapalnitelné Primární Petrolej Plynový Těžký Surovina pro plyny plyny benzíny olej olej vak. destilaci Hydrogenační štěpení Parní štěpení Topný plyn Ethylen Propylen C 4 frakce C 5 frakce Pyrolýzní benzín

12 Produkty atmosferické a vakuové destilace ropy Podíl (hm.%) Plyny 0,2 Benzín 21 Petrolej 14 Plynový olej 17 Topný olej 3 Světlé destiláty 55 Atmosferický destilační zbytek 45 Vakuový plynový olej 1 Olejová frakce 1 8 Olejová frakce 2 13 Olejová frakce 3 5 Vakuový destilační zbytek (asfalt) 18 Olejové frakce - výroba olejů, odsíření + krakovací procesy

13 Odsíření Odstranění síry z ropných destilátů ekologické důvody katalytické jedy Rozklad sirných sloučenin na uhlvodíky a sirovodík za přítomnost vodíku Katalyzátory - Co/Mo, Ni/Mo Reakční podmínky o C, 2-5 MPa, Současné odstranění kyslíkatých a sirných látek Přítomnost olefinů - hydrogenace dvojných vazeb

14 Katalytické reformování benzínů Primární benzíny - nedostatečné oktanové číslo reformování Lehké benzíny - aromatizace (proces Cyclar) Těžký benzín (C 7 -C 10 ) reformování Bifunkční katalyzátory - kyselá složka + kov - HF-Al 2 O 3 (zeolit) + Pt, Pd Oktanová čísla Reakční podmínky o C, 3-4 MPa, H 2 /CH = 5-12 Vysoký nadbytek vodíku v reakční směsi zabránění deaktivace katalyzátoru, hydrogenace olefinů Isopentan 92,3 Hexan 24,8 Isoheptan 2,4 2,2,4-trimethylpentan 100 2,3,-dimethylpentan 71,3

15 Motorová nafta - Dieselovy motory Cetanové číslo > 50 Cetan (hexadekan) = methylnaftalen = 0 Palivo pro letecké motory Vysoký poměr H/C Nízký bod tuhnutí (max o C) Vhodné cyklany petrolejové frakce Mazací oleje Tribologie Olejové frakce - odstranění parafínů - snížení bodu tuhnutí

16 Krakování těžších frakcí ropy Štěpení těžkých podílů ropy Benzíny + plynné uhlovodíky (včetně olefinů) Zpracování mazutu, vakuového zbytku motorová paliva, suroviny pro ethylenovou pyrolýzu Krakovací procesy Termické krakování Katalytické krakování Katalytické hydrokrakování

17 Termické krakování Ropa Výroba benzínu štěpením mazutu - před II. světovou válkou Současnost - malý význam Radikálové štěpení parafinů na nižší parafin a olefin R-CH 2 -CH 2 -CH 3 R-CH 3 + CH 2 =CH 2 H = 70 kj/mol Dehydrogenace alkanů R-CH 2 -CH 2 -CH 3 H 2 + R-CH=CH-CH 3 H = 120 kj/mol Lehké krakování (visbreaking) - mírné snížení hustoty Hluboké štěpení - vyšší výtěžek benzínů a petrolejový koks Odstranění části síry ve formě sirovodíku

18 Katalytické krakování Zeolitické katalyzátory - kysele katalyzované reakce Reakční teplota > 400 C Houdry FCC - Fluid Catalytic Cracking fluidní lože katalyzátoru TCC - Thermofor Catalytic Cracking pohyblivé lože katalyzátoru reaktor - regenerátor Krakování olejových destilátů plyny % benzíny a plyn. olej %

19 Hydrokrakování Rozklad uhlovodíků za přítomnosti vodíku RCH 2 CH 2 R + H 2 RCH 3 + R CH 3 H = - 35 kj/mol Velmi pomalá deaktivace - rychlé odstranění olefinů z reakční směsi Suroviny Vedení procesu destilační zbytky vakuový destilát benzíny motorová nafta nástřik pro pyrolýzu Bifunkční katalyzátory zeolity (typ Y) - krakovací reakce hydrogenační složka (Pt, Pd, Ni, Co, Mo, W) Reakční podmínky C, 5-20 MPa

20 Ethylenová pyrolýza Ropa Základní výroba ethylenu - polyethylen, ethylbenzen, atd. Mechanismus pyrolýzy C 8 H 18 C 3 H. 7 + C 5 H. 11 β-štěpení C-C vazby C 3 H. 7 CH. 3 + CH 2 =CH 2 C 5 H. 11 C 3 H. 7 + CH 2 =CH 2 Terminační reakce CH. 3 + C 3 H. 7 C 4 H 10 Suroviny pro pyrolýzu ethan (800 C, nekatalytická dehydrogenace) propan, butan (zřídka) lehký a střední benzín (C 5, C 6 frakce, bez aromátů) primární petrolej a plynový olej (dražší než benzíny) mazut, vakuový zbytek (nízký poměr H/C, velký podíl koksu) Výtěžek ethylenu roste s teplotou a klesá s rostoucím tlakem (bimolekulární reakce) Reakční teplota C