Zpracování ropy doc. Ing. Josef Blažek, CSc. 4. přednáška



Podobné dokumenty
Amoniak průmyslová výroba syntetického amoniaku

Chemické procesy v ochraně životního prostředí

TECHNOLOGIE KE SNIŽOVÁNÍ EMISÍ (SEKUNDÁRNÍ OPATŘENÍ K OMEZOVÁNÍ EMISÍ)

Zpracování ropy doc. Ing. Josef Blažek, CSc. 3. přednáška

Zpracování ropy doc. Ing. Josef Blažek, CSc. 7. přednáška

Požární pojmy ve stavebním zákoně

Zpracování ropy doc. Ing. Josef Blažek, CSc. 6. přednáška

Parogenerátory a spalovací zařízení

SPALOVÁNÍ A KOTLE. Fosilní paliva a jejich vlastnosti. Přírodní a umělá paliva BIOMASA

Zpracování ropy doc. Ing. Josef Blažek, CSc.

Zplyňování a zkapalňování uhlí Doc. Ing. Karel Ciahotný, CSc.

Ropa Kondenzované uhlovodíky

Gymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 1115

Role aditiv. a chemických. KOVÁ, Hugo KITTEL. rská a.s., Wichterleho 809, Kralupy nad Vltavou.

Zpracování a využití ropy

Kyselina fosforečná Suroviny: Výroba: termický způsob extrakční způsob

CHEMICKY ČISTÁ LÁTKA A SMĚS

Zadání příkladů řešených na výpočetních cvičeních z Fyzikální chemie I, obor CHTP. Termodynamika. Příklad 10

3. FYZIKÁLNĚ CHEMICKÉ VLASTNOSTI A TECHNICKO BEZPEČNOSTNÍ PARAMETRY NEBEZPEČNÝCH LÁTEK

"...s určitými riziky ve vztahu k životnímu prostředí jsou spojeny všechny systémy a druhy lidské činnosti, ať už si toho jsme vědomi, či nikoli...

Autor: Václav Triner Číslo a název DUM: 292 Uhlí Škola: Základní škola Nejdek, Karlovarská, příspěvková organizace Datum vytvoření:

Pracovní list: Opakování učiva 8. ročníku

Zpracování ropy doc. Ing. Josef Blažek, CSc. 5. přednáška

Emise zážehových motorů

Inovace výuky prostřednictvím šablon pro SŠ

HYDROGENAČNÍ RAFINACE MINERÁLNÍCH OLEJŮ

Seznam odpadů sběr, výkup a úprava odpadů, kat. O

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Úvod do teorie spalování tuhých paliv. Ing. Jirka Horák, Ph.D.

Klasifikace vod podle čistoty. Jakost (kvalita) vod. Čištění vod z rybářských provozů

Paliva. nejběžnějším zdrojem tepla musí splňovat tyto podmínky: co nejmenší náklady na těžbu a výrobu snadno uskutečnitelné spalování

Možnosti ve zvýšení výroby motorové nafty v rafinériích

TERMICKÉ PROCESY PŘI VYUŽITÍ ALTERNATIVNÍCH SUROVIN. Most, Autor: Doc. Ing. J.LEDERER, CSc.

Technologický reglement

Výměna tepla může probíhat vedením (kondukcí), prouděním (konvekcí) nebo sáláním (zářením).

tvorbou anionu tato schopnost je menší než u kyslíku

A U T O R : I N G. J A N N O Ž I Č K A S O Š A S O U Č E S K Á L Í P A V Y _ 3 2 _ I N O V A C E _ _ N E K O V O V É T E C H N I C K É M A T

Sorpční vývěvy. 1. Vývěvy využívající fyzikální adsorpce (kryogenní vývěvy)

NEKONVENČNÍ ZPŮSOBY VÝROBY TEPELNÉ A ELEKTRICKÉ ENERGIE. Ing. Stanislav HONUS

KOKS, RAFINÉRSKÉ ROPNÉ VÝROBKY A JADERNÁ PALIVA

Metody likvidace VOC z průmyslových procesů. Ing. Zbyněk Krayzel zbynek.krayzel@seznam.cz Doc. Ing. Karel Ciahotný, CSc.

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Přehled povolených odpadů

Zplyňování. Ing. Martin Lisý, PhD. Energetický ústav VUT v Brně Fakulta strojního inženýrství

Strana 8064 Sbírka zákonů č. 615 / 2006 Částka 191

EVROPSKÝ PARLAMENT. Dokument ze zasedání

Povolené odpady: Číslo Kategorie Název odpadu

EU peníze středním školám digitální učební materiál

Využití vodíku v dopravě

zpracování těžkých frakcí na motorová paliva (mazut i vakuový zbytek)

Vladimír Matějovský. Kaňkova 32, Praha 10 tel , mob ,

Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Inovace magisterského studijního programu Fakulty ekonomiky a managementu

Zplyňování biomasy. Sesuvný generátor. Autotermní zplyňování Autotermní a alotermní zplyňování

Bilan a ce c zák á l k ad a ní pojm j y m aplikace zákonů o zachování čehokoli

Energetické využití ropných kalů

6.Úprava a čistění vod pro průmyslové a speciální účely

ZDROJE UHLOVODÍKŮ. a) Ropa je hnědočerná s hustotou než voda. b) Je to směs, především. Ropa však obsahuje také sloučeniny dusíku, kyslíku a síry.

ODBORNÉ VZDĚLÁVÁNÍ ÚŘEDNÍKŮ PRO VÝKON STÁTNÍ SPRÁVY OCHRANY OVZDUŠÍ V ČESKÉ REPUBLICE. Spalování paliv - Kotle Ing. Jan Andreovský Ph.D.

DEZA, a.s. Studijní materiál k předmětu Chemická exkurze C6950 Brno 2011

Ing. Zdeněk Fildán PŘÍRUČKA PRO OCHRANU OVZDUŠÍ PODLE ZÁKONA Č. 86/2002 SB., O OCHRANĚ OVZDUŠÍ

integrované povolení

Kolik energie by se uvolnilo, kdyby spalování ethanolu probíhalo při teplotě o 20 vyšší? Je tato energie menší nebo větší než při teplotě 37 C?

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ

Zpracování ropy doc. Ing. Josef Blažek, CSc. 9. přednáška

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/ Název projektu: Investice do vzdělání - příslib do budoucnosti

Příloha č.1. Seznam odpadů, se kterými bude v zařízení nakládáno

ČESKÁ RAFINÉRSKÁ ZAJISTILA VÝROBU BEZSIRNÝCH MOTOROVÝCH PALIV PROGRAM ČISTÁ PALIVA ( )

Kyselina dusičná. jedna z nejdůležitějších chemikálií

Modul 02 - Přírodovědné předměty

Chemie = přírodní věda zkoumající složení a strukturu látek a jejich přeměny v látky jiné

Provozní řád zařízení pro sběr a výkup odpadů Sběrné středisko odpadů Svojšovice

Přírodní zdroje uhlovodíků. a jejich zpracování

H H C C C C C C H CH 3 H C C H H H H H H

Příloha č. 1 Celková produkce odpadů podle druhů

TECHNOLOGIE OCHRANY OVZDUŠÍ

VYHLÁŠKA. Ministerstva životního prostředí. ze dne 17. října 2001,

BIOMASA JAKO ZDROJ ENERGIE

POZEMNÍ KOMUNIKACE II

VLIVY VÝROBY OXIDU UHLIČITÉHO A SUCHÉHO LEDU NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

REVIZE PODÍLŮ PM 10 A PM 2,5 PRO POTŘEBY ROZPTYLOVÝCH STUDIÍ. Ing. Miloslav Modlík, Ing. Helena Hnilicová Oddělení emisí a zdrojů, ČHMÚ

Biologické odsiřování bioplynu. Ing. Dana Pokorná, CSc.

PARAMO Pardubice. Studijní materiál k předmětu Chemická exkurze C6950 Brno 2011

SGS Czech Republic, s.r.o. Zkušební laboratoř U Trati 42, , Praha 10

Termální depolymerizace

Sbírka zákonů ČR Předpis č. 381/2001 Sb.

VLASTNOSTI ALKANŮ 2. RADIKÁLOVÁ SUBSTITUCE 3. ELIMINAČNÍ REAKCE VÝZNAMNÉ ALKANY. Substituční reakce. Sulfochlorace alkanů. Termolýza.

381/2001 Sb. VYHLÁŠKA. Ministerstva životního prostředí

MOŽNOSTI VÝROBY PRODUKT S VYSOKOU P IDANOU HODNOTOU

Seznam odpadů sběr a výkup odpadů, kat. N

Zpracování ropy doc. Ing. Josef Blažek, CSc. 8. přednáška

Odstraňování Absorption minoritních nečistot z bioplynu

2 Primární zdroje energie. Ing. Petr Stloukal Ústav ochrany životního prostředí Fakulta technologická Univerzita Tomáše Bati Zlín

Návod pro laboratorní úlohu: Závislost citlivosti plynových vodivostních senzorů na teplotě

TOXICITA. Ing. Hana Věžníková, Ph. D.

Příloha č. 1 Celková produkce odpadů podle druhů

Zpracování ropy - Pracovní list

Odpady z kompozitních tkanin (impregnované tkaniny, elastomer, plastomer) O

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ - ENERGETICKÝ ÚSTAV ODBOR TERMOMECHANIKY A TECHNIKY PROSTŘEDÍ

T E C H N I C K Á chemická odolnost membrána čistá polyurea TECNOCOAT P-2049

Reálné gymnázium a základní škola města Prostějova Školní vzdělávací program pro ZV Ruku v ruce

Transkript:

ODBORNÉ VZDĚLÁVÁNÍ ÚŘEDNÍKŮ PRO VÝKON STÁTNÍ SPRÁVY OCHRANY OVZDUŠÍ V ČESKÉ REPUBLICE Zpracování ropy doc. Ing. Josef Blažek, CSc. 4. přednáška Rafinace pohonných hmot, zpracování sulfanu, výroba vodíku

RAFINACE POHONNÝCH HMOT Rafinace pohonných hmot (benzinů, petrolejů a motorových naft) zahrnuje obvykle: odsíření, v některých případech u petrolejů a motorových naft i snížení obsahu aromátů. Sirné sloučeniny jsou v palivech nežádoucí složkou, protože: Jejich spalováním vzniká oxid siřičitý, který poškozuje životní prostředí. Sirné sloučeniny jsou katalytickým jedem pro katalyzátory používané při zpracování pohonných hmot (např. reformování, izomerace) a pro katalyzátory výfukových plynů. Některé sirné sloučeniny (merkaptany) mají nepříjemný zápach, a tím znepříjemňují manipulaci s pohonnými hmotami. Sirné sloučeniny se odstraňují: Hydrogenační rafinací (převažující způsob). Extrakcí merkaptanů do alkalických roztoků (pouze pro odstranění malých množství merkaptanů tam, kde by zavedení hydrogenační rafinace bylo neekonomické, nebo pro odstranění merkaptanů z lehkých krakových benzinů (FCC) obsahujících olefiny. Merkaptany se někdy oxidací přeměňují na disulfidy (slazení). 2

Obsah síry ve frakcích některých rop a z visbreakingu vakuového zbytku ropy REB Druh ropy Surovina Pokud se frakce z destilace ropy nebo štěpných procesů použijí jako složky pohonných hmot (benzin, motorová nafta, LPG) bez úpravy dalším katalytickým procesem odsiřují se pod 10 mg/kg (ppm) síry. Letecké petroleje max. 0,3 % hm. síry (většinou ale pod 10 mg/kg síry). Pokud se vlastnosti frakcí upravují dalším katalytickým procesem, odsiřují se obvykle pod 1 mg/kg, protože sirné sloučeniny působí jako jed na katalyzátor (platinové kovy). Primární lehké benziny před izomerací. Lehký benzin Obsah síry (% hm.) Těžký benzin Petrolej Těžké benziny z destilace ropy a z termického krakování před reformováním. Plynový olej Syrian Light 0,75 0,0001 0,0094 0,080 0,46 REB (Rusko) 1,42 0,0004 0,063 0,25 0,87 MAYA (Mexiko) 3,45 0,016 0,31 0,84 2,04 Visbreaking VZ REB 2,8 1,2 2,0 3

HYDROGENAČNÍ RAFINACE Provádí se při teplotě 260-400 C, tlaku 3-6 MPa, v přebytku vodíku. Hlavní reakce Odštěpování heteroatomů ze sloučenin obsahujících kyslík, síru a dusík (tvorba H 2 O, H 2 S, NH 3 ). Katalyzátory Používají se difunkční katalyzátory. Kombinace sulfidů kobaltu, molybdenu, wolframu a niklu poskytuje hydrogenační aktivitu katalyzátoru. Štěpení probíhá na nosiči, používá hlavně alumina (má relativně malou krakovací aktivitu). Výtěžek rafinovaného produktu je 94-99 % hm., zbytek jsou plynné C 1 - C 4 uhlovodíky, sulfan, amoniak a voda. 4

Typické podmínky hydrogenační rafinace Surovina Primární benzin Primární petrolej Primární plyn olej Reakční teplota na počátku procesu ( C) 260 270 340 Reakční teplota na konci procesu ( C) 300 310 380 Reakční tlak (MPa) 3 3 4 Množství nástřiku WHSV [1] (h 1 ) 7 4 1 Obsah vodíku v plynu (% obj.) 80-85 80-85 95 Obsah síry v surovině (mg/kg) < 300 500-1000 > 1000 Obsah síry v produktu (mg/kg) < 1 < 10 < 10 [1] Weight hourly space velocity hmotnost suroviny v t/h dělená hmotností katalyzátoru v reaktoru v t. 5

Příklady hydrorafinačních reakcí 1. Desulfurace sirných sloučenin za vzniku sulfanu a příslušných uhlovodíků. RSH + H 2 RH H 2 S + S + 4 H 2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 + H 2 S 2. Denitrogenace dusíkatých sloučenin za vzniku amoniaku a uhlovodíků. N H + 4 H 2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 + NH 3 N + 5 H 2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 + NH 3 3. Deoxidace kyslíkatých sloučenin za vzniku vody a příslušných uhlovodíků. OH + H 2 + H 2 O O + 4 H 2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 + H 2 O 6

cirkulační plyn 8 vodík vodíkový plyn sulfan C 3 a C 4 uhlovodíky 3 vodíkový plyn AR I 5 6 7 2 4 AR II odsířený produkt benzin 1 kapalný produkt Schéma hydrogenační rafinace benzinu (1 - nástřikové čerpadlo, 2 - trubková pec, 3 - reaktor, 4 - separátor vodíku, 5 - absorbér, 6 - regenerátor, 7 - frakční kolona, 8 - kompresor, AR I - absorpční roztok, AR II - absorpční roztok se sulfanem) Schéma odsíření petroleje nebo plynového oleje je podobné, na frakční koloně se ale navíc jako boční proud oddestiluje malé množství benzinu. 7

ZPRACOVÁNÍ SULFANU Sulfan vzniká jako výsledek konverze sirných sloučenin zejména při: štěpných procesech, hydrogenační rafinaci ropných frakcí, výrobě vodíku parciální oxidací ropných zbytků. Izolace kyselých plynů Při odstraňování sulfanu z topných a jiných rafinérských plynů se zároveň odstraňuje i oxid uhličitý a amoniak, pokud jsou v plynech přítomny. Tyto tzv. kyselé plyny se vypírají řadou procesů: Procesy s chemickou vypírkou - kyselé plyny se absorbují do slabě zásaditých kapalin, obvykle vodné roztoky monoetanolaminu (HO-CH 2 -CH 2 -NH 2 ), dietanolaminu (HO-CH 2 -CH 2 -NH-CH 2 -CH 2 -OH) apod. Procesy s fyzikální vypírkou - kyselé plyny se vypírají polárním rozpouštědlem, např. metanolem (CH 3 OH) při teplotě 10 až 30 C (proces Rectisol), N-metylpyrolidonem (proces Purisol) atd. N O CH 3 8

vyčistěný plyn 1 AR-I 3 kyselé plyny uhlovodíky surový plyn AR-II 2 pára Schéma vypírky kyselých plynů dietanolaminem (1 - absorbér, 2 - odlučovací tank, 3 - regenerátor, AR-I - regenerovaný absorpční roztok, AR-II - absorpční roztok s kyselými plyny) Prací kapalina např. 15-30 % roztok dietanolaminu ve vodě. Vypírka protiproudně v absorbéru (20-24 pater), tlak cca 3 MPa, teplota 30-70 C. Regenerace protiproudně v regenerátoru (20-24 pater) vodní parou, teplota o cca 40 C větší než v absorbéru. 9

VÝROBA SÍRY Sulfan se přeměňuje dvoustupňovou parciální katalytickou oxidací na síru (Clausův proces). Reakce jsou exotermní. H 2 S + 3/2 O 2 SO 2 + H 2 O SO 2 + 2 H 2 S 3 S + 2 H 2 O kyselé plyny horké plyny 1 2 pára 3 4 3 4 3 4 vzduch 5 voda síra Schéma výroby síry Clausovým procesem (1 - spalovací komora, 2 - kotel na odpadní teplo, 3 - reaktor, 4 - kondenzátor, 5 - kompresor) Kyselý plyn obsahující sulfan, malé množství uhlovodíků, CO 2 a amoniaku je spalován jednou třetinou stechiometricky potřebného množství vzduchu při 1 000 až 1 200 C. Je-li v plynu větší množství NH 3, zvyšuje se teplota až na 1450 C, aby došlo k jeho oxidaci na dusík. síra síra síra odpadní plyny 10

Spaliny se ochladí v kotli na odpadní teplo, kde zkondenzuje velká část síry (cca 50 %). Ochlazené reakční zplodiny se vedou do dvou, častěji tří katalytických konvertorů (katalyzátor - oxid hlinitý s chrómem), kde při teplotě cca 210-300 C reaguje SO 2 a H 2 S na elementární síru. V 1. stupni se dosahuje cca 85 %, ve 2. stupni až 95 % a ve 3. stupni až 98 % konverze na elementární síru. Odpadní plyny z Clausova procesu musí splňovat emisní limity platné v daném státě. Pokud obsahují podlimitní množství sirných sloučenin, vedou se do spalovací pece, kde se všechny sirné sloučeniny spálí na SO 2, a spaliny se vypustí do ovzduší. Pokud obsahují nadlimitní množství sirných sloučenin, musí se část těchto sloučenin zachytit. To lze provádět: Přeměnou sirných sloučenin (H 2 S, COS, CS 2, S x a SO 2 ) na H 2 S, který se vypere etanolaminem, ze kterého se H 2 S poté vytěsní, a jde zpět na Clausův proces. Katalytickým čistěním, které spočívá v přeměně H 2 S a SO 2 na síru na speciálních katalyzátorech při teplotách pod rosným bodem síry. 11

VÝROBA VODÍKU Zdroje vodíku Reformování těžkého benzinu. Parní reformování metanu, případně i etanu a propanu. Parciální oxidace těžkých ropných frakcí. Rafinérské plyny. Podíl surovin a procesů na výrobě vodíku (výroba vodíku ve světě cca 50 Mt) Surovina Podíl na výrobě (%) Zemní plyn (reformování) 49 Ropné frakce (reformování těžkých benzinů, pyrolýza ropných frakcí, parciální oxidace ropných zbytků atd. Uhlí (zplyňování) 18 Elektrolýza vody a vedlejší produkt z dehydrogenace uhlovodíků (např. dehydrogenace etylbenzenu na styren) Vodík se spotřebuje na výrobu amoniaku (58 %), metanolu (10 %), v rafinériích (26 %) a jinde. 29 4 12

PARCIÁLNÍ OXIDACE (POX) Suroviny - nejčastěji těžké ropné frakce (vakuové zbytky, propanové asfalty). Surovina se zplyňuje vodní parou a kyslíkem při teplotách 1 300-1 430 C. Kyslík potřebný pro parciální oxidaci se vyrábí destilací zkapalněného vzduchu. Celý proces probíhá autotermně, teplo potřebné pro průběh endotermních reakcí (zplyňování vodní párou) se dodává exotermními, zejména oxidačními reakcemi. 2 C n H m + n O 2 2n CO + m H 2 C n H m + n O 2 n CO 2 + m/2 H 2 C n H m + n H 2 O n CO + n + m/2 H 2 Všechny výše uvedené reakce jsou vratné, bez ohledu na složení zplyňované suroviny se její parciální oxidací tvoří plynná směs obsahující CO, CO 2, H 2 O, H 2 a též ze sirných sloučenin vzniklý H 2 S a COS. Jako vedlejší produkt vznikají saze, jejich množství stoupá se vzrůstající molekulovou hmotností nástřiku (při zplyňování mazutu jich vzniká cca 3 % hm.). C n H m n C + m/2 H 2 2 CO C + CO 2 13

vysokotlaká pára vysokotlaká pára surový plyn 1 2 surový plyn 5 voda 3 voda těžký olej kyslík kondenzát Schéma parciální oxidace těžkých ropných olejů (1 - generátor, 2 - kotel na výrobu páry, 3 - chladič, 4 - separátor, 5 - vodní pračka) Saze se z vody extrahují benzinem, nebo se voda obsahující saze smíchá se zplyňovanou surovinou, a vrací se na parciální oxidaci. Saze se prodávají jako samostatný výrobek, který se používá např. jako sorbent s velkým povrchem. Z vody se filtrací odstraní popel. napájecí voda 4 sazová voda voda 14

sulfan CO 2 plyn z POX vypírka sulfanu vysokoteplotní konverze CO nízkoteplotní konverze CO vypírka CO 2 metanizace vodík vodní pára Blokové schéma zpracování plynů z parciální oxidace těžkých ropných olejů Ze surového plynu z POX se vypere sulfan (např. roztokem metyldietanolaminu). V dalších reaktorech je CO reakcí s vodní párou konvertován na oxid uhličitý a vodík. CO + H 2 O CO 2 + H 2 Tato reakce je exotermní, často se realizuje ve dvou stupních. Ve vysokoteplotním stupni je užíván odolnější, ale méně aktivní katalyzátor na bázi oxidů železa a chrómu. Teplota na vstupu do reaktoru je okolo 350 C, na výstupu cca 500 C. Ve nízkoteplotním stupni umožňuje vysoce aktivní měděný katalyzátor provádět konverzi při teplotě 180-230 C (snížení koncentrace CO až na 0,2-0,3 % obj.). Vodík nesmí obsahovat kyslíkaté sloučeniny, proto se zbytky CO a CO 2 obsažené v plynu převedou zpět na metan při teplotě okolo 300 C na katalyzátoru obsahujícím nikl. CO + 3 H 2 CH 4 + H 2 O 15

Místo vypírky CO 2 a metanizačního reaktoru, nebo jen místo metanizačního reaktoru lze použít jednotku PSA (adsorpce na vhodných adsorbentech). plyn z POX konverze CO CO 2 vypírka sulfanu a CO 2 PSA odpadní plyn vodík vodní pára sulfan Blokové schéma zpracování neodsířených plynů z parciální oxidace těžkých ropných olejů Oxid uhličitý se vypouští do atmosféry, nebo se zkapalňuje, nebo se po důkladném vyčistění převádí do tuhého stavu (suchý led) a používá se ke chlazení např. v potravinářském průmyslu. 16