ROPA Autor: Mgr. Stanislava Bubíková Datum (období) tvorby: 14. 5. 2012 Ročník: devátý Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Organické sloučeniny; chemie a společnost 1
Anotace: Žáci se seznámí s ropou, jejím vznikem, těžbou a zpracováním. V rámci tohoto modulu žáci rozdělí produkty vznikající z ropy a uvedou jejich použití. Popíší těžbu ropy a rektifikaci, vyjmenují jednotlivé produkty a přiřadí k nim použití. Posoudí dopad ropných havárií na ŽP. 2
Ropa hnědá až nazelenalá hořlavá kapalina směs uhlovodíků především alkanů fosilní palivo název odvozen z polštiny původní význam slova: hnis využití: zdroj energie (palivo) výroba pohonných hmot surovina pro chemický průmysl, výrobu plastů, léčiv, hnojiv, pesticidů Obr. č. 1: Ropa [2] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:crude_oil.jpg 3
Složení směs těkavých uhlovodíků (alkany) plyny: methan, ethan, propan, butan kapaliny: uhlovodíky s delšími řetězci (C 5 C 16 ) pevné látky: uhlovodíky se 17 a více uhlíky v řetězci při teplotě 20 C Obr. č. 2: Brazilská ropná plošina [3] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:oil_platform_p-51_%28brazil%29.jpg 4
Vznik ropy 1. anorganický původ předpověděl Mendělejev působení přehřáté páry na karbidy těžkých kovů v oceánských hřbetech (tvoří se nová oceánská kůra) 2. organický původ uznávaná teorie vznik termogenickým rozkladem organické hmoty (živočišných a rostlinných zbytků) vlivem tepla a tlaku postupně vzniká: kerogen ropa zemní plyn teplotní interval tvorby ropy: ropné okno (60-120 C) hloubka ropného okna 2-4 km hloubka plynového okna 3-6 km ropa a plyn migrují podél geologických zlomů nebo porézních sedimentárních vrstev do ropných pastí (porézní hornina utěsněná nepropustnými horninami) Obr. č. 3: Těžba ropy v Ázerbájdžánu [4] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wi ki/file:haciqabul_economics.jpg 5
Výskyt ropná past obsahuje v pórech 60 90 % ropy těsnící horniny: většinou břidlice (vysoký obsah jílu) vyvřelé horniny (pokud nejsou zvětralé) porézní (kolektorové) horniny: nahromadění migrující ropy a plynu porézní pískovce vápence korálových útesu ropa ropa Obr. č. 4: Ropná past (upraveno) [5] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:structural _Trap_%28Anticlinal%29.svg Obr. č. 5: Ropná past podél zlomu (upraveno) [6] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:structural_trap_fault.svg 6
Těžba přírodní vývěry historická těžba povrchové dolování zastaralé, dopad na krajinu, 100 % výtěžnost těžba vrty komerční způsoby primární sekundární terciární primární ropa je vytlačována přírodními zdroji (vodou, plynem) výtěžnost 25 40 % sekundár ní udržení tlaku v ložisku (do vrtu se vhání voda, plyn, vzduch) výtěžnost dalších 5 15 % terciární snížení viskozity ropy (vhánění vodní páry, zapálení části ložiska) výtěžnost dalších 5 15 % 7
Těžba na souši 1500 velkých ropných polí nejvíce na Blízkém Východě přes 60 % nalezišť Perský záliv Saudská Arábie (Ghawar: 280 km x 30 km) Kuvajt (Burgan: 780 km 2 ) Obr. č. 6: Ropné pole v Ázerbájdžánu [7] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:2011-06- 14_13-55-17_Azerbaijan.jpg Obr. č. 7: Těžba v Koryčanech(ČR) [8] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:kory%c4%8dany_- _t%c4%9b%c5%beebn%c3%ad_st%c5%99edisko_2.jpg 8
Schéma vrtu těžební vrty jsou vrtány kolmo od vrtné hlavicevede potrubí k centrální stanici, kde jsou jednotlivé tekutiny odděleny a dále zpracovány vytěžená (slaná) voda se vstřikuje zpět pod zem Obr. č. 8: Vrt na souši [9] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Oil_well_scheme.svg schéma vrtu: 1. motor 2. protiváha - závaží 3. ojnice 4. hlavní rameno 5. hlava 6. lano 7. ústí vrtu 8. ropovod 9. betonový základ 10. vnější plášť 11. táhlice 12. potrubí 13. čerpadlo 14. ventily 15. ropné písky 9
platformy plovoucí Těžba na moři zabudované do mořského dna podmořské těžební systémy individuální hlavice spojené s centrální stanicí separace tekutin, skladování nebo transport potrubím k pevnině Obr. č. 9: Platforma Oseberg A Condeep v Severním moři [10] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:oseb erg_a_-_waves_iii.jpg 10
Plovoucí vrtná plošina DeepwaterHorizon Provedla nejhlubší vrt přes 10 km (1,2 km pod oceánským dnem) 22. dubna 2010 se plošina potopila v Mexickém zálivu v důsledku exploze ze 130 pracovníků 11 mrtvých vrt v hloubce asi 1650 m zůstal otevřen až do 15. července únik až 147 milionů litrů ropy, největší zamoření pobřežních vod v historii USA Obr. č. 10: Hašení Deepwater Horizon[11] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:deepwater_horizo n_offshore_drilling_unit_view_from_the_laney_chouest.jpg Obr. č. 11: Likvidace ropné skvrny Mexickém zálivu v roce 2010 (havárie Deepwater Horizon) [12] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:flickr_-_dvidshub_-_oil_spill.jpg 11
Následky havárií havárie při těžbě a převozu ropy zničení vodních i pobřežních biotopů havárie tankeru ExxonValdesu Aljašky 24. 3. 1989 (40 000 tun ropy) smrt 250 000 mořských ptáků, 2800 mořských vyder, 300 tuleňů, 250 orlů, asi 22 kosatek a miliardy jiker lososů a herinků ropa znečistila celé pobřeží a zapříčinila zničení většiny planktonu v oblasti Obr. č. 12: Pták obalený ropou, Černé moře, 2007 [13] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:oiled_bird_- _Black_Sea_Oil_Spill_111207.jpg Obr. č. 13: Ropa vytékající z tankeru, Velký bariérový útes, 2010 [14] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:great_barrier_oil_spill_march_2010.jpg 12
Zpracování ropy zabývá se jím petrochemický průmysl ropná rafinérie zpracovatelský závod zpracování v ČR(přívod ropy): Česká rafinérská Litvínov (ropovod Družba z Ruska) Kralupy nad Vltavou (ropovod IKLz Ingolstadtu) Paramo Pardubice (ropovod Družba z Ruska) Obr. č. 14: Kanadská rafinérie [15] dostupné z: http://commons.wikimedi a.org/wiki/file:oil_refiner y_canada.jpg Obr. č. 15: Stavba ropovodu [16] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/ wiki/file:pipelines_under_constr uction_%286515850143%29.jpg 13
Frakční destilace (rektifikace) proces oddělování složek ze směsi podle teploty varu teplota varu jednotlivých složek se liší o méně než 25 C několikastupňová destilace nepřetržitý proces probíhá ve svislých válcích (destilační kolony) s průměrem od cca 65 cm do 6 m a výškou od cca 6 do 60 m produkty s nejnižší teplotou varu (plyny) vycházejí na vrcholu kolony, s nejvyšší teplotou varu (mazut) v její dolní části Obr. č. 16: Destilační kolona [17] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:colonne_distillazione.jpg 14
Schéma kolony ropa zahřátá na teplotu 370 C na patrech se dělí na produkty: plynné uhlovodíky petroléter benzín petrolej plynový olej, topný olej mazut (mazací oleje, asfalt, parafin) ropa plyn 20 C benzín petrolej plynový olej topný olej reflux = zpětný tok kapalina se vrací zpět do kolony, stéká shora dolů, ochlazuje páry a zvyšuje účinnost procesu PEC mazut (výroba mazacích olejů, asfaltu a parafinu) Obr. č. 17: Patra kolony [18] dostupné z: http://commons.wikimedia.or g/wiki/file:colonna_di_distillaz ione_a_piatti.png Obr. č. 18: Oddělení jednotlivých produktů [19] dostupné z: http://commons.wikime dia.org/wiki/file:crude_ Oil_Distillation.png 15
plynné uhlovodíky Produkty methan, ethan, propan, butan C 1 4, t v = do 20 C použití: poslední dva jsou součásti automobilového paliva LPG petroléter uhlovodíky s délkou řetězce C 5 7 ; t v = 30 70 C) použití: rozpouštědla (chemické čištění oděvů) benzín C 6 12, t v = 40 200 C použití: rozpouštědlo, lékařství, palivo petrolej C 10 15, t v = 150 300 C použití: letecké palivo pro trysková letadla plynový olej C 10 20, t v = 200 300 C použití: nafta, lehký topný olej mazut(zbytek po rektifikaci) použití: palivo v elektrárnách, teplárnách, pohon plavidel zpracování vakuovou destilací za sníženého tlaku vznikají těžké topné oleje, parafin, vazelína a asfalt Obr. č. 19: Rafinerie Anacortes, Washington [20] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:anacortes_refinery_31904.jpg 16
Význam ropy činnosti vyžadující ropu: pěstování potravin doprava výroba léků, plastů, barviv, hnojiv, pesticidů na výrobu jednoho typického počítače se spotřebuje ropa o množství desetinásobku jeho hmotnosti Obr. č. 20: Čerpací stanice, Sibiř [21] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:petrol_station_in_siberia.jpg Obr. č. 21: Čerpací stanice, Kambodža [22] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:cambodia_gas_station.jpg Obr. č. 22: Plastové vaky s hnojivem [23] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:blue_bags,b lack_bags_-_geograph.org.uk_-_1187597.jpg 17
Zdroje 1. BENEŠ, Pavel, Václav PUMPR a Jiří BANÝR. Základy chemie pro 2. stupeň základní školy, nižší ročníky víceletých gymnázií a střední školy. Vyd. 3. Praha: Fortuna, 2001, 96 s. ISBN 80-716-8748-0. 2. Crude_oil.JPG. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:crude_oil.jpg 3. Oil_platform_P-51_%28Brazil%29.jpg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14 3-15]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:oil_platform_p-51_%28brazil%29.jpg 4. Haciqabul_economics.jpg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:haciqabul_economics.jpg 5. Structural_Trap_%28Anticlinal%29.svg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:structural_trap_%28anticlinal%29.svg 6. Structural_Trap_Fault.svg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14 ]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:structural_trap_fault.svg 7. 2011-06-14_13-55-17_Azerbaijan.jpg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14 ]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:2011-06- 14_13-55-17_Azerbaijan.jpg 8. Kory%C4%8Dany_-_t%C4%9B%C5%BEebn%C3%AD_st%C5%99edisko_2.jpg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:kory%c4%8dany_-_t%c4%9b%c5%beebn%c3%ad_st%c5%99edisko_2.jpg 9. Oil_well_scheme.svg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:oil_well_scheme.svg 10. Oseberg_A_-_Waves_III.jpg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:oseberg_a_- _Waves_III.jpg 11. Deepwater_Horizon_offshore_drilling_unit_view_from_the_Laney_Chouest.jpg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:deepwater_horizon_offshore_drilling_unit_view_from_the_laney_chouest.jpg 12. Flickr_-_DVIDSHUB_-_Oil_Spill.jpg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:flickr_- _DVIDSHUB_-_Oil_Spill.jpg 13. Oiled_Bird_-_Black_Sea_Oil_Spill_111207.jpg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:oiled_bird_-_black_sea_oil_spill_111207.jpg 14. Great_barrier_oil_spill_march_2010.JPG. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:great_barrier_oil_spill_march_2010.jpg 15. Oil_refinery_canada.jpg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:oil_refinery_canada.jpg 16. Pipelines_under_construction_%286515850143%29.jpg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:pipelines_under_construction_%286515850143%29.jpg 17. Colonne_distillazione.jpg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:colonne_distillazione.jpg 18. Colonna_di_distillazione_a_piatti.pngg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:colonna_di_distillazione_a_piatti.png 19. Crude_Oil_Distillation.png. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:crude_oil_distillation.png 20. Anacortes_Refinery_31904.JPG. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:kanacortes_refinery_31904.jpg 21. Petrol_station_in_siberia.jpg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:petrol_station_in_siberia.jpg 22. Cambodia_gas_station.jpg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:cambodia_gas_station.jpg 23. Blue_bags,black_bags_-_geograph.org.uk_-_1187597.jpg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-05-14]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:blue_bags,black_bags_-_geograph.org.uk_-_1187597.jpg 18