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

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

EU chem.industry REVENUES FROM SALES (2004) BIL.EUR CZ 319 EU10 - OTHERS POLAND 142 PORTUGAL FRANCE 94 1112 4 4 GERMANY EU 15 - OTHERS EU Total 559 bil.eur EU 10 Total 27 bil.eur (NEW MEMBERS... 4,6% CZ chem.ind...0,68 %)

FCC Nová jednotka RFFC 1380 kt/rok

Litvínovský hydrokrak

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

VÝROBKY PRO SPOTŘEBU cca 30 000 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

a dále:

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

Tabulka 1 Roční produkce v milionech tun* komodita svět ČR 3 800 0.2** Produkovaná ropa Ocel Plasty Ethylen Propylen Kyselina sírová 1 000 6,5 240 1 120 0.5 60 0.25 200 0.24 * všechna čísla jsou přibližná uvedena jen pro řádový názor ** ropy zpracováno v ČR cca 8 mil. tun/rok

Významné podniky českého chemického průmyslu

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

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

BorsodChem- MCHZ

Chemopetrol Litvínov dnes UNIPTEROL RPA

Colorlak Staré Město

CS-CABOT - Valašské Meziříčí

ČEPRO - Praha

DEZA Valašské Meziříčí

EUROSUPPORT MANUF.CZ

EXPLOSIA

FARMAK

FOSFA - Poštorná

GUMOTEX - Břeclav

KAUČUK Kralupy dnes SYNTOS

KEMIFLOC - Přerov

LACHEMA - Brno

LOVOCHEMIE - Lovosice

Lučební závody - Kolín

PARAMO - Pardubice

PRIMALEX

SAFINA

SPOLANA

SPOLCHEMIE

SYNHESIA

UNIPETROL RAFINERIE

VELVANA

ZENTIVA

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 150-160 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 135-140 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 2 144 Allylchlorid 11 Epichlorhydrin 9 Epoxidové 22 pryskřice Alkydové pryskyřice 25 MEŘO Setuza Ústí 100 Anilín MCHZ 150

UHLÍ JAKO CHEMICKÁ A ENERGETICKÁ SUROVINA

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

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

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

Hnědé uhlí Produkce v ČR... 48 mil tun za rok (2004)

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

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

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

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

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% >75 56.7 38.7 31.2 3.7 1.0 Ultimate analysis Carbon, wt% 58.20 70.30 71.40 73.40 82.60 92.20 Hydrogen, wt% 5.63 4.85 4.79 4.86 4.97 3.30 Nitrogen, wt% 1.94 0.74 1.34 1.16 1.55 0.15 Sulfur, wt% 0.21 0.27 0.60 0.31 1.50 0.98 Oxygen (difference), wt% 34.02 23.84 21.87 20.27 9.38 3.37 Elemental ratio H/C 1.15 0.82 0.80 0.79 0.72 0.43 O/C 0.44 0.25 0.23 0.21 0.09 0.03

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

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

PRODUKT VYSOKOTEPLOTNÍ KARBONIZACE VÝTĚŽEK (% HMOT) KOKS 70-80 DEHET 2-4 SUROVÝ BENZOL 1 KOKSÁRENSKÝ PLYN 16 ČPAVKOVÁ VODA 4 HLAVNÍM VÝROBKEM JE METALURGICKÝ KOKS ČERNÉ UHLÍ, 1000 C, DEZA.. 420 TIS.TUN DEHTŮ A BENZOLU

DEZA, a.s - Valašské Meziříčí DEZA je jediným tuzemským zpracovatelem dehtů na výrobky dehtochemického průmyslu Základním výrobním zařízením je destilační komplex s kapacitou cca 420 000 tun surového dehtu Základním výrobkem je benzen kapacita 170 000 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

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

Zplyňování uhlí ve fluidním loži

Zplyňování uhlí v pohyblivém loži

Konvenční paliva z alternativních zdrojů - GTL GAS LIQUID

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

FISCHER-TROPSCH SYNTÉZA REAKTOR MTFB RISER SLURRY Teplota C 240 320 260 Tlak bar 25 23 18 H2/CO mol/mol 1,7 2,5 0,6 Methan % hmot. 2 10 7 Benzin % hmot 18 40 19 Diesel % hmot 14 7 14 Wax % hmot 52 4 38

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

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)

ROPNÉ PÍSKY OIL SANDS 10 12 % VYSOKOMOLEKULÁRNÍHO BITUMENU V PÍSCÍCH

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.

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.

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 10-12 per cent of the actual oil sands found in Alberta. The remainder is 80-85 per cent mineral matter - including sand and clays - and 4-6 per cent water.

DOPRAVA ROPNÝCH PÍSKŮ NE ZPRACOVÁNÍ

LOKOALITY TĚŽBY V KANADĚ

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.

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

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).

Extrakce bitumenu horkou vodou

POVRCHOVÁ TĚŽBA BITUMENOVÝCH PÍSKŮ

BIOAMASA JAKO CHEMICKÁ A ENERGETICKÁ SUROVINA

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

Typy biomasy

FOTOSYNTÉZA

UHLÍKOVÝ CYKLUS

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

DŘEVO SUROVINA?

Složení dřeva DŘEVO % hmot. Celulóza 40 50 Lignin 20 30 Hemicelulóza 20 30 Další látky (terpeny) 1 3 Popeloviny 0,1 0,5

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

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

Schéma výroby BiOH?

TRANSESTERIFIKACE TRIGLYCERIDŮ

VÝROBA ROSTLINNÝCH OLEJŮ

FA (VYŠŠÍ MASTNÉ KYSELINY)

VÝROBA BIONAFTY

BIOPALIVA Z BIOMASY

Budoucnost konverze celulóza na jednoduché cukry

Rozklad kerogenních hornin spalinami

Rozklad kerogenních hornin přenašečem tepla

ROPNÉ PÍSKY A KEROGENNÍ HORNINY

Světové zásoby fosilních surovin

Rozklad kerogenních hornin spalinami

Rozklad kerogenních hornin přenašečem tepla

Zásoby synt.ropy v kerogenu

MECHANICKÉ A HYDROMECHANICKÉ OPERACE

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

DOPRAVNÍ ZAŘÍZENÍ

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

SKLADOVÁNÍ PLYNNÝCH LÁTEK

ZPRACOVÁNÍ TUHÝCH LÁTEK Drcení Mletí Granulace Třídění

DRCENÍ

DRCENÍ TYPY ZAŘÍZENÍ

MLETÍ

MLETÍ TYPY ZAŘÍZENÍ Kulový mlýn

GRANULACE

TŘÍDĚNÍ

TŘÍDĚNÍ - POKRAČOVÁNÍ

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

ČERPADLA Odstředivé čerpadlo

HADICOVÉ ČERPADLO PŘÍKLAD LABORATORNÍHO ČERPADLA

DOPRAVA PLYNŮ

VENTILÁTORY

ROOTSOVO DMYCHADLO

KOMPRESORY

KOMPRESORY - PŘÍKLADY

VÝVĚVA - EJEKTOR

ROZDĚLOVÁNÍ HETEROGENNÍCH SMĚSÍ

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

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

FILTRACE

FILTRACE - KALOLIS

MÍCHÁNÍ

TYPY MÍCHADEL

RYCHLOBĚŽNÁ MÍCHADLA

POMALUBĚŽNÁ MÍCHADLA

MÍCHACÍ NÁDOBY

STATICKÉ SMĚŠOVAČE

DIFÚZNÍ OPERACE

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

VSÁDKOVÁ DESTILACE

ROVNOVÁŽNÁ DESTILACE

REKTIFIKACE DESTILAT F2 S4 S2 NASTRIK F1 S6 S5 ZBYTEK F3

TYPY KOLON

KLOBOUČKOVÉ PATRO

VENTILOVÁ PATRA

SYPANÁ VÝPLŇ

ORIENTOVANÁ VÝPLŇ

VNITŘNÍ ZAŘÍZENÍ KOLON

ROZDĚLOVAČE KAPALIN

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

ABSORPCE

ABSORPCE - SCHÉMA

ADSORPCE

ZAŘÍZENÍ PRO ADSORPCI

EXTRAKCE

PATROVÁ EXTRAKČNÍ KOLONA

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

KOMOROVÁ SUŠÁRNA

KRYSTALIZACE

MÍCHADLOVÝ KRYSTALIZÁTOR

TEPELNÉ OPERACE

VÝMĚNÍKY TEPLA

DUPLIKÁTOR

SVAZKOVÉ VÝMĚNÍKY

DESKOVÉ VÝMĚNÍKY

CHEMICKÉ REAKTORY

TYPY CHEMICKÝCH REAKTORŮ

CHEMICKÉ REAKTORY VSÁDKOVÉ

CHEMICKÉ REAKTORY POLOPRŮTOČNÉ

CHEMICKÉ REAKTORY PRŮTOČNÉ PROMÍCHÁVANÉ

REAKCE PLYN - KAPALINA

CHEMICKÉ REAKTORY PRŮTOČNÉ

PYROLÝZNÍ PEC

KATALYTICKÉ CHEMICKÉ REAKTORY S NEHYBNOU VRSTVOU

AXIÁLNÍ TOK

RADIÁLNÍ TOK

OXIDACE SO2

AMONIAK PROCES ICI

METHANOL- PROCES ICI

KATALYTICKÝ REFORMING

ROTAČNÍ PEC

PEC SIEMENS - MARTIN

CHEMICKÉ REAKTORY S KATAL. FLUIDNÍ VRSTVOU - FCC

ZPLYŇOVÁNÍ UHLÍ

KATALYTICKÁ DESTILACE

KATAPAK