Ropa, základní zpraování, chemické zpracování

Ropa:

- je to kapalina, směs uhlovodíků : alkany, aromáty, cyklické uhlovodíky

- mimo ně obsahuje i heterocyklické sloučeniny s N, S, O

- elementární složení: C (84-88%), H (11-14%), a N,S,O

- hustota = 800-900kg/m³

- vznikla odumíráním mas mikroorganismů a přeměnou pomocí bakterií

- hlavní využití ropy - pro palivářské účely, výroba plastů

Základní zpracování ropy:

- destilace

- před destilací ropy se provádí odvodnění a odsolení - ropu doprovází voda ve formě emulze, mořská voda obsahuje soli

- rozrušení emulze: 1) pomocí deemulgátorů

                               2) pomocí elektrického pole až 50 kV

- tím vzniknou 2 vrstvy, které se od sebe oddělí ( ropa + voda)

- ropa se stabilizuje zahřátím, kdy dojde k vypuzení plynu (propan-butan)

C5-C11

benzín  do 200°C

pak následuje destilace: ropa jde do destilační atmosférické kolony při teplotě nástřiku  370°C (předehřev se provádí v trubkové peci ), ropa se rozdestiluje na jednotlivé frakce

- jednotlivé frakce slouží hlavně jako paliva, část se užívá k chemickému zpracování

- mazut se dále destilačně dělí vakuovou destilací, získají se tzv. olejové destiláty (základ mazacích olejů) a destilační zbytek = asfalt

Rafinace ropných frakcí:

- provádí se čištění jednotlivých frakcí = oddělení látek, které zhoršují kvalitu

1) hydrogenační rafinace -  R- S -R + 2H₂ → H₂S + 2RH, R -SH + H₂ → H₂S + RH

- odstranění sirných sloučenin

- vodík reaguje i s kyslíkatými a dusíkatými sloučeninami za vzniku vody a amoniaku

- sulfan se dále zpracovává - odstranění provádíme :

a)  absorpcí v alkalickém roztoku K₂CO₃ - za nižší teploty, vyššího tlaku, zahřátím se sulfan vypudí

b) absorpcí v ethanolaminu -  vypudíme zahřátím

c) absorpcí v methanolu -  rozpustíme, vypudíme zahřátím

d) absorpce na tzv. Luxovu hmotu - zbytky H₂S se absorbují na hydratovaný Fe₂O₃, H₂S se po vypuzení z roztoku převede oxidací na síru.

-provádí se dvoustupňově :

1) k H₂S se přivede tolik vzduchu, aby se oxidovala asi 1/3 ... 2H₂S + 3O₂ → 2H₂O + 2SO₂

2) katalytická reakce vzniklého SO2 se zbylým H2S... 2H₂S + SO₂ → 3S + 2H₂O...kat. Al₂O₃

- vodík nasycuje nenasycené vazby = stabilizuje

2) odparafinování:

- provádí se odstraňováním vyšších alkanů, které by způsobovaly zatuhnutí

- princip - ochlazení asi na -5°C a filtrace na kalolisu

3) extrakce - odstranění asfaltových složek

4) adsorpce na bělících linkách - čištění mazacích olejů

Motorová paliva:

1) Benzín - směs uhlovodíků pro zážehové motory, destilační frakce C₅ - C₁₁

- kvalitní benzín obsahuje - rozvětvené alkany a cyklické, aromatické uhlovodíky

- nevhodné jsou - nerozvětvené alkany ( špatné vlastnosti při spalování), nenasycené sloučeniny (alkeny)

-kvalitu benzínu posuzujeme podle oktanového čísla , které udává chování benzínu při spalování v motoru ve srovnání směsí izooktanu ( vhodný) a n-heptanu (nevhodný)

- benzínu přisuzujeme takové oktanové číslo, které odpovídá procentům izooktanu ve srovnávací směsi, např.: OČ 95 = benzín má stejné vlastnosti jako směs 95% izooktanu a 5% n- heptanu

- je to základní frakce při destilaci ropy, nemá ale požadovanou kvalitu a není ji ani požadované množství, proto se některé vyšší frakce štěpí na frakci benzínovou = krakování

- další možnou úpravou je tzv. reformování = přeměna uhlovodíků v rámci dané benzínové frakce

2) Motorová nafta - palivo určené pro vznětové motory

- je to směs frakce petroleje a plynového oleje obsahující frakci C₁₀-C₂₅

- kvalitu určujeme pomocí cetanového čísla (schopnost samovznícení) srovnání nafty se směsí cetanu ( hexadekanu-vhodný a 1-metyl naftalenu- nevhodný)

Krakování:

- jedná se o sekundární zpracování ropné frakce pomocí tepla

- štěpí se frakce plynového oleje a mazutová frakce

- primárním zpracováním se nezíská dostatečné množství benzínové frakce, proto se z vyšších frakcí připravuje štěpením uhlovodíků větší množství benzínové frakce (= nižší frakce)

- kromě toho se při sekundárním zpracování provádí přeměna uhlovodíků na vhodnější uhlovodíky pro spalovací motory

1) tepelné krakování: rozštěpení řetězců pomocí vyšší teploty 500°C
- vznikají nerozvětvené uhlovodíky = > nevýhodná složka pro palivo = nedělá se
2) katalytické krakování:
- ze stejných frakcí při vyšší teplotě 500°C za přítomnosti kyselých katalyzátorů (H₃PO₄ nanesených na aluminosilikátu) = má velký spec. povrch

- vlivem katalyzátoru kyselé povahy vzniká karboniový iont a štěpení probíhá iontovým mechanismem, vznikající ionty izomerují na rozvětvené řetězce

- výsledkem katalytického krakování jsou uhlovodíky s rozvětvenými řetězci, které mohou cyklizovat, výsledkem je kvalitnější palivo

- nevýhodou je, že vznikají i nenasycené uhlovodíky

- vznikající koksové podíly zanášejí povrch katalyzátoru, katalyzátor se těchto usazenin musí zbavovat spálením. Teplo z tohoto procesu se využívá jako zdroj tepla při krakování.

- schéma-katalyzátor s usazeninami z koksu z reaktoru padá do proudu vzduchu a je unášen do termoforu. V  něm probíhá  spalování koksových usazenin a uvolňuje se teplo a horký vyčištěný katalyzátor ohřívá proud nástřiku do reaktoru ( někdy se používá katalyzátor ve fluidním stavu)

3) hydrogenační krakování:

- reakce s vodíkem v přítomnosti katalyzátoru za teploty 350-450°C

- dochází k nasycování alkenů ( násobných vazeb), získává se kvalitnější benzín, vodík získáme z procesu reformování benzínu, katalyzátor: Ni,W

Reformování benzínu:

= úprava složení v rámci dané benzínové frakce

- z nevhodných uhlovodíků vznikají vhodné, vytvářející kvalitnější benzín => zvyšuje se oktanové číslo

- katalyzátor - platina nanesená na nosiči Al₂O₃= platformování

-princip - z rovných řetězů se za daných podmínek vytvářejí cyklické až aromatické uhlovodíky

-vedlejší produkt vodík se používá k hydrogenačnímu krakování

Chemické zpracování ropných frakcí:

- získávání základních uhlovodíků ( pro další chemické účely)

- surovinou pro další chemický průmysl - etylen, propylen, buten, butadien

-pyrolýza - tepelné nekatalytické štěpení při teplotách kolem 600- 1000°C (1500°C)

- základní chemický pochod při zpracování ropy

- pyrolýze se nejčastěji podrobuje benzínová frakce

- krátká reakční doba ( do 1 sekundy), abychom zamezili nebezpečí následných reakcí

- probíhá v plynném skup., žádoucí je nižší tlak, ( 1mol > 2moly), parciální tlak snižujeme pomocí přidávané předehřáté páry (900°C), vodní pára dodá část potřebného tepla.

příklad reakce:

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃ → CH₂=CH₂ + CH₃-CH₂-CH₂ -CH₃

→ CH₂=CH-CH₃ + CH₃-CH₂-CH₃

→CH₂=CH-CH₂-CH₃ + CH₃-CH₃

- vzniká tedy směs produktů např.: 30% etylenu, 15% propylenu, 5%butenu a butadienu

- pyrolýza probíhá v trubkové peci

Dělení směsi po pyrolýze:
- směs se ochladí, tím zkondenzují vyšší uhlovodíky, v plynném skup. zůstanou pouze frakce C₂-C₃ , vyšší frakce lze případně oddělit destilačně.