Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti ROPA PALIVA A POHONNÉ HMOTY Předmět: Paliva a maziva Ing. Vladimír Hönig, Ph.D.

Prezentace na téma: "Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti ROPA PALIVA A POHONNÉ HMOTY Předmět: Paliva a maziva Ing. Vladimír Hönig, Ph.D."— Transkript prezentace:

1 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti ROPA PALIVA A POHONNÉ HMOTY Předmět: Paliva a maziva Ing. Vladimír Hönig, Ph.D.

2 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Ropa: všeobecně surovina těžená z podzemních nalezišť- vrtů, kapalná směs uhlovodíků fosilního původu (uhlí, zemní plyn, ropné písky, břidlice). Starší označení „nafta“ - perského původu znamenalo kapalinu vytékající samovolně ze země, řecké slovo „petros“ – skála, „skalní olej“. Petrochemie: oddíl chemie zpracující ropu na celou plejádu chemických výrobků: paliva, maziva, průmysl barviv a léčiv, výrobu pesticidů, průmysl vláken atd. V němčině se pod pojmem „ropa“ uvádí název „Erdöl“, v americké odborné terminologii „Crude oil“, ve Velké Británii: „Petroleum“, ve francouzštině „le Petrol“, v ruštině: „Něfť “.

3 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti VZNIK ROPY - v hloubkách až několik stovek metrů obvykle mezi dvěma nerozpustnými vrstvami okolních hornin (často spolu se zemním plynem) - dvě hlavní skupiny hypotéz vzniku Anorganická teorie: uhlovodíky vznikaly reakcí vody s karbidy kovů, reakcí oxidu uhelnatého s vodíkem (také kosmická teorie vycházející z poznatku, že atmosféra planet je tvořena vodíkem a uhlovodíkovými plyny) [1]

4 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Organická teorie: rozklad nahromaděného organického materiálu, který prošel třemi stupni přeměny: diageneze, katageneze a metageneze při působení tlaku a vyšší teploty. Některé horniny mohly působit jako katalyzátory chemických přeměn při působení mikroorganismů či případně i radioaktivního záření. -ropa se většinou nachází v tzv. naplaveninách a jen výjimečně ve vyvřelinách -připouštějí se obě teorie vzniku [2]

5 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -hlubinné vrty, z nichž ropa sama vyvěrá (někdy tryská do mnohametrové výše), nebo se čerpá -v případě samovolného výtoku je zapotřebí jímat ropu z ústí vrtu a následně bezpečně odvádět -při čerpání lze většinou využívat tlaku plynů, shromážděných ve svrchních částí ložiska, pod nepropustnou vrstvou hornin -vrty hloubené pro těžbu ropy procházejí nejrůznějšími horninami o různé tvrdosti a soudržnosti -proti porušování (či dokonce zavalování vrtů) se zabezpečují stěny vrtu ocelovými rourami tzv. pažnicemi zajištěné betonováním - do vrtu jsou spouštěny již během procesu vrtání - vrtné nářadí jimi prochází -po dokončení vrtu se na jejich nejsvrchnější části připojuje jímací zařízení

6 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti TĚŽBA ROPY -ropa je vrtána na pevnině, ale i na moři -na moři v tzv. šelfové oblasti se staví vrtné věže (hloubka moře 200 - 400 m) -z důvodu velké hmotnosti vrtné plošiny (okolo 1 mil.t) - zpevnit mořské dno - tzv. pilotů (roury s průměrem okolo 2 m a délce 100 m) pod nohama plošiny -pro větší hloubky se používají plovoucí vrtné plošiny umístěné na plovácích umožňující i jejích přemisťování (hmotnost přes 250 tis.t, ukotveny k mořskému dnu) [3] [4]

7 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -vrtné hlavice (na souši i na moři) jsou umístěny na soustavě trubek spojené šroubováním (délka trubky 5 -10 m) -trubkami protéká tzv. výplach - speciální kapalina vynášející na povrch rozmělněnou horninu -materiálem pro zhotovení hlavic jsou zpravidla karbidy kovů a pro speciální přísady i průmyslové diamanty (životnost závisí na hornině - často bývá jen v řádu několika hodin) -trubky se posléze postupně vytahují, rozšroubovávají, vrtací hlavice se vymění a po opětovném spojení trubek se celý systém spouští do vrtu

8 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti SLOŽENÍ ROPY -olejovitá kapalina většinou černé, výjimečně žlutohnědé barvy -hustota okolo 800 kg/m 3 až výjimečně 1050 kg/m 3 (většinou lehčí než voda) -většinu ropy tvoří uhlovodíky, doprovázeny směsí heterocyklických sloučenin obsahujících v molekule kyslík, síru nebo dusík -rozpuštěné plyny: propan – butan, oxid uhličitý, sirovodík, methan, ethan a řadu dalších plynů -pevné látky obsažené v ropě: tuhé uhlovodíky jako např. parafiny, cerezíny a látky asfaltické povahy -síra a sirné sloučeniny se vyskytují nejčastěji ve formě sulfanu, pronikavě páchnoucích merkaptánů (RSH), thiofénů, disulfidů, ale výjimečně i kyslíkatých sloučenin síry (sulfonové kyseliny) a elementární síry (dovážená ropa 3 % síry, Perský záliv i 0,5 % síry)

9 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Elementární složení ropy -dále přítomny: uhlovodíky parafinické (alkany, alkeny, alkiny), uhlovodíky cyklické a polycyklické, nafteny i uhlovodíky aromatické a polyaromáty -přesné složení ropy však není možné identifikovat pro složitost a komplikovanost sloučenin

10 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Před zpracováním je ropu zapotřebí zbavit vody a solí -k tomuto účelu se využívá ohřevu, čímž se sníží viskozita a urychlí separace vody -přidávají se deemulgátory pro rozrušení emulze či oddělení pomocí elektrického pole -voda v ropě - suspendovaná nebo emulgovaná -snížení obsahu vody se provádí převážně kvůli jejímu nízkému výparnému teplu a tím pádem snížení výkonu destilační kolony -obsahuje dále rozpuštěné soli, které by se usazovaly na teplosměnných plochách, zvyšoval by se tak odpor při proudění, zhoršoval přestup tepla a samozřejmě by také podporovaly korozi

11 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti ZPRACOVÁNÍ ROPY -začíná destilací, kterou se získávají užší frakce s požadovaným rozmezím varu -šířka frakce se reguluje tak, aby spadala do destilačního rozmezí konečného výrobku a vyhovovala požadavkům následujícího rafinačního procesu -základní dělení ropy na užší frakce na destilačních kolonách se provádí ve dvou stupních – nejdříve při přibližně atmosférickém tlaku a následně na další koloně pracující za sníženého tlaku (vakuum) -frakce motorových paliv vycházejí z atmosférické destilace, vakuová destilace produkuje olejové frakce, z hlavy atmosférické destilace vycházejí plyny (butany) a lehký benzin, z horních pater těžký benzin, ze středních a dolních petrolejová frakce a plynový olej. Zbytek tvoří mazut, který je možné dále za vakua destilovatprocesech tzv. hloubkového zpracování ropy i procesech petrochemických (krakování, koksování, pyrolýza atd.)

12 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -lehké benziny mají středně velké oktanové číslo (v dřívějších dobách se používaly pro míšení automobilových benzinů), pro současné vysokooktanové benziny je jejich použití výrazně omezené -těžké benziny mají velmi malé oktanové číslo, jako složka automobilového benzinu jsou nepoužitelné a musí se podrobit procesu reformování, při kterém vznikají aromatické uhlovodíky s vysokým oktanovým číslem -petrolejové frakce a plynový olej jsou základními složkami motorové nafty -uvedené složky paliv nemusí pocházet jen z destilace ropy, vznikají také při procesech tzv. hloubkového zpracování ropy i procesech petrochemických (krakování, koksování, pyrolýza atd.)

13 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti [5]

14 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

15 Ropa může být zpracována na: Pohonné hmoty a topné oleje Atmosférická destilace ropy, úprava vlastností pohonných hmot, úprava vlastností topných olejů. Pohonné hmoty Destilace atmosférická a vakuová, úprava vlastností pohonných hmot z destilace. Krakování (termické, katalytické, hydrokrakování) těžších těžkých frakcí z vakuové destilace, úprava vlastností, zpracování nenasycených uhlovodíkových plynů, vznikajících při krakování, polymerací nebo alkylací.

16 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Pohonné hmoty a mazací prostředky Zahrnuje destilaci atmosférickou (převážně se získají pohonné hmoty), vakuovou destilací se získají olejové destiláty, které se následně zpracovávají rafinací, doparafinováním, příp. odasfaltováním na olejové základy upravované mísením a aditivací na konečné produkty – mazací oleje či jako suroviny pro výrobu plastických maziv. Pohonné hmoty a petrochemické suroviny Základem opět destilační dělení (atmosférická a vakuová destilace), na které navazují další operace, při kterých se získávají aromatické a nenasycené uhlovodíky určené pro zpracování na různé chemické sloučeniny [6]

17 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -trendem současných automobilových paliv snižování síry -veškeré ropné frakce musí být odsiřovány (platí i pro paliva ze štěpných procesů ropných destilátů) -odstraňuje se hydrorafinačními procesy, jejichž podstatou je převedení sirné sloučeniny na uhlovodík a sirovodík, jenž se dá odstranit z palivové frakce -pokud je síra vázána v kruhu heterocyklické sloučeniny, kruh se otevře (např. hydrogenace thiofenu, při které vzniká butan a sirovodík) -hydrorafinačním procesem se obdobně převádějí dusíkaté sloučeniny na uhlovodíky a čpavek, resp. vodu

18 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Klasifikace ropy -nejrozšířenější metoda - dle API (American Petroleum Institute), kdy se ropa rozdestiluje na dvě klíčové frakce a podle hustoty se vypočítávají stupně API -pro obchodní zaměření stačí rozdělení dle převažující struktury uhlovodíků na ropu: parafinickou (alkanickou) cyklanickou (naftenickou) aromatickou asfaltickou (pokud značnou část ropy tvoří asfaltické látky) [7]

19 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti ZDROJE ROPY -ropa se podílí cca. 40 % na světové spotřebě energie -v současné době nejdůležitějším nosičem energie světového hospodářství -celkový konvenční potenciál ropy je podle různých geologických odhadů asi 350 miliard tun 40 % již spotřebovaný (vytěžený) podíl 40 % rezerva (známé naleziště při dnešní technologii hospodárně těžené) 20 % ještě nenalezené zásoby (zahrnuty rovněž značné nekonvenční podíly složek ropy jako těžké oleje, olejové písky, olejové jíly a syntetické nafty vyrobené ze zemního plynu nebo uhlí)

20 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -známé zásoby ropy jsou omezené, ale postupně objevovány nové rezervy -odhad amerického ministerstva energetiky udává – zásoby v Iráku 113 miliard barelů (asi 15 miliard tun), prozkoumáno pouze 10 % území celé země - konečné zásoby minimálně o dalších 100 miliard barelů vyšší -další zásoby se nalézají v Kanadě (25 miliard t), v Mexickém zálivu (10 miliard t) -roční těžba by měla z dnešních 3,5 miliard tun postupně narůstat až do 5 miliard tun v roce 2020 -minimálně 20-30 let by měla ve spotřebě převažovat paliva vyrobená z ropy, teprve potom ze zemního plynu a později případně uhlí. Předpoklad je, že roční spotřeba ropy bude vrcholit kolem roku 2020 a v dalším období bude trvale klesat.

21 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti ROPA V ČR -od r. 1913 na jižní Moravě - nejzápadnější cíp vídeňské roponosné pánve -lokality i na Ostravsku, v Jeseníkách a v Beskydech -celková roční těžba se pohybuje v rozmezí kolem pouhých 220 000 tun, spotřeba je však kolem 7 milionů tun

22 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -ČR není závislá již jen na jediném dodavateli ropy (na sibiřské ropě), vede i (Kralupy a Litvínov) druhý ropovod z Ingolstadtu, kde je křižovatka tří ropovodů -ropovodu Družba (přes německé město Leuna do Ingolstadtu), dále severní ropy (ze šelfových moří Norska a Skotska) a ropy arabské (dopravované tankery do terminálu v Terstu) -délka ropovodu označovaného jako MERO z Ingolstadtu do Litvínova a potažmo do PARAMA je 175 km na německém území, plus 169,7 km na území České republiky -kapacita této větve je 10 milionů tun ročně.

23 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Palivo a pohonné hmoty Palivem můžeme nazvat takovou látku,která současně splňuje tři „e ‘ kritéria: 1) energetické 2) ekonomické 3) ekologické ad 1) Energetické hledisko: maximum MJ/kg paliva, přičemž další dvě kritéria (ekonomické a ekologické) nesmějí vyznívat kontroverzně ad 2) Ekonomické hledisko: minimální cena za produkovanou jednotku energie (KJ/MJ), v optimální hodnotě Kč/kJ nebo v Kč/MJ ad 3) Hledisko ekologické: vliv spalování daného paliva na znečištění životního prostředí

24 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti ROZDĚLENÍ PALIV DLE SKUPENSTVÍ Paliva tuhá: přirozená: uhlí, dřevo, rašelina, biomasa umělá: koks, modifikovaná biomasa. Paliva kapalná: přirozená: ropa, absorbovaná ropa v ropných pískách a břidlicích umělá paliva a frakce ropy: benzíny, petroleje, topné oleje, mazuty syntetická paliva vyrobená na bázi uhlí či ropných produktů, kapalná paliv z biomasy: kvasný líh a methylestery rostl. olejů Paliva plynná: přirozená: zemní plyn, bahenní plyn bioplyn, kychtový plyn, generátorový plyn, dřevoplyn, svítiplyn

25 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti DĚLENÍ PALIV DLE STÁŘÍ Recentní paliva: vznikají nepřetržitě díky fotosyntéze a slunečnímu záření (biomasa, dřevní hmota, rostlinná hmota a její produkty) Přechodná paliva: rašelina Fosilní paliva: vznikala ve zcela určité geologické epoše a při zcela určité flóře a fauně dané především určitými klimatickými podmínkami - ropa, uhlí, zemní plyn, ropné písky atd.

26 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti POHONNÉ HMOTY: - pojmově podřízené palivu (část paliv vyhovuje pohonu spalovacích motorů) Nároky na pohonné hmoty: 1. Musí spolehlivě a jednoduše tvořit výbušnou směs (směs rozptýleného paliva a vzduchu ve stechiometrickém poměru), která musí hořet dle programů režimu motoru - volnoběžný, akcelerační, decelerační, ekonomický, zážehový aj. (s minimem karbonu po shoření). 2. Musí mít malý objem ve vztahu k obsahu energie (ml/kJ).

27 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti 3. Musí vykazovat vysokou provozní spolehlivost, skladovací bezpečnost, okamžitou provozuschopnost a maximálně bezpečnou přepravu z nádrže k motoru). 4. Musí vykazovat možnost doplňování z čerpacích stanic vykazujících dostatečnou územní hustotu. Základní rozdělení paliv pro motory s vnitřním používáním: 1) plyny (zkapalněné, stlačené) 2) benziny 3) motorové nafty 4) letecké petroleje

28 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Zdroj obrázků: [1] http://e-api.cz/page/69562.zajimavosti/ [2] http://is.muni.cz/do/ped/kat/fyzika/autem/pages/tezba-ropy.html [3] http://byznys.lidovky.cz/krize-nepolevuje-ropa-brent-klesla-pod-100- dolaru-za-barel-pk0-/firmy-trhy.asp?c=A111004_144320_firmy- trhy_apa [4] http://ekonomika.idnes.cz/cena-ropy-miri-ke-150-dolarum-za-barel- d6o-/eko-zahranicni.aspx?c=A080703_084613_eko-zahranicni_pin [5] http://www.petroleum.cz/zpracovani/zpracovani-ropy-03.aspx [6] http://www.crc.cz/cz/investice.aspx [7] http://www.petroleum.cz/ropa/