Soubor prezentací: CHEMIE PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA CH25-Zdroje uhlovodíků – zemní plyn, uhlí, ropa Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona Pufferová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „Podpora chemického a fyzikálního vzdělávání na gymnáziu Komenského v Havířově“ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Základní suroviny organické chemie rozdělení fosilní - zemní plyn, ropa, uhlí (vznikají geochemickými procesy miliony let) recentní - dřevo, brambory, plody, živočišné tkáně, rašelina … (tvoří se stále, nabývají nyní na významu) 1

Fosilní (pravěké) suroviny pro výrobu organických chemikálií jsou prvořadé : zemní plyn, ropa, uhlí začaly tvořit před mnoha milióny let složitými geochemickými přeměnami těl uhynulých rostlinných nebo živočišných organismů za mimořádných podmínek (omezeného přístupu vzduchu, vysokého tlaku a teploty) 2

Petrochemie obor zabývající se zpracováním ropy a zemního plynu 3

Zemní plyn většinou provází ropu, ale má i samostatná naleziště směs plynných uhlovodíků (75 a více % metanu, oxid uhličitý, dusík, vodní páry, popř. další plyny) hořlavý plyn 4

Druhy zemního plynu mokrý: tvořen kromě methanu i uhlovodíky, které se dají zkapalnit (LNG) suchý: tvořen pouze methanem (stlačitelný) CNG kyselý: (obsahuje H2S) zemní plyn

Ekologické palivo při spalování: a) méně CO2 b) méně škodlivin c) SO2 zanedbatelně d) neobsahuje dusík 5

Zemní plyn - použití jako palivo  k výrobě různých sloučenin (chlorovaných derivátů methanu, vodíku, kyanovodíku, sirouhlíku, acetylenu, sazí) pyrolýzou vodní párou za katalytického působení kovů (Ni, Co) vzniká při teplotě kolem 700oC tzv. syntézní plyn (směs H2 a CO) sloužící např. k výrobě methanolu

I

Výhody Bez velkých nákladů ke spotřebiteli Doprava nezávislá na klimatu Není třeba budova na skladování (jako u uhlí) Plynný spotřebič – lehce ovladatelný K dispozici 24 hodin denně Plynovody v zemi – nenarušuje tvář krajiny

Ložiska zemního plynu v ČR 6

Ropa (nafta) dříve nazývaná "nafta", ve starších dobách "zemní olej" a dnes "černé zlato„ směs uhlovodíků – alkanů, cykloalkanů a arenů obsahuje však i sloučeniny dusíku, kyslíku a síry složení ropy je různé podle naleziště

Ropa - vlastnosti hnědá až černá olejovitá kapalina 7 hnědá až černá olejovitá kapalina charakteristický zápach ve vodě je nerozpustná má menší hustotu než voda (na vodě "plave"- toho se využívá i při těžbě) hoří čadivým plamenem

Vlastnosti ropy hustota – zda se jedná o ropu lehkou nebo těžkou obsah síry – ropa může být vysokosirná či nízkosirná frakční složení – podíl benzinu, petroleje, plynového oleje, vakuových destilátů a asfaltu podíl různých uhlovodíkových skupin – ropa může být parafinická, naftenická, aromatická bod tuhnutí a viskozita – parametry důležité zejména z hlediska přepravy ropy

ÚKOL Vznik ropy Na internetu vyhledej webovou stránku http://www.petroleum.cz/ropa/vznik-ropy.aspx vyhledej základní informace o vzniku ropy a jejím složení a připrav si krátký referát.

Původ Vznik ropy vysvětlují dvě navzájem si odporující teorie – anorganická a organická. Anorganická Organická 8

Anorganický původ Anorganický původ ropy předpovídal Mendělejev: Vznik působením přehřáté páry na karbidy těžkých kovů (sloučeniny uhlíku s elektropozitivnějšími prvky, např. železo) v dobách, kdy se vyskytovaly blízko zemského povrchu.

Organický původ Organická teorie je uznávána většinou vědců: ropa vznikla rozkladem z živočišných a rostlinných zbytků, které se vlivem tepla a tlaku přeměnily nejprve na kerogen (jednoduché organické látky), pak na živice a nakonec na ropu a zemní plyn. Poté migrovali až na současná naleziště. 9

Ropná naleziště Pod nepropustnými vrstvami, v hloubkách až 8 km pod zemským povrchem Svrchní vrstvy zemské kůry – nejčastěji v oblasti kontinentálních šelfů Ropa při těžbě buď vyvěrá pod tlakem, nebo je čerpána – v minulosti vyvěrala přímo ze země Většinou se vyskytuje společně se zemním plynem

Ropná naleziště Největší naleziště konvenční ropy: Nigérie Mexiko Venezuela oblast Kaspického jezera Oblast Perského zálivu (který skýtá největší zásoby) oblast středoasijských republik Největší naleziště nekonvenční ropy (získávaná netradičními těžebními metodami): Athabaské ropné písky v Kanadě Dehtové písky Orinoco ve Venezuele

10

Největší konvenční ropné naleziště 1. Ghawar v Saúdské Arábii - 30km široké - 270 dlouhé - rezervy kolem 80 mld. barelů 2. Burgan v Kuvajtu - více než 60 mld. barelů 11

Zpracování ropy - postup v rafinériích zařízení: rektifikační kolona postup zaleží na složení ropy, ale také na tom, jaké produkty chceme z ropy získat, odstranění nečistot (tzn. sloučeniny S, voda a v ní rozpuštěné minerální soli, písek a hlína) zpracování: frakční destilací předehřátá ropa se dopravuje do trubkové pece, kde se zahřeje na teplotu do 200°C a vstřikuje se do destilační kolony

Ropná rafinerie 12

Zpracování ropy - postup Frakční destilací se oddělují složky: uhlovodíkové plyny benzín petrolej plynový olej (motorová nafta) mazací oleje mazut (destilační zbytek) 13

Frakční destilace uhlovodíkové plyny (plynná frakce) = propan a butan; použití jako palivo a chemické suroviny benzínová frakce (do t. v. 180oC) = použití jako palivo do zážehových motorů, chemická surovina a rozpouštědlo (měřítkem jakosti benzinu je tzv. oktanové číslo vyjadřující vliv složení paliva na detonaci (klepání) motoru, poměr oktanu/heptanu) petrolejová frakce (= petrolej, do t. v. 260oC) = použití k vytápění, palivo pro plynové turbíny a ke krakování, rozpouštědlo nečistot, svícení

Frakční destilace plynový olej (motorová nafta, do t. v. 400oC) = ke krakování, palivo pro (vznětové) dieslové motory mazací oleje (nad 360°C) = mazací a topné olej destilační zbytek = mazut, k topení nebo se vakuově destiluje na asfalt (úprava vozovek, izolace proti vlhkosti)

Další zpracování ropy rafinace krakování odparafinování olejů 14

RAFINACE ČIŠTĚNÍ ropné frakce se zbavují nežádoucích složek, které zhoršují stálost produktů, mění barvu a způsobují zápach jde o působení chemických činidel (kyseliny, zásady), selektivní rozpouštědla a adsorbenty (aktivní uhlí)

KRAKOVÁNÍ tepelný rozklad uhlovodíků s delším řetězcem na uhlovodíky s řetězcem kratším Př. krakováním se získává více než polovina benzínu

ODPARAFINOVÁNÍ OLEJŮ odstranění pevných uhlovodíků z příslušné frakce pomocí různých činidel, často kombinovaných s ochlazováním příslušné frakce na teplotu -10°C přítomnost těchto uhlovodíků je nežádoucí např. v motorové naftě a v leteckém benzínu v čistém stavu jsou tyto látky používané na impregnaci papíru, výrobu různých vosků, svíček

Další zpracování ze spodní části kolony se odvádí destilační zbytek mazut – který se dále zahřívá na teplotu 360 – 400°C, vzniklé páry se pak odvádějí do vakuové destilační kolony, kde se mazut dále rozděluje

ÚKOL ÚKOL 1. S využitím webové stránky http://www.stream.cz/katastrofy/676990-2010-ropna-havarie-v-mexickem-zalivu zhlédněte uvedené video a připravte si základní informace o problematice ropných havárií. ÚKOL 2. Připravte si referát o ekologických problémech v souvislosti s únikem ropy do životního prostředí.

Uhlí hořlavá hornina vzniklá v průběhu desítek až milionů let složitými procesy z odumřelých rostlin (prvohory – třetihory) směs vysokomolekulárních látek o nejednotné a ne zcela objasněné struktuře (C, H2,O2, N2, S) popel, který zůstane po spálení uhlí dokazuje, že jeho složkou jsou i nespalitelné minerální látky   15

Druhy uhlí lignit , hnědé, černé, antracit (geologicky nejstarší a nejkvalitnější) Kvalita uhlí závisí především na obsahu uhlíku: černé uhlí ( 75% - 95% uhlíku) hnědé uhlí ( 60% - 75% uhlíku)

Využití jako palivo nebo se dále zpracovává: karbonizací (odplyňováním) zplyňováním hydrogenací

Plynárna a koksovna Plynárny – výroba karbonizačního plynu 16 Koksovny – výroba koksu 17

Karbonizace (odplyňování) při teplotě kolem 900oC bez přístupu vzduchu; produkty plynná paliva, koks Karbonizační plyn Dehet dehtová frakce: lehké, střední oleje, těžký olej, anthracenový a zbytek – smola, asfalt Koks vedlejší produkty – amoniaková voda

Produkty karbonizace plyn (koksárenský nebo svítiplyn) = směs H2 (60%), CH4 (25%) a CO (5%)=jedovatý oxid uhelnatý. Dříve plynné palivo. černouhelný dehet = kapalina k výrobě např. benzenu a naftalenu koks = obsahuje téměř čistý uhlík. Používá se při výrobě železa a jako palivo. K vedlejším produktům patří amoniaková voda, která se používá při výrobě dusíkatých hnojiv.

Zplyňování vhánění směsi vzduchu a vodní páry do generátoru naplněného uhlím (1000°C), plynná paliva Generátorový plyn = (směs H2, oxidů uhlíku a dusíku), k energetickým účelům. Vodní plyn = (H2, CO) na rozžhavený koks se zavádí vodní pára. Použití jako generátorový plyn.

Hydrogenace přeměna uhlí působením vodíku na směs uhlovodíků výsledný produkt = benzin 18

ÚKOL Naleziště uhlí v ČR Vyhledejte na internetu informace o nalezištích černého a hnědého uhlí na území České republiky vyhledej naleziště a poznamenej si města, kde se nacházejí srovnej způsob těžby hnědého a černého uhlí a připrav si krátký referát

Ložiska černého uhlí 19

Ložiska hnědého uhlí 20

Dřevo Zpracování karbonizací na: dřevný plyn (15%) surový dřevný ocet (50%)  výroba methanolu a kyseliny octové dřevné uhlí (25%) výroba aktivního uhlí dřevný dehet  lehké, střední oleje a smola

Použité informační zdroje [1] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://www.google.cz/imgres?q=d%C5%99evo,+stromy&start=142&hl=cs&rls=com.microsoft:cs&biw=1680&bih=937&tbm=isch&tbnid=fjJESTFJm9iR6M:&imgrefurl=http://www.profimedia.cz/fotografie/lesni-stromy-listnate-drevo-listi-podzimni-listi/0013732916/&docid=9pFcyw5TrsQLzM&imgurl=http://www.profimedia.cz/fotografie/lesni-stromy-listnate-drevo-listi-podzimni-listi/profimedia-0013732916.jpg&w=640&h=426&ei=I9nYT_q8Dsmg0QWdueSyBA&zoom=1&iact=hc&vpx=1362&vpy=641&dur=811&hovh=183&hovw=275&tx=156&ty=117&sig=117884401964845597200&page=4&tbnh=137&tbnw=183&ndsp=48&ved=1t:429,r:31,s:142,i:254 [2] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://www.transformacni-technologie.cz/fosilni-paliva-jejich-vyuziti-v-energetice-a-ekologicke-dopady.html [3 [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://www.hrcp.in/pet.htm [4] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://www.google.cz/search?q=zpracov%C3%A1n%C3%AD+uhl%C3%AD&hl=cs&rls=com.microsoft:cs&prmd=imvns&source=lnms&tbm=isch&ei=KsbYT-XyMYOC4gThvPyNAw&sa=X&oi=mode_link&ct=mode&cd=2&ved=0CEwQ_AUoAQ&biw=1680&bih=937#hl=cs&rls=com.microsoft:cs&tbm=isch&sa=1&q=zemn%C3%AD+plyn&oq=zemn%C3%AD+plyn&aq=f&aqi=g2g-S8&aql=&gs_l=img.3..0l2j0i24l8.40635.46646.0.52431.10.9.0.1.1.0.70.550.9.9.0...0.0.Kw73NQGdVMM&bav=on.2,or.r_gc.r_pw.r_qf.,cf.osb&fp=2052a7024fd4e89&biw=1680&bih=937 [5] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://www.google.cz/search?q=zpracov%C3%A1n%C3%AD+uhl%C3%AD&hl=cs&rls=com.microsoft:cs&prmd=imvns&source=lnms&tbm=isch&ei=KsbYT-XyMYOC4gThvPyNAw&sa=X&oi=mode_link&ct=mode&cd=2&ved=0CEwQ_AUoAQ&biw=1680&bih=937#hl=cs&rls=com.microsoft:cs&tbm=isch&sa=1&q=zemn%C3%AD+plyn&oq=zemn%C3%AD+plyn&aq=f&aqi=g2g-S8&aql=&gs_l=img.3..0l2j0i24l8.40635.46646.0.52431.10.9.0.1.1.0.70.550.9.9.0...0.0.Kw73NQGdVMM&bav=on.2,or.r_gc.r_pw.r_qf.,cf.osb&fp=2052a7024fd4e89&biw=1680&bih=937 46

Použité informační zdroje [6] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://www.google.cz/imgres?q=ropa&hl=cs&rls=com.microsoft:cs&biw=1680&bih=937&tbm=isch&tbnid=4c8vTudb5RDNyM:&imgrefurl=http://geologie.vsb.cz/loziska/loziska/loziska_cr.html&docid=g3qntFBgoz_WkM&imgurl=http://geologie.vsb.cz/loziska/loziska/obr_loziska_cr/ropa.jpg&w=630&h=379&ei=VcjYT4qoK6ms0QWahpGcBA&zoom=1&iact=hc&vpx=513&vpy=541&dur=1696&hovh=174&hovw=290&tx=146&ty=124&sig=117884401964845597200&page=2&tbnh=111&tbnw=184&start=37&ndsp=44&ved=1t:429,r:9,s:37,i:216 [7] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://www.giftex.cz/aroma-ropa.html [8] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://spiritex.sk/clanky/d-i-mendelejev/ [9] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://www.google.cz/imgres?q=p%C5%99%C3%ADroda+vznik+ropy&hl=cs&rls=com.microsoft:cs&biw=1680&bih=937&tbm=isch&tbnid=RaZ7L2sQ_RapjM:&imgrefurl=http://is.muni.cz/do/ped/kat/fyzika/autem/pages/tezba-ropy.html&docid=2CiZ8EWdMos3zM&imgurl=http://is.muni.cz/do/ped/kat/fyzika/autem/pics/ropa-04.jpg&w=630&h=375&ei=a9XYT6f6Ocm90QWsy5T7Aw&zoom=1&iact=hc&vpx=165&vpy=160&dur=5502&hovh=173&hovw=291&tx=163&ty=88&sig=117884401964845597200&page=1&tbnh=110&tbnw=185&start=0&ndsp=44&ved=1t:429,r:0,s:0,i:69 [10] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Athabasca_Oil_Sands_map.png [11] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://www.tyden.cz/rubriky/zahranici/amerika/brazilci-nasli-obri-ropne-pole-v-atlantiku_54232.html [12] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://www.gamepark.cz/ropa_palivo_budoucnosti_159921.htm 47

Použité informační zdroje [13] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://fotovoltaika.falconis.cz/slunce/fosilni-suroviny.php [14] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://www.svetprumyslu.cz/litvinovska-rafinerie-obnovila-provoz-krakovaci-jednotky-aas1025 [15] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://www.nazeleno.cz/uhli-2010-prehled-cen-jak-ho-vybrat.aspx [16] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://www.google.cz/imgres?q=plyn%C3%A1rna&hl=cs&sa=X&rls=com.microsoft:cs&biw=1680&bih=937&tbm=isch&prmd=imvns&tbnid=5RU6lvAP0ir8pM:&imgrefurl=http://aktualne.centrum.cz/ekonomika/domaci-ekonomika/fotogalerie/foto/67013/%3Fcid%3D441777&docid=_13n31uzS9gJ6M&imgurl=http://img.aktualne.centrum.cz/343/58/3435856-plynarna-a-elektrarna-vresova.jpg&w=700&h=475&ei=Y_DYT7_hAqmK0AXhhoH5Aw&zoom=1&iact=hc&vpx=178&vpy=392&dur=1941&hovh=185&hovw=273&tx=165&ty=138&sig=117884401964845597200&page=2&tbnh=145&tbnw=193&start=39&ndsp=47&ved=1t:429,r:0,s:39,i:196 [17] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://www.google.cz/imgres?q=koksovna&hl=cs&rls=com.microsoft:cs&biw=1680&bih=937&tbm=isch&tbnid=ZMwDQdxxNEaOuM:&imgrefurl=http://www.studiorenner.cz/index.php%3Fpage%3Dreference%26strana%3D7&docid=BGdzUmQwGrsIvM&imgurl=http://www.studiorenner.cz/pics/r-105.jpg&w=720&h=480&ei=3vDYT6a8NIrJ0QXZ99SpBA&zoom=1&iact=hc&vpx=173&vpy=619&dur=4264&hovh=183&hovw=275&tx=167&ty=115&sig=117884401964845597200&page=1&tbnh=139&tbnw=185&start=0&ndsp=36&ved=1t:429,r:29,s:0,i:162

Použité informační zdroje [18] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://www.google.cz/imgres?q=benz%C3%ADn&hl=cs&rls=com.microsoft:cs&biw=1680&bih=937&tbm=isch&tbnid=gOGvs8Jm5vIKxM:&imgrefurl=http://www.mediafax.cz/ekonomika/2979395-Ceny-pohonnych-hmot-skokove-vzrostly-benzin-je-mezirocne-drazsi-o-vice-nez-osm-korun&docid=AGNLAri5katjcM&imgurl=http://storage0.dms.mediafax.cz/media/1/1/1686/2979395/1/benzin-nafta-mala.jpg%253Fwidth%253D300%2526height%253D300&w=300&h=225&ei=PfbYT-z4J4P80QWpuYGYBA&zoom=1&iact=hc&vpx=555&vpy=152&dur=3454&hovh=180&hovw=240&tx=109&ty=112&sig=117884401964845597200&page=1&tbnh=130&tbnw=173&start=0&ndsp=40&ved=1t:429,r:2,s:0,i:75 [19] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://vedaprovsechny.blog.cz/0710/vycerpatene-zdroje-energie-2-cast [20] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://vedaprovsechny.blog.cz/0710/vycerpatene-zdroje-energie-2-cast Literatura BANÝR, J. a kol.Chemie pro střední školy. SPN – pedagogické nakladatelství,a.s.,1995. IBSN 8085937-11-5; OBR [I] MAREČEK, A., HONZA , J. Chemie pro čtyřletá gymnázia. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2005. ISBN 80-7182-141-1 VACÍK,J.a kol.Přehled středoškolské chemie. Praha: Státní pedagogické nakladatelství Praha, 1993. ISBN 80-04-26388-7

Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „Podpora chemického a fyzikálního vzdělávání na gymnáziu Komenského v Havířově“ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.