Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

CH25-Zdroje uhlovodíků – zemní plyn, uhlí, ropa

Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona PufferováGymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o.

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

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“

Soubor prezentací: CHEMIE PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA

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 suroviny• zemní plyn, ropa, uhlí

• za mimořádných podmínek (omezeného přístupu vzduchu, vysokého tlaku a teploty) z těl uhynulých rostlinných nebo živočišných organismů

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 škodlivinc) SO2 zanedbatelněd) 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)

• Plynový 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

• charakteristický zápach

• ve vodě je nerozpustná• má menší hustotu než voda (na vodě "plave"- toho

se využívá i při těžbě)

• hoří čadivým plamenem

7

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

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 migrovaly až na současná naleziště.

9

Ropná naleziště• Největší naleziště konvenční ropy:

NigérieMexikoVenezuelaoblast Kaspického jezeraOblast 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 (předehřátí, atmosférická

a vakuová kolona)• zpracování: frakční destilací

Ropná rafinerie

12

Zpracování ropy - postupFrakční 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 isooktanu/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, směs s petrolejem je palivo pro (vznětové) dieselové motory (cetanové číslo – poměr cetanu a 1-methylnaftalenu, odolnost proti „tvrdému chodu“ motoru)

• mazací oleje (nad 360°C) = mazací a topné oleje• 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

ČIŠTĚNÍČIŠTĚNÍ• ropné frakce se zbavují nežádoucích

složek, které zhoršují stálost produktů, mění barvu a způsobují zápach

KRAKOVÁNÍ• tepelný rozkladtepelný rozklad uhlovodíků s delším řetězcem na

uhlovodíky s řetězcem kratším

Př. krakováním se získává více než polovina benzínu

ODPARAFINOVÁNÍ OLEJŮ

• odstranění pevných uhlovodíků (parafin a ceresin) z příslušné frakce

• 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

MAZUT

Vakuový plynový olej

Směs lehkých, středních

a těžkých olejůasfalt

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.

ÚKOL

Uhlí

• hořlavá hornina vzniklá v průběhu desítek až milionů let složitými procesy z odumřelých rostlin (prvohory – třetihory)

• příměsi H, O, N, 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

Koksovny – výroba koksu

16

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

Naleziště uhlí v ČRVyhledejte 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

ÚKOL

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

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

[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

LiteraturaBANÝR, 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 80-7182-141-1VACÍK,J.a kol.Přehled středoškolské chemie. Praha: Státní pedagogické nakladatelství Praha, 1993. ISBN 80-04-26388-7

Použité informační zdroje

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.