Transcript Zdroje uhlovodíků - podpora chemického a fyzikálního vzdělávání

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
2
nebo živočišných organismů
• za mimořádných
podmínek (omezeného
přístupu vzduchu,
vysokého tlaku a teploty)
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
• 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
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
MAZUT
Vakuový
plynový olej
Směs lehkých,
středních
a těžkých olejů
asfalt
ÚKOL
ÚKOL 1.
S využitím webové stránky
http://www.stream.cz/katastrofy/676990-2010ropna-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-listipodzimni-listi/0013732916/&docid=9pFcyw5TrsQLzM&imgurl=http://www.profimedia.cz/fotografie/lesni-stromylistnate-drevo-listi-podzimni-listi/profimedia0013732916.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-venergetice-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=KsbYTXyMYOC4gThvPyNAw&sa=X&oi=mode_link&ct=mode&cd=2&ved=0CEwQ_AUoAQ&biw=1680&bih=937#hl=cs&rls=c
om.microsoft:cs&tbm=isch&sa=1&q=zemn%C3%AD+plyn&oq=zemn%C3%AD+plyn&aq=f&aqi=g2gS8&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=KsbYTXyMYOC4gThvPyNAw&sa=X&oi=mode_link&ct=mode&cd=2&ved=0CEwQ_AUoAQ&biw=1680&bih=937#hl=cs&rls=c
om.microsoft:cs&tbm=isch&sa=1&q=zemn%C3%AD+plyn&oq=zemn%C3%AD+plyn&aq=f&aqi=g2gS8&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&tb
nid=4c8vTudb5RDNyM:&imgrefurl=http://geologie.vsb.cz/loziska/loziska/loziska_cr.html&docid=g3qnt
FBgoz_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=29
0&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&bi
w=1680&bih=937&tbm=isch&tbnid=RaZ7L2sQ_RapjM:&imgrefurl=http://is.muni.cz/do/ped/kat/fyzika
/autem/pages/tezbaropy.html&docid=2CiZ8EWdMos3zM&imgurl=http://is.muni.cz/do/ped/kat/fyzika/autem/pics/ropa04.jpg&w=630&h=375&ei=a9XYT6f6Ocm90QWsy5T7Aw&zoom=1&iact=hc&vpx=165&vpy=160&dur=5
502&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/brazilcinasli-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
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-obnovilaprovoz-krakovaci-jednotky-aas1025
[15] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www:
http://www.nazeleno.cz/uhli-2010-prehled-cen-jak-hovybrat.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/domaciekonomika/fotogalerie/foto/67013/%3Fcid%3D441777&docid=_13n31uzS9gJ6M&imgurl=http://img.aktualne.ce
ntrum.cz/343/58/3435856-plynarna-a-elektrarnavresova.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/r105.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&nds
p=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&t
bnid=gOGvs8Jm5vIKxM:&imgrefurl=http://www.mediafax.cz/ekonomika/2979395-Ceny-pohonnych-hmotskokove-vzrostly-benzin-je-mezirocne-drazsi-o-vice-nez-osmkorun&docid=AGNLAri5katjcM&imgurl=http://storage0.dms.mediafax.cz/media/1/1/1686/2979395/1/benzinnafta-mala.jpg%253Fwidth%253D300%2526height%253D300&w=300&h=225&ei=PfbYTz4J4P80QWpuYGYBA&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-zdrojeenergie-2-cast
[20] [online]. [cit. 2012-06-22]. Dostupné z www: http://vedaprovsechny.blog.cz/0710/vycerpatene-zdrojeenergie-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 80-7182141-1
VACÍK,J.a kol.Přehled středoškolské chemie. Praha: Státní pedagogické nakladatelství Praha, 1993. ISBN 80-0426388-7
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.