Spracovanie ropy

Ropa

– je zmes plynných, kvapalných a tuhých uhľovodíkov, v malom množstve obsahuje sírne, dusíkaté a kyslíkaté látky, soľ, piesok, vodu a hlinu. V minulosti sa z nej vyrábal petrolej, neskôr mastiace oleje a benzín. Ropa sa ťaží v Iráne, Kuvajte, Iraku, S. Arábii, USA, Mexiku atď. V minulosti sa ropa k nám dovážala v cisternách vlakmi, čo bola dosť drahá záležitosť, v súčasnosti sa dopravuje ropovodmi.

Vlastnosti ropy:

- ropa je tmavohnedá až čierna kvapalina s hustotou 800 – 1000 kg.m-3,
- vo vode je nerozpustná, rozpúšťa sa v sulfide uhličitom, benzéne alebo v chloroforme, jej teplota tuhnutia môže byť až 15 oC,
- ropa vznikla na základe organickej teórie, podľa ktorej sa vytvorila zo zvyškov vodných organizmov, ktoré podliehali hnilobným procesom a vytvorili sapropel – hnilobný kal.

Elementárne zloženie ropy:

C 80 – 88%
H 10 – 15% + parfíny, alkány, alkoholy, fenoly, živice
O2, S, N 0,1 – 6%

Ropa po vyťažení obsahuje mnoho nečistôt, preto sa pred technologickým spracovaním prečisťuje nasledovnými spôsobmi:

1.mechanické čistenie (oddeľovanie za tepla) – ropa sa zohrieva na 70 – 100 oC, premieša sa s horúcou vodou, do ktorej tieto nečistoty prejdú. Napokon sa vrstva ropy a vody oddelí usadením.
2.chemické čistenie – používa sa na lepšie oddelenie emulzie ropa - voda pomocou deemulgátorov (CaCl 2, síran sodný, alkohol, kyselina sírová),
3.elektrické čistenie – je najúčinnejšie (ide o odvodňovanie a odsoľovanie ropy v elektrických dehydrátoroch sa pôsobenia striedavého elektrického prúdu), spočíva v oddelení vody od ropnej časti pôsobením elektrického poľa, kedy presolená voda s nečistotami klesá ku dnu a následne sa vypúšťa.
4.iné metódy ako napr. odsoľovanie cez sklennú vatu alebo odstreďovanie.

Po prečistení sa ropa nechá stabilizovať (aby sa odstránili najľahšie plynové podiely) a následne sa DESTILUJE. V súčasnosti sa využíva trojvežová rúrková destilácia – pracuje v troch stupňoch (v 1. veži pri atmosférickom tlaku – atmosférická veža, v 2. veži pri zníženom tlaku – vákuová veža a v 3. veži sa odparuje – odparovacia veža). Všetky rúry (veže) sú pospájané do tzv. hada.

Ropa sa začne zahrievať pri teplote 270 oC a vstupuje do 1. atmosférickej veže, kde sa odparia ľahšie podiely, ktoré sa v tejto veži rozdestilujú na frakcie - benzín, petrolej a plynový olej – atmosférická destilácia. Vzniká nám tiež destilčný zvyšok – mazut, ktorý sa môže využívať priamo ako ťažký vykurovací olej. Asi ¼ mazutu sa však ďalej destiluje pri zníženom tlaku v 2. veži – vákuová destilácia, pričom sa znižuje teplota varu látok. Získame tak ďalšie destilačné frakcie – olejové destiláty (ľahké, stredné a ťažké oleje), ktoré sa využívajú na výrobu mazacích olejov.

Destilačné zvyšky z vákuovej destilácie mazutu majú charakter asfaltov. Sú to vysokomolekulové látky, koloidne disperzného charakteru, ktoré vznikajú z ropných živíc a po zahriatí sa dostávajú do plastického stavu, ochladením zase tuhnú. Využívajú sa pri asfaltovaní vozoviek, používajú sa ako vodotesné nátery materiálu, potrubí atď.

Treťou vežou následne odchádza vodná para a pary plynového oleja.

Jedným z produktov spracovania ropy je benzín, ktorý sa hodnotí na základe destilačnej krivky, hustoty a obsahu sírnych zlúčenín. Dôležitým ukazovateľom benzínu je oktánové číslo, ktoré vyjadruje schopnosť paliva pôsobiť na klepanie motora. Táto hodnota sa pohybuje v rozmedzí 70 – 100. Benzín sa využíva v zažíhacích spaľovacích motoroch.

Vo vznetových spaľovacích motoroch sa využíva ďalší produkt spracovania ropy – nafta. Jej frakcie sa pohybujú s teplotou varu okolo 170 – 370 oC. Prúdové motory (lietadlá) využívajú frakcie ropy s teplotou 100 – 280 oC, frakcia musí byť viskózna s teplotou tuhnutia pri –60 oC.

Rafinácia ropných produktov

Jej úlohou je odstrániť z ropných produktov nežiadúce nečistoty, ktoré zhoršujú ich kvalitu (vzhľad, farba, zápach), alebo ňou môžeme zlepšiť ich vlastnosti.

Poznáme niekoľko druhov rafinácií:

1.rafinácia H2SO4 - ropný produkt napustíme do nádrže, kam pridáme kyselinu, obsah premiešame a necháme stáť. Na dne nádrže (agitátora) sa usadia vylúčené látky (kyslý gudron), ktoré sa vypustia otvorom na dne nádoby.

2.rafinácia adsorbentmi – uskutočňuje sa v plynnom alebo kvapalnom skupenstve bieliacou hlinkou, ktorá zachytáva na svojom povrchu živičné a asfaltové látky z oleja.

3.rafinácia selektívnymi rozpúšťadlami – k ropnej frakcii sa pridáva rozpúšťadlo (fenol, furán), čím vzniknú dve kvapalné vrstvy - vyčistený produkt a nečistoty rozpustené v rozpúšťadle.

4.hydrorafinácia - spočíva v katalytickom rozklade sírnych zlúčenín (nachádzajú sa v benzíne i petroleji) na sulfán a následnej hydrogenácií na uhľovodíky za prítomnosti katalyzátora (napr. kobalt, molybdén).

Medzi dôležité produkty rafinácie olejových destilátov patria mazacie oleje, ktoré zmenšujú trenie medzi dotýkajúcimi sa telesami a odvádzajú z trecích plôch teplo. Sú zložené zo zmesí alkylovaných cykloalkánov až polycykloalkánov a polyaromátov. Mazivá nesmú obsahovať nestabilné alebo korozívne látky. Na zlepšenie ich vlastností sa do nich pridávajú rôzne prísady – aditíva (grafit, MnO3).

Chemické spracovanie ropy – KRAKOVANIE

Podstatou krakovania je štiepenie dlhých uhľovodíkových reťazcov na kratšie. (C14 H30 ––> C7 H10 + C7 H14 + ...).

Typy krakovania:

tepelné krakovanie – uskutočňuje sa zahrievaním uhľovodíkov vo frakciách, krakuje sa mazut, plynový olej a petrolej,
katalytické krakovanie – najbežnejší spôsob, pri teplote 500 0C a tlaku do 150 kPa, vyznačuje sa zvýšenou reakčnou rýchlosťou,
hydrogenačné krakovanie – prebieha pri zvýšenom tlaku a v prítomnosti vodíka, podstatou je katalytické štiepenie vyšších podielov na nižšie s vyššími výťažkami,
katalytické reformovanie benzínov – týmto spôsobom vznikajú vysokooktánové benzíny.

Spracovanie zemného plynu

Hlavnou zložkou zemného plynu je metán (75 – 98%), ďalej obsahuje etán, propán, bután, oxid uhličitý, N2 , H2 S a niekedy aj hélium. Ak je metán v zemnom plyne obsiahnutý nad 75%, takýto zemný plyn nazývame suchý (chudobný) zemný plyn. Ak obsahuje väčšie množstvo uhľovodíkov, nazýva sa mokrý (bohatý) zemný plyn.

Zemný plyn tiež obsahuje nežiadúce nečistoty, ktoré sa do neho dostali pri ťažení, preto ich treba odstrániť – stlačením, ochladením, absorpcoiu alebo adsorpciou na aktívnom uhlí.

Suchý zemný plyn sa využíva namiesto svietiplynu, ako pohonné látky sa využívajú propán a bután, ktoré sa získavajú pri čistení zemného plynu. Uskladňujú sa do oceľových fliaš označených červenou farbou.

Vplyv spracovania ropy a zemného plynu na životné prostredie

Petrochémia patrí medzi najväčších znečisťovateľov životného prostredia. Znečisťuje nielen atmosféru, ale aj hydrosféru. Do odpadových vôd sa tak dostávajú fenoly, ktoré počas chlórovania vody spôsobujú silný zápach vody. Najväčšie nebezpečenstvo pre hydrosféru predstavuje únik ropy na veľkých vodných plochách (moria) rôznymi haváriami ropných tankerov. Ropa tým zničí všetko živé v mieste havárie a taktiež naruší planktón. Spolu s ropu sa do vody dostávajú aj fenoly, detergenty a iné škodliviny.

Ďalším znečisťovateľom sú ja petrolejové frakcie a plynové oleje, ktoré majú nízku viskozitu a ľahko presakujú pôdou, čí sa dostávajú do podzemných vôd a znehodnocujú nielen ju, ale aj samotnú pôdu.