Zpracování ropy

Vytěžená ropa obsahuje nečistoty, jako je voda, písek a plyny. Ty se musí před samotným transportem tankerem či ropovodem odstranit. Ropa pak putuje do rafinérií, kde se odsoluje a dále zpracovává.

Frakční destilace

Základním způsobem, jak můžeme ropu zpracovat, je tzv. frakční destilace, tedy oddělení jednotlivých složek podle teploty varu. Dříve byla používána kotlová destilace (obdoba destilace z baňky), dnes se destiluje v trubkových pecích. Tady ropa teče soustavou trubek, které jsou ohřívány buď přímo plamenem, nebo prouděním horkých spalin. Pak dochází k nástřiku do atmosférické destilační kolony.

Destilační kolony jsou válcovitá plechová tělesa rozdělena přepážkami na několik pater. Aby mohla destilace probíhat, musí být v koloně přítomna jak plynná tak kapalná fáze. Kapalná fáze je přiváděna na vrch kolony a stéká po patrech dolů. Plynná se tvoří ihned po nástřiku z trubkové pece a probublává jednotlivými patry. Při tomto probublávání těžší látky z par kondenzují a kondenzačním teplem se naopak uvolňují těkavější látky z kapaliny na patře a postupují s parami na další patro. Takto se ropa rozdělí na uhlovodíkové plyny, lehký a těžký benzin, petrolej, plynový olej a destilační zbytek - mazut. Tyto frakce se dále zpracovávají a upravují.

Mazut se dále rozdestiluje ve vakuových kolonách. Princip je stejný jako u atmosférických kolon, ale snížením tlaku v koloně se sníží i bod varu látek a tak lze předestilovat i látky s vysokým bodem varu, aniž by docházelo k jejich termickému rozkladu. Zde získáváme vakuový plynový olej, olejový destilát I,II a III a destilační zbytek - asfalt.

Zpracování frakcí atmosférické destilace

Všechny frakce se musí před dalším zpracováním odsířit. Většinou se tak děje hydrogenačním odsířením -> síra se uvolňuje jalo sulfan.

Plyny

Zde převažují uhlovodíky propan a butany (n a izo), ostatní v menší míře.Tyto plyny se zbavují sulfanu H2S a lze je předestilovat za tlaku. Hlavní produktem je LPG (Liquified Petroleum Gas) u nás známé jako propan-butan. Použití: v domácnostech, pohon zážehových spalovacích motorů. Z H2S lze vyrábět síru.

Benziny

Ty dělíme na technické, automobilové a letecké. Technické benziny získáváme redestilací základní benzinové frakce.
Automobilové benziny představují největší podíl výroby benzinů. Zde nemůžeme samotnou frakci použít, ale musíme ji upravit několika postupy tak, aby obsahovalaco nejvíce rozvětvených uhlovodíků (izoalkany) a aromátů (především toluen, xyleny, ethylbenzen), ježto tyto látky jsou vysoce odolné vůči tzv. klepání. (viz. oktanové číslo). Proto se benziny vyrábějí míšením frakcí z izomerie uhlovodíků (izoalkany) a aromatizace uhlovodíků. Celý tento proces probíhá za přítomnosti katalyzátorů a nazývá se reformace. Zpravidla se používá směs 4 - 6 frakcí. Dále se do směsi přidávají kyslíkaté sloučeniny jako methanol, ethanol nebo ethery, což jsou látky, které mají vysoké oktanové číslo a do určité koncentrace zlepšují složení výfukových plynů.
Letecké benziny se připravují obdobným způsobem, jako automobilové.

Petroleje

Po odsíření se mohou dále zbavovat aromátů a takto připravené petroleje se používají pro svícení( aromáty při hoření tvoří saze). Dále se petrolej používá pro výrobu motorové nafty, což je v podstatě směs plynového oleje a petroleje, či pro výrobu leteckého petroleje.

Plynový olej

Plynový olej se po odsíření používá k výrobě nafty, či se dále zpracovává na topné oleje různých druhů. (TOEL, LTO, TTO)

Zpracování frakcí z vakuové destilace

Tyto látky lze zpracovat na pohonné hmoty nebo na mazací prostředky, případně lze vyrobit topný olej.

Zpracování na pohonné hmoty

Frakce vakuové destilace obsahují hlavně uhlovodíky s dlouhým řetězcem, proto je potřeba je rozštěpit na kratší molekuly. Tomuto postupu se říká krakování (viz. krakování) a existují tři druhy - termické, katalytické a hydrogenační. Při termické a katalytickém krakování se tvoří nenasycené uhlovodíkové plyny tudíž se mohou zpracovávat polymerací do nižšího stupně na benzinovou frakci. Tomuto postupu říkáme oligomerace. Protože benzinová frakce má nenasycený charakter, je třeba ji stabilizovat hydrogenací dvojné vazby, nebo tzv. alkylací, kdy se působí alkeny na aromáty nebo na izoalkany a vznikají nasycené uhlovodíky.

Zpracování na mazací prostředky

Vakuové destiláty obsahují alkany, izoalkany, aromáty a heterosloučeniny obsahující atomy N,S a O. Alkany mají dobrou mazací schopnost a velký viskózní index, což v praxi znamená, že tyto látky jsou schopny stejně dobře mazat v různých teplotách. Tato shopnost je však snižována přítomností nežádoucích látek, proto je nutné se těchto látek zbavit. To se provádí rafinací a odparafinováním olejů.

Rafinace

Pro odstranění nežádoucích složek se používá extrakce selektivními rozpouštědly (fenol,furfural), častěji však hydrogenace, při niž se za přítomnosti katalyzátorů odštěpují heteroatomy (S, N, O). Pro dočištění se používají metody založené na adsorbci menších množství nežádoucích látek na povrch adsorbentů (hlinitokřemičitany, bauxit).

Odparafinování

Tímto procesem se odstraňují alkany s dlouhými řetězci, které by při nižších teplotách začali tuhnout, což by způsobilo nepoužitelnost mazadla.. Průmyslově se odparafinování provádí krystalizací těchto alkanů při ochlazení. Avšak ochlazování lze použít jen pro lehké málo viskózní olejové destiláty. U těžších frakcí s už tak vysokou viskozitou by se ochlazováním viskozita dále zvyšovala a to by mělo negativní vliv na průběh dalšího zpracování. Proto se do těchto olejů přidávají rozpouštědla, která viskozitu snižují (benzinová frakce, kapalný propan, toluen - tzv. solveny), či látky, které snižují rozpustnost dlouhých parafinů (tzv. antisolventy = aceton, ketony)
Samotný proces odparafinování začíná nejprve zahřátím na 60 - 70°C, čímž se zničí nežádoucí zárodečná centra mikrokrystalů a zbydou žádoucí zárodečná centra makrokrystalů. Pak se ochlazujeme tak aby vznikaly makrokrystaly, které následně odfiltrujeme, čímž získáme parafín, tzv. gač, který zbavujeme zadržených olejů tzv. pocením či rekrystalizací z vhodného rozpouštědla

Odasfaltování

Těžké oleje mohou obsahovat asfaltickélátky, který by mohly při spálení vést k poškození mazaného zařízení usazováním uhlíkatých sloučenin. Proto je třeba tyto látky odstranit přidáním kapalného propanu, který oddělí uhlovodíkové složky od asfaltických a ty se vysráží a oddělí.
Pro zlepšení vlastností olejů je možné do nich přidat malé množství přísad (aditivů). Používají se antioxidanty (ochrana proti oxidaci), detergenty (zlepšují čistotu mazaných částí), zlepšovače viskozně-teplotního chování a mnohé další.

Plastická maziva

Oleje minerální (ropné), syntetické nebo rostlinné oleje se přídavkem vhodných
zpevňovadel převedou na máslovitou konzistenci, kde obsah oleje je 80 - 90 %. Jako
zpevňovadla se nejčastěji používají tzv. mýdla, což jsou soli mastných kyselin kationy : Li,
Na, K, Ca, Pb, Al apod. a tyto kationy mají dominantní vliv a podle nich se často plastická
maziva označují jako litná, sodná, vápenatá apod. Může se používat směs kyselin nebo i směs
kationů. Plastická maziva se dříve označovala jako mazací tuky, protože kyseliny se
získávaly působením louhu na tuky (estery mastných kyselin s glycerolem, tzv. zmýdelnění).
Vlastnosti plastických maziv se upravují dále přídavkem některých aditivů. Nesprávné
označení těchto látek je vazelíny, protože vazelíny jsou vlastně měkké parafiny s malým
množstvím pryskyřic.

Petrochemické zpracování ropy

Název Petrochemie vznikl spojením slov Petroleum Chemistry, které označuje využití
ropy pro výrobu chemických sloučenin. Alkoholy, ethery, estery, kyseliny, sloučeniny
obsahující Cl, Br, S, N apod. se dnes vyrábějí na základě ropných frakcí.
Petrochemické zpracování ropy vyžaduje rozdělení na užší frakce a přípravu nebo
separování reaktivních uhlovodíků z ropy. Nasycené uhlovodíky jsou málo reaktivní ,
mnohem reaktivnější jsou uhlovodíky obsahující jednu nebo více dvojných vazeb (alkeny,
dieny, alkiny apod.) nebo aromatické uhlovodíky (Benzen, Toluen, Xyleny(o, m, p), často se
pro ně používá označení BTX). Z ropných surovin se může připravit syntézní plyn, z něj se
může vyrobit vodík a celá řada chemických sloučenin.

Alkeny

Nejdůležitějšími alkeny jsou ethylen a propylen, které se vyrábějí buď dehydrogenací
příslušných nasycených uhlovodíků, ale mnohem častěji pyrolýzou což je termický rozklad
vyšších uhlovodíkových frakcí při teplotách 800 - 900 °C. Reakční směs se musí prudce
ochladit, aby se zastavil rozklad nebo nežádoucí vzájemné reakce. Vedle uhlovodíků C2 a C3
vzniká i frakce C4 obsahující butadien a vyšší uhlovodíky. Vznikají i kapalné produkty, označované jako pyrolýzní benzin nebo těžší frakce se označují jako pyrolýzní olej.
Kapalné podíly obsahují nenasycené uhlovodíky a aromatické uhlovodíky.
Přítomnost dvojné vazby pak umožňuje polymeraci, alkylaci, např. adicí vody na
ethylen se připraví syntetický ethanol apod.

Aromatické uhlovodíky

Zdrojem aromátů BTX jsou jednak benziny z reformování (aromatizace benzinů),
pyrolyzní benzin a v menším množství jsou aromáty obsaženy i v primárním benzinu
z destilace ropy. Aromáty se separují od ostatních uhlovodíků pomocí extrakce (kapalný SO2,
diethylenglykol apod.) , extrakční destilací (fenol, furfural, N-methylpyrrolidon) nebo
azeotropickou destilací s methanolem nebo acetonem. Protože bod varu benzenu je 80 °C,
toluenu 110 °C a směsi xylenů asi 140 °C je možné dále rozdělit tuto směs destilací na čisté
složky.
Alkylací benzenu ethylenem se získá ethylbenzen a následující dehydrogenací se
připraví styren, alkylací benzenu propylenem se vyrobí tzv. kumen (isopropylbenzen),
oxidací z něj vznikne kumenhydroperoxid a ten se rozloží na fenol a aceton. Převážná část
fenolu se vyrábí touto cestou. Aromatické uhlovodíky je možné chlorovat, nitrovat,
sulfonovat apod.

Použitá literatura

BLAŽEK, J., RÁBL, V. Základy zpracování a využití ropy [online]. Praha, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze 2006. Dostupné z: http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_isbn-80-7080-619-2/pages-img/001.html

JIŘÍČEK, I., RÁBL, V. Ropa [online], Praha, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze 2005. Dostupné z: www.vscht.cz/ktt/zdrene/1.3_Ropa.pdf

6.a, mendelovo gymnázium, (c) 2007