Goriva, maziva i voda

1
Goriva, maziva i voda

• Predavanje 2

2
Tekuca goriva
3

• NAFTA
• sirova nafta i prirodni plin smjese su razlicitih
  ugljikovodika
• molekule se sastoje uglavnom od ugljika (C) i
  vodika (H), a katkad od spojeva s dušikom (N),
  kisikom (O) i sumporom (S)
• pri odredenim tlakovima i temperaturama pojedini
  spojevi prelaze iz plinovitog u tekuce agregatno
  stanje i obratno
• nafta se ne nalazi u nekakvim podzemnim bazenima
  vec su kapljice nafte zarobljene pod velikim
  pritiskom u porama izmedu stijena

Izvor http//www.our-energy.com/hr/nafta.html
4

• nastala je od naslaga organskih tvari
  bjelancevina, masti i ugljikohidrata procesom
  bitumeniziranja u mirnoj vodi s malim kolicinama
  kisika, uz odredenu temperaturu i tlak (deseci
  milijuna godina)
• prije 300 - 400 milijuna godina na tlu oceana
  poceli su se taložiti ostaci biljaka i životinja
• s vremenom ih je prekrivao sve veci sloj pijeska
  i mulja koji je stvarao ogroman pritisak i velike
  temperature

5

• Kemijski sastav nafte
• vrste nafte medusobno se razlikuju po kemijskom
  sastavu i fizickim svojstvima
• nafta i plin uglavnom se sastoje od tisuca
  ugljikovodika, te organskih spojeva koji u sebi
  sadrže kisik, sumpor i dušik
• ugljikovodikovi spojevi u nafti su parafinski
  (alkanih), naftenski (cikloparafinskih) i
  aromatski, razlikuju se po broju ugljikovih
  atoma, nacinu vezivanja i zasicenosti vodikom.
• Najcešce u nafti nalazimo
• Alkane ili parafinske ugljikovodike (lancane
  jednostruke veze atoma ugljika)
• Cikolalkane ili naftenske ugljikovodike
  (prstenaste jednostruke veze)
• Aromatske ugljikovodike (benzenski prstenovi)

6
1. Alkani (parafini) CnH2n2

• zasiceni lancasti ugljikovodici (jednostruke veze
  izmedu atoma ugljika u molekuli)
• N - normalni ili ravno lancani alkani
• I - izoalkani ili razgranati - imaju razlicito
  vrelište i bolji oktanski broj (manju sklonost
  detonaciji)
• pri sobnoj temperaturi i normalonom tlaku
• od 5 C atoma plinovi
• od 5-18 C atoma tekucine
• gt18 C atoma - krutine

7
2. Cikloalkani, cikloparafini ili nafteni

• imaju tri i više C atoma (5 ili 6 redovito)
  vezanih u prsten
• sve veze izmedu ugljikovih atoma su jednostruke
  (zasicene)
• ponašanje slicno alkanima (ne vežu dodatne H ili
  C) stabilni su jer nemaju dvostrukih veza
• u nafti se nalaze u laganim frakcijama
• mogu imati udjel od 25 do75

8
3. Aromatski ugljikovodici

• prstenasto spojeni nezasiceni ugljikovodici -
  imaju benzenov prsten u molekuli
• u nafti se nalaze s udjelom izmedu 10 i 20
  (posebno do 30 )
• oštrog mirisa
• AU s niskom tockom vrelišta odgovorni za
  toksicnost vecina vrsta nafte
• AU s višom tockom vrelišta karcinogeni i
  postojani

9

• prosjecna nafta sadrži oko 85 parafina i
  naftena, a ostalo su aromati i neki ugljicni
  spojevi s kisikom, dušikom i sumporom
• ispitivanjem razlicitih vrsta nafte ustanovljeno
  je cak više od 500 vrsta ugljikovodika

10
Primjer sastava nafte Ponca City (SAD)
11
Ostali ugljikovodici u nafti

• Alkeni (Olefini)
• ulancani atomi C jednostrukim i dvostrukim vezama
  
• nezasiceni vodikom (nestabilni) jer sadrže barem
  jednu dvostruku vezu
• nema ih u sirovoj nafti vec nastaju preradom
  nafte
• imaju visoku rekativnost
• Cikloalkeni
• prstenasti atomi C jednostrukim i dvostrukim
  vezama nezasiceni
• složenoj strukturi doprinose bocni zasiceni i
  nezasiceni lanci

12
Ostali spojevi u nafti

• 1. Sumporovi spojevi su jedni od najvažnijih
  heteroatomskih organskih spojeva koji se nalaze u
  nafti, a prisutno ih je više od 200 - najcešci su
  sumporovodik, merkaptani (tioli), sulfidi,
  disulfidi, i tiofeni, a izuzetno su korozivni
  (niskotemperaurna korozija)
• udio izmedu 0.1 i 2 (iznimno do 7 )
• 2. Dušikovi spojevi mogu biti bazicni
  (izdvajaju se pomocu sumporne kiseline) i
  neutralni
• prisutni su u nafti u udjelima koji variraju
  izmedu 0.02 i 1.5
• 3. Kisikovi spojevi se u nafti mogu nalaziti u
  razlicitim oblicima organskih spojeva koji su pri
  višim temperaturama vrlo korozivni, a posebno za
  Pb, Zn, Cu.
• udio uobicajeno manji do 2

13
(No Transcript)
14

• 4. Metali V, Ni, Fe, Mo, Cu, Na, Si, Al, Zn i
  metalni spojevi - imaju veliki znacaj pri preradi
  nafte u odnosu na njihov vrlo mali sadržaj
• pojavljuju u sirovoj nafti s udjelima izmedu 0.02
  i 0.03
• tragovi željeza, bakra te posebno nikla i
  vanadija u ulaznim sirovinama za kataliticko
  krekiranje utjecati ce na aktivnost katalizatora
  i uzrokovati povecane prinose plina i koksa te
  smanjeni prinos benzina
• dvije grupe metala nalaze se u znacajnijim
  koncentracijama u izvornim sirovim naftama
• 1. Cink, titanij, kalcij i magnezij nalaze se u
  obliku soli i organometalnih sapuna
• imaju površinsko aktivna svojstva,
• pri povišenoj temperaturi dolazi do hidrolize
  metalnih soli (razlaganja pomocu vode) pri cemu
  nastaju spojevi koji uzrokuju pojavu korozije.
• 2. Vanadij, bakar, nikal i dio željeza nalaze s u
  obliku spjeva topljivih u nafti

15
Utvrdene rezerve nafte na kraju 1999
16

• Proizvodnja nafte
• U proizvodnji nafte predvodi Saudijska Arabija s
  8680 (milijuna barela dnevno), zatim Rusija, SAD,
  Meksiko, pa Kina.

Svjetska dnevna proizvodnja nafte u 2001 i
prognoza 2010-2025
17
Godišnja proizvodnja nafte
18

• Potrošnja nafte
• U potrošnji nafte predvodi SAD s 19.7 (milijuna
  barela dnevno), zatim Japan, Kina, Njemacka, pa
  Rusija.

Svjetska dnevna potrošnja nafte (ukupno 75
milijardi bbl/d)
19
Rezerve nafte i prirodnog plina u Hrvatskoj
20
Alternativni izvori

• Bitumenozni pijesak (mrtvo naftno polje)
  smjesa pijeska, mineralnih tvari, vode i
  bitumena sadržaj ulja odnosno bitumena iznosi od
  samo nekoliko litara do 600 litara na tonu tvari

Uljni škriljevci (nerodena nafta) sedimentno
stijenje sa vecim ili manjim sadržajem organske
tvari (ulje ili kerogen) raspršene u obliku
mikroskopskih cestica
21
Hidrati metana (nalaze se u morskom dnu) sadrže
metan i druge plinove, takoder predstavljaju
potencijal
22

• Transport nafte i naftnih derivata
• brodovi za prijevoz nafte i naftnih derivata
  (tankeri) doživjeli su velik napredak u velicini
  i konstrukciji
• konstrukcijsko su obilježje tih brodova uzdužne i
  poprecne uspravne pregrade koje dijele sekcije za
  prijevoz tereta u više tankova
• zbog vece sigurnosti izvodi se
• ugradnja dvostrukog dna po cijeloj duljini broda
  (double bottom DB)
• ugradnja dvostruke oplate broda (double skin
  DS, double hull DH)
• ugradnja tankova za balast, koji su odvojeni od
  tankova tereta (segregated ballast tanks - SBT)
  ili tankova za cisti balast

23
Trgovina sirove nafte izmedu regija (milijuna
tona godišnje)
24
Cijena nafte (barrel (BBL) 159 l, a bazirana je
na staroj engleskoj mjeri za vino)
25
PRERADA NAFTE
26

• Postupci pred-obrade nafte
• Nafta se prije prerade obraduje da se ukloni
• voda
• soli
• mulj
• odsoljavanje nafte je proces izdavanja
  anorganskih soli otopljenih u nafti pri cemu se
  najveci dio soli izdvaja odvodnjavanjem, nakon
  cega zaostaje od 10 do 600 mg soli/kg sirovine
• kod moderne tehnologije u malim separatorima ulja
  odjeljuju lake frakcije benzina i tako izbjegava
  se hlapljenje tijekom transporta

27

• Postupci prerade nafte
• 1. Primarni postupci
• 2. Sekundarni postupci
• Primarni procesi prerade nafte kojima se pri
  preradi nafte ne mijenjaju ni velicina ni
  struktura prisutnih ugljikovodika, a tu spadaju
  procesi destilacije, apsorpcije, adsorpcije,
  desorpcije, ekstrakcije, kristalizacije, itd.
• Sekundarni procesi
• su konverzijski procesi, odnosno procesi u kojima
  dolazi do pretvorbe prisutnih ugljikovodika radi
  povecanja udjela pojedinih, ekonomicnijih
  proizvoda, te radi povecanja njihove kvalitete, i
  to promjenom kemijskog sastava.
• Glavna namjena konverzijskih procesa je pretvorba
  proizvoda višeg u proizvode nižeg vrelišta, a
  tipicni konverzijski procesi su krekiranje,
  alkilacija, izomerizacija, oligomerizacja i
  reformiranje.

28
(No Transcript)
29
Shematski prikaz rafinerijske prerade nafte
30

• Destilacija
• destilacija je prvi proces u rafinerijskoj
  preradi kojim se dobivaju temeljne frakcije
  (plinska frakcije, laki benzin, teški benzin,
  lako plinsko ulje, teško plinsko ulje, vakumski
  destilati, ostatak), koje se pretežito koriste
  kao sirovine u sekundarnoj preradi nafte
• proces se provodi u destilacijskim kolonama, a
  razlikuju se
• a) destilacija pri atmosferskom tlaku
• b) destilacija pri sniženom tlaku (vakuumska
  destilacija)
• atmosferskom destilacijom odvajaju se frakcije s
  vrelištem do 400C, jer porastom temperature
  dolazi do reakcija krekiranja, pa se daljnja
  frakcionacija provodi vakuumskom destilacijom
• rasponi vrelišta ovise o sastavu nafte i željenim
  svojstvima proizvoda

31
Frakcijska destilacija
32

• dobiveni rafinati iz atmosferske i vakuumske
  destilacije dodatno se obraduju u sekundarnim
  procesima prerade
• U sekundarnoj obradi rafinata izvodi se
• termicko krekiranje eng. thermal cracking,
• promjena viskoznosti eng. isbreaking,
• fluidkataliticko krekiranje eng. fluid
  catalytic cracking (FCC),
• hidroproces ili hidroobrada eng.
  hydroprocesising or hydrotreating,
• kataliticko hidrokrekiranje eng. catalytic
  hydrocracking,
• izomerizacija eng. isomerization,
• kataliticko reformiranje eng. catalytic
  reforming,
• alkilacija eng. alkylation
• koksiranje eng. coking

33
Produkti primarnih i sekundarnih procesa prerade
nafte
34
Rafinacija

• vrši se dodavanjem sumporne kiseline H2SO4 koja
  veže i usmoljuje (u talog) nezasicene spojeve,
  oksidira i razara S spojeve
• nakon ispuštanja taloga, proizvod u agitatoru se
  ispire vodom i lužinom, a zatim se nastale soli
  ponovo ispiru vodom
• Rafinacijom se iz proizvoda uklanjaju
• neželjene smolaste tvari, koje su uzrokom tamne,
  neugledne boje koje cine neprilike pri uporabi
• jako nezasiceni spojevi koji cine proizvode
  nestabilnim na zraku
• sumporni spojevi i druge korozivne tvari
  nagrizaju rezervoare i dijelove motora

35

• Hidroprocesom se uspješno otklanja sumpor, nitrat
  i kisik iz proizvoda kako bi se poboljšala
  kvaliteta i iskoristivost naftnih proizvoda -
  veci prinos benzina s visokim oktanskim brojem
• proces se izvodi miješanjem goriva sa vodikom pod
  tlakom prelazeci preko katalizatora.

36

• Pitanja za ponavljanje
• Što je nafta po kemijskom sastavu?
• Koji spojevi daju loša svojstva nafti, a koji
  dobra? (Loša sumporovi spojevi i areni, a dobra
  alkani i cikloalkani pogotovo njihove lake
  frakcije)
• Za što je odgovoran vanadij u gorivu?
• Koji postupci spadaju u pred-obradu nafte?
• Što su primarni, a što sekundarni postupci
  prerade nafte?
• Što je frakcijska destilacija?
• Što je vakumska destilacija i zbog cega se
  provodi?
• Što je to rafinacija nafte?