Ropa

Ropa

Ropa patří mezi tzv. fosilní paliva, kam dále zahrnujeme uhlí a zemní plyn. Původně se tato surovina označovala jako nafta (z perského slova „nafátá“ což znamená „vytékati“), ale protože u nás se jedna pohonná hmota nazývá „motorová nafta“, zkráceně se říká „nafta“, která se z ropy vyrábí, docházelo k záměně části za celek, byl pro surovinu zvolen název používaný v polštině a ve východním Slovensku.

V němčině se tato surovina označuje „Erdoel“, anglický název je „Petroleum“ nebo „Crude oil“. Poslední název se používá častěji v americké odborné literatuře.

Ropa je směsí plynných, kapalných a tuhých sloučenin, kde drtivou většinu tvoří uhlovodíky. Dále jsou zastoupeny kyslíkaté sloučeniny (tzv. naftenové kyseliny. odvozené od cyklopentanu a cyklohexanu), sirné sloučeniny
(merkaptany, sulfan, sulfidy, disulfidy - alifatické, cyklické, sulfonové kyseliny apod. Sloučeniny dusíku jsou zastoupeny např. pyridinem a jeho homology, dále tzv. porfyriny, což jsou složité molekuly , kde chelatovou
vazbou jsou vázány kovy jako je např. vanad. poslední skupinu tvoří tzv. vysokomolekulární sloučeniny, což jsou složité molekuly, obsahující nasycené kruhy, aromatické kruhy, sirné, dusíkaté a kyslíkaté atomy, společně s kovy, jako je vanad a nikl.

Uhlovodíky jsou plynné, kapalné i tuhé (parafín, ceresin), alifatické uhlovodíky s rovným nebo rozvětveným řetězcem, často připojené na nasycené nebo aromatické kruhy... Ropa neobsahuje nenasycené uhlovodíky.


O vzniku ropy existují dvě skupiny teorií:
a) anorganická teorie: uhlovodíky vznikaly reakcí vody s karbidy kovů, reakci oxidu uhelnatého s vodíkem (reakce Fischer-Tropschova), kosmické teorie, vycházející z poznatku, že atmosféra některých planet je tvořena vodíkem a uhlovodíkovými plyny

b) organické teorie: ropa vznikala rozkladem nahromaděného organického materiálu, převážně živočišného a na přeměnách se podílely mikroorganismy (aerobní, později anaerobní), tlak , teplota, radioaktivní záření, katalytický účinek některých hornin...Nejdříve vznikal tzv. kerogen (nerozpustný v organických, rozpouštědlech, dalším vývojem se z něj
vytvořil bitumen (rozpustný v organických rozpouštědlech).

Dnes se dává přednost organické teorii. Ropa se většinou nachází v tzv. naplaveninách a jen výjimečně ve vyvřelinách. Komplikace při identifikaci působí to, že ropa je kapalina, která působením horotvorných procesů migrovala, procházela propustnými horninami, některé skupiny látek se zde mohly zachytit jako při sloupcové chromatografii a tím se zkresluje
složení rop. Někteří autoři připouštějí obě teorie, což by umožňovalo vysvětlit rozdíly ve složení rop.


Hledání ropných ložisek
Ropa se nachází v hloubce několika desítek metrů (dříve) dnes jsou naleziště v hloubce několika kilometrů. U nás nejhlubší vrt na ropu u Hodonína je 6500 m, v USA pak 9700 m. Ropa se nachází nasáknutá v porézních horninách, nejedna se tedy o podmořská jezera či moře. Aby se mohl vytvořit ropné ložisko, musí se vytvořit past, kde pro ropu nepropustné horniny
obklopují propustnou horninu, Taková místa se nacházejí v tzv. antiklinále, v místě geologického zlomu, na úbočí solné kopule.

Pomocí snímkování z letadel, družic, měřením změn magnetického pole Země, pomocí seizmických metod (vyvolá se vlnění v určité hloubce např. pomocí výbuchu nálože) a měří se rychlost šíření těchto vln, z toho se dá usuzovat zda se jedná o naplaveniny nebo o vyvřeliny, dále, pokud vlna narazí např. na zlom, odráží se a nepokračuje dále atd. Pro výzkum ložisek
pod mořským dnem se používají speciální ponorky. Souborem různých měření se vytipuje možné ložisko ropy. Teprve vrtání odhalí, zda se jedná o ropné ložisko. I při použití nejmodernějších metod průzkumu je až 40 % vrtů jalových.


Vrtání na ropu
Dříve se používalo tzv. nárazové vrtání (dopadem těžkého dláta
se rozrušovala hornina, která se pak vybrala. Dnes se používá tzv. rotačního vrtání, kdy se používají speciální vrtáky, připojené k soustavě trubek, kterými se otáčí zařízením umístěným na povrchu. Trubky se s postupující hloubkou nastavují sešroubováním (do hloubky vrtu 5000 m je třeba
spojit 1000 trubek dlouhých 5 m).. Uvolněná hornina se vynáší na povrch pomoci spec. kapaliny. tzv. výplachu, jejíž hustota je taková, že v ní hornina uvolněná vrtáním plave a vynáší se na povrch. Kapalina dále chladí vrták a působí jako protierupční uzávěr sondy.

Vrtáky (vrtací hlava) se vyrábějí z velmi tvrdých ocelí nebo se
dokonce používají syntetické diamanty. Životnost vrtáku závisí na tvrdosti hornin a může být jen několik hodin. Výměna vrtáku znamená, že se postupně musí trubky vytáhnout, rozšroubovat, nasadí se nový vrták a zase se začne spouštět a postupně se spojují trubky. Neustále se sleduje složení, zda se neobjevují stopy ropy. Po odvrtání určité hloubky se berou stejným způsobem vzorky zvl. vrtákem, vzorek se po vytažení zasílá
do laboratoří na analýzu.

Dnes se používá i tzv. turbinové vrtání, kde na konci
soustavy trubek je umístěna turbina pohánějící vrták. K pohonu turbiny se používá výplach. Výhodou je, že soustava trubek je v klidu a není nebezpečí jejich poškození při rotaci. Soustava trubek dlouhá několik kilometrů se chová jako pružné těleso.

Aby se nezbortily stěny vrtu, musí se jeho stěny vyztužit pomocí ocelových trub, pažnic. Prostor mezi stěnou trouby a stěnou vrtu se zaplňuje cementovou kaší, což zpevní vrt a zabrání tomu, aby se do vrtu valila voda apod. Po navrtání ropy se vymění trubky, hornina se na spodní části vrtu
naruší výbuchem speciální nálože, nebo se naleptá kyselinou chlorovodíkovou (solná kyselina) jedná-li se o uhličitany nebo kyselinou flurovodíkovou v případě křemičitanů.

Dnes je možné provádět i horizontální vrty, kdy se vrt v určité
hloubce začne zakřivovat do oblouku. Toho se využívá především při vrtání na moři, kdy se z jedné plošiny udělá několik šikmých vrtů, takže se prozkoumá větší plocha.

Pro vytlačení ropy na povrch se využívá tlaku plynu, který ropu doprovází, při poklesu tlaku plynu se do ložiska vhání plyn kompresorem (tzv. gas-lift), někdy se využívá toho, že ropa je pod tlakem vody (hydraulická těžba). Pro viskózní ropy, špatně těžitelné se používá vyhřívání ložiska odpadní horkou párou, tím se sníží viskozita ropy, nebo se studuje možnost zapálení ložiska ropy, vzniklé teplo snižuje viskozitu ropy, těžké molekuly se štěpí (krakují) na lehčí sloučeniny, zkouší se i nasazení mikroorganismů, které spotřebovávají n-alkany, produkují CO2 tím se zvyšuje tlak v ložisku, dále vznikají organické kyseliny naleptávající horniny apod. Použití mikroorganismů je omezeno hloubkou, protože směrem do nitra se teplota zvyšuje cca o 1 °C na každých 30 m a mikroorganismy při zvýšených teplotách hynou.

Těmito postupy se vytěží průměrně 40 - 60 % ropy v daném ložisku. Další těžba podle dnešních hledisek by nebyla ekonomická. Lze předpokládat, že se k těmto ložiskům budeme vracet s modernější těžebnou technologií.

Moře pokrývá skoro 3/4 zemského povrchu. Ropa se těží většinou v tzv. šelfové oblasti, kde je hloubka vody do 400 m, ale byly provedeny vrty do hloubky vody 1 000 m a ještě do větších hloubek. Pro vrtání do hloubky vody cca 400 m se používají stabilní vrtné plošiny, stojící na 3 - 5 nohách, které mají různý tvar a materiál (ocel, železobeton). Hmotnost takové plošiny je pře 800 000 t. Často se mořské dno po nohami musí zpevňovat pomocí pilotů. Vrtná plošina má vrtnou věž, zařízení pro vrtání, sklady materiálů, pohonných hmot, dále vše pro ubytování obsluhy, její stravování, zábavu (sauna, tělocvična, kino), protože turnusy se střídají po 2 týdnech a plošina je od břehu vzdálena často i několik desítek kilometrů. Dále je zde plocha pro přistávání vrtulníků. Počet pracovníků se pohybuje mezi 100 až 170.

Vrtné plošiny jsou konstruovány pro rychlost větru až 150 km/h a výšku vln až 30 m.

Provrtání do větších hloubek mořské vody se používají plovoucí vrtné plošiny, umístěné na plovácích, které se odtáhnou na příslušné místo, kde se zakotví. Hmotnost takové plošiny je až 280 000 t.

Existují i vrtné plošiny pro oblasti moře, kde dochází k zamrzání, ty musí odolat tlaku ledu.

Doprava ropy
Vytěžená ropa se zbavuje mechanických nečistot, vody a rozpuštěných plynů. Na zpracování se dříve dopravovala v sudech (barel), dnes se používají ropovody, potrubí o průměru 50 - 70 cm, příp. větší průměr. Jejich délka je až několik tisíc metrů. U nás ropovod Družba (doprava ropy z Ruska), nový ropovod IKL (Ingolstadt-Kralupy-Litvínov), který nás napojuje na evropskou síť ropovodu. Přes území Jugoslávie, Maďarska jde ropovod Adria, poškozený za války v Bosně.

Značná část vytěžené ropy se dopravuje přes moře, pomocí tzv. tankerů, lodí upravených pro převoz ropy. Největší tankery přepravují až 550 000 t ropy.(délka 400 m, šířka 60 m, ponor 25 m). Doprava přispívá ke znečišťování oceánů - havárie, únik do vody apod.


Zpracování ropy
Před zpracováním se ropa zbavuje vody (ve formě emulze)a solí (odvodnění a odsolení ropy), kde se využívá ohřevu ropy, sníží se viskozita a urychlí se separace vody a v ní rozpuštěných solí, dále se přidávají deemulgátory rozrušující emulze a nejlepší oddělení se dosahuje pomocí elektrického pole, napětí je řádově kilovolty (kV)


Destilace ropy
Základní rozdělení ropy se provádí destilací, kdy se na základě různých bodů varu získají frakce pro další zpracování. Dříve se ropa destilovala v kotlích, dnes se destilace se provádí tak, že se surovina ohřeje v trubkové peci a nastřikuje se do destilační kolony, kde dochází k dělení podle bodu varu.


Trubková pec:
Ropa se přivádí do trubkového hadu, který je uložen na stěnách pece, vyložené žáruvzdornou vyzdívkou. V peci se spaluje plynné nebo kapalné palivo a teplo se do trubek dodává radiací (radiační trubková pec). Dále se využívá tepla horkých spalin. které proudí kolem trubek, jimiž prochází ropa a tím se ropa ohřívá. Nejčastěji se používá kombinace obou pecí.


Destilační kolona
Válcová nádoba, která má uvnitř různé přepážky (patra) nebo jevyplněna různými kroužky... Cílem je, aby v koloně byla neustále kapalina, protože destilace je ustavování rovnováhy kapalina pára. Aby tato podmínka byla splněna, vrací se část destilátu po ochlazení zpět do kolony (zpětný tok, reflux). Z boku kolony se z různých pater odebírají jednotlivé frakce, zbavují se těkavých složek pomocí vháněné páry, která společně s těmito složkami se vede do hlavní kolony

Destilace se provádí za atmosférického tlaku (atmosférická destilace) nebo se provádí za sníženého tlaku (vakuová destilace), což umožňuje snížení bodu varu vysokovroucích látek a tak se mohou předestilovat bez rozkladu.

Výjimečně se může provádět destilace za zvýšeného tlaku (tlaková destilace). kdy se zvýší bod varu nízkovroucí kapaliny (např. bod varu + 25°C), kterou nemůžeme chladit vodou o teplotě +22°C). Zvýšením tlaku se zvýší i bod varu na cca 70°C a je možné použít chlazení vodou..

Dalšími destilacemi jsou: redestilace, kde se široká frakce rozdestiluje na užší frakce, stabilizace, sloužící k vypuzování rozpuštěných plynů z kapalin, superfrakcionace, což je destilace, kde destilační kolona má 100 - 120 pater a slouží k rozdělení dvou látek s blízkým bodem varu. Pro oddělování aromátů od nearomátů se používá tzv. azeotropická destilace nebo extrakční destilace.