zemní plyn a technické plyny
TRANSCRIPT
Technické plyny• kapalný vzduch • kyslík • dusík • vzácné plyny •
acetylén • vodík
Zemní plyn (natural gas) • pírodní, holavý plyn rzného sloení dle místa pvodu, lehí ne vzduch ≈ 0,7
kg/m3
• sloení: • uhlovodíky – holavé, majoritní sloky:
• metan - 70 – 90 % • etan, propan, butan – 0 – 20 % • vyšší uhlovodíky – 0 – 5 %
• inertní plyny: • oxid uhliitý – 0 – 30 % • sulfan – 0 – 30 % • dusík – 0 – 15 % • helium – 0 – 5 %
• ve smsi se vzduchem výbušný – 4 – 15 obj. % • pod spodní mezí výbušnosti je reakce se vzduchem utlumena absorpcí
volných radikál • nad horní mezí výbušnosti není dost kyslíku pro šíení exploze, plyn hoí
• vysoká výhevnost – 34 MJ/kg (po odstranní inert, jinak 16 – 34 MJ/kg) • nejniší produkce CO2 na jednotku uvolnného tepla – 18 MJ/kg CO2
• o 30 % více v porovnání s benzinem
Zemní plyn (natural gas)
Zdroj: en.wikipedia.org https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_countries_by_natural_gas_production#/media/File:Countries_by_Natural_Gas_Proven_Reserves_(2014).svg
• USA + Kanada 950 bil. m3
• zem bývalého Sovtského svazu 920 bil. m3
• stední východ 630 bil. m3
Loiska • nalezišt spolená s nalezišti ropy – kapsy zemního plynu se formují nad
loiskem ropy • v nkterých loiscích je tba plynu neádoucí kvli komplikacím s
transportem • v minulosti pálen pímo v míst teby • v souasné dob injektován zpt do loiska a uchováván
• spolen s nalezišti uhlí • methan pirozen doprovází uhelné sloje – výbuchy v dolech
• izolovaná nalezišt uvnit nepropustných hornin • bidlicový plyn – zemní plyn uzavený uvnit porézních hornin
• významné zásoby bidlicového plynu objeveny mezi 2000 – 2010 v USA • oekávají se znané dostupné zásoby také v ín, Argentin a Alírsku
Zemní plyn (natural gas)
Zemní plyn (natural gas)
Pouití • palivo v energetice – 38 % - ekologitjší ne jiná fosilní paliva • palivo a surovina v prmyslu – 30 %
• teplo, pára • zdroj uhlovodík – metan • výroba vodíku
• domácnosti a komerní sféra – 29 % • teplo
Tba • tební vrty ve vhodných
lokalitách • plyn je erpán svým vlastním
tlakem • loiska jsou rozšiována horizontálním
vráním • okolí vrtu je narušováno také vysokotlakou
vodou s pídavkem íravin – ekologické riziko
Chart1
Zemní plyn (natural gas)
Zpracování • vytený plyn je teba transportovat na místo spoteby • u pro úely transportu je teba plyn upravit tak, aby sploval poadavky
odbratel a nezpsoboval korozi • odstraují se:
• volná voda • kyselé plyny – systém absorpce CO2 a H2S do methanolu (Rectisol), i
vodných roztok amin (MDEA, DEA, TEA) • vodní pára – absorpcí do etylenglykolu • vyšší uhlovodíky –ásteným zkapalnním plynu
• plyn je stlaen a následn expanuje do nišího tlaku • ást plynu zkondenzuje • kondenzát obsahuje pedevším vyšší uhlovodíky, ty se následn dlí
destilací – produkce pedevším propan-butanu • zbylý plyn je dopravován do plynovod, i stlaován – CNG
(compressed natural gas) a zkapalován – LNG (liquified natural gas) a dopravován tankery
Zemní plyn (natural gas)
LPG (liquified petroleum gas)
• sms propanu a butanu v rzném pomru • v R obvykle pomr (40:60 – 60:40) • pomr se upravuje pro roní období – v lét více butanu, v zim více
propanu • nap. v Austrálii spíše propan
• tší ne vzduch – 1,9 – 2,5 kg/m3
• v R 2,1 • holavý, ve smsi se vzduchem výbušný (2 – 10 %) • rel. vysoká teplota varu (-10 – -5 °C), v tlakových lahvích se skladuje kapalný • pi 20 °C tlak v lahvi cca 400 kPa
• butan má niší tlak, v lét je proto LPG bohatší na butan • výhevnost 46 MJ/kg
Výroba • destilací zemního plynu, i ropy • pi destilaci jsou frakce kapalné a pímo se stáí do tlakových zásobník
Kapalný vzduch
sloení vzduchu Vzduch •sms plyn tvoících plynný obal Zem •tlak a sloení jsou tém nezávislé na zempisné délce a šíce, tlak klesá s nadmoskou výškou
• 0 m n.m. 101 kPa • 2,5 km n.m. 75 kPa • 5 km n.m. 55 kPa – hranice dýchatelnosti • 8 km n.n. 36 kPa • 100 km n.m. – 0,3 Pa
Kapalný vzduch •vyrábí se zkapalováním atmosférického vzduchu
• pro zkapalnní je vyuívána kombinace postupného stlaování a ochlazování
•ped zkapalnním je teba odstranit prach, vodu a CO2 • pi výrobních teplotách a tlacích by voda a CO2
existovaly ve form krystal a mechanicky by narušovaly výrobu
Kapalný vzduch
Zkapalování a dlení vzduchu • zkapalování vzduchu je zaloeno na Joule-Thomsonov jevu
Joulv–Thomsonv jev je fyzikální dj, pi kterém se pi adiabatické expanzi do vakua pes pórovitou pepáku mní teplota plynu. Pro kadý plyn (a daný tlak)
existuje inverzní teplota; expanduje-li pes pepáku plyn s teplotou niší ne inverzní, dále se ochlazuje, naopak plyn s vyšší teplotou se zahívá.
https://cs.wikipedia.org/
• pi vhodném uspoádání teplot a tlak dojde pi expanzi ke zkapalnní ásti plynu
• zbylá ást je odvádna jako ochlazený plyn a vyuívána jako chladivo
Popis procesu • filtrace, odstranní prachu • prchod hydroxidem sodným k odstranní CO2 – absorpce • vysoušení sušidlem k odstranní vodní páry • stlaení (nárst teploty) + ochlazení vhodným chladicím médiem – voda,
pavkový chladicí systém, chladný stlaený vzduch • prudká expanze pes škrticí ventil, ochlazení u vtšiny plyn (Joule-
Thomsonv efekt)
1. kompresor – tlak 20 MPa – vícestupový, mezi stupni zaazeno chlazení
2. strojové chlazení – chlazení na -45 °C 3. výmník – chlazení plynnou frakcí po
expanzi 4. expanzní ventil – sníení tlaku na cca
150 kPa - zkapalní cca 10 % vzduchu 5. zásobník na kapalný vzduch 6 - pívod vzduchu 7 - chladící médium – nap. pavkové chlazení
tlak na výstupu z kompresoru: 20 MPa
• 75 % ochlazeného vzduchu pes detander • tlak cca 5 MPa • niší spoteba energie (cca 50 %)
Zkapalování a dlení vzduchu – Claudeho proces
1. kompresor – tlak 4 - 6 MPa – vícestupový, mezi stupni zaazeno chlazení, lze i výrazn niší tlak 0,6 MPa
2. chlazení vodou 3. výmníky – chlazení plynnou frakcí po
expanzi 4. expanzní turbína (detander) – sníení tlaku
výmnou za mechanickou práci, nedochází ke zkapalnní
5. expanzní ventil 6. dlení kapalné a plynné frakce
detander
Zkapalování vzduchu
Dlení vzduchu – výroba kyslíku vs. kyslíku a dusíku • dlení vzduchu je zaloené na destilaci zkapalnného vzduchu • destilace – dlení kapalných smsí na základ rozdílné tkavosti sloek /
rozdílného bodu varu • vzduch ≈ 79 % dusík, tV = -196 °C; 21 % kyslík, tV = -183 °C • dusík má niší bod varu, oddluje se jako destilát • kyslík zstává ve vaáku rektifikaní kolony
• pi destilaci vzduchu není dostupné chladivo pro kondenzaci par dusíku • pokud není poteba výroba dusíku, vypouští se odpadní dusík (s obsahem
kyslíku cca 6 %) zpt do atmosféry • kolona pracuje pi atmosférickém tlaku
• pi výrob obou kapalných plyn je poteba pouít dv destilaní kolony pracující za rzných tlak
• kondenzátor vysokotlaké kolony (550 kPa) slouí jako vaák kolony nízkotlaké (100 kPa)
• za 550 kPa jsou vyšší teploty varu: dusík -178 °C, kyslík -163 °C • mezi kondenzátorem (dusík, vysoký tlak, -178 °C) a vaákem (kyslík,
nízký tlak, -183 °C) je teplotní rozdíl 5 °C
Dlení vzduchu – výroba kyslíku
Rektifikaní kolona na dlení vzduchu
1 - tlaková kolona 2 - atmosférická kolona 3 – kondenzátor / vaák 4 – vaák – ohev chlazením stlaeného vzduchu 5 - expanzní ventil 6 - tlak vzduchu 5 MPa 7 - tlak vzduchu 0,55 MPa 8 - kapalný vzduch obohacený kyslíkem 9 - kapalný dusík s malým podílem kyslíku
• koncentrace O2 99 % • koncentrace N2 98,8 %
Dlení vzduchu – výroba kyslíku a dusíku
Kyslík
Výroba • 97 % - frakní destilace vzduchu • 3 % - elektrolýza vody Pouití: • 67 % - oxidaní procesy • 30 % - ezání a svaování kov • 3 % - medicinální kyslík ve zdravotnictví
• tetí nejrozšíenjší prvek ve vesmíru - 1,04 % • druhý nejrozšíenjší prvek na Zemi - 30 %
Dusík
Výroba • 95 % - frakní destilace vzduchu • 5 % - koksárenské plyny Pouití: • 60 % - pi výrob amoniaku • 15 % - metalurgie – ochrana materiál (nap. svaování) • 10 % - potravináský prmysl • 15 % - chladící médium (kapalná forma)
Dlení vzduchu membránami
• alternativní metoda k destilaci vzduchu • niší produkce, vyaduje vysoké investiní náklady a vysoký tlak • oproti destilaci umouje promnnou produkci, i odstávku výroby • dlení na základ rozdílné propustnosti porézní i neporézní membrány pro
kyslík a dusík • plyn, který projde pes membránu je bohatší na jednu ze sloek • pomr propustnosti membrány pro jednotlivé sloky je dán tzv.
selektivitou membrány • u neporézních membrán je selektivita dána rozdílnou rozpustností a
difuzivitou plyn v materiálu membrány • u porézních membrán je selektivita dána velikostí a uspoádáním pór
Dlení vzduchu adsorpcí/desorpcí • alternativní metoda k destilaci vzduchu • niší produkce, vyaduje vysoké investiní náklady a vysoký tlak • oproti destilaci umouje promnnou produkci, i odstávku výroby • dlení na základ rozdílné afinity (ochoty se vázat) plyn k povrchu • provádí se v adsorpních kolonách v cyklech, kdy se stídají tlakové a
nízkotlaké fáze • v tlakové fázi se na povrch adsorbentu naváe plyn s vyšší afinitou • v nízkotlaké fázi se navázaný plyn uvolní
Vzácné plyny (helium, neon, argon, krypton, xenon)
atmosférický vzduch – cca 1 % vzácných plyn
1 - tlaková kolona 2 - atmosférická kolona 3 – vaák 4 – kondenzátor 5 - expanzní ventil 6 - vzduch obohacený kyslíkem 7 - vzduch obohacený dusíkem 8 - kapalný kyslík 9 - kryptonová kolona
10 - argonová kolona
Vzácné plyny – destilace vzduchu
Cleveit (odrda Uraninitu)
Vzácné plyny – helium (He) • druhý nejrozšíenjší plyn ve vesmíru • nachází se v loiscích zemního plynu
• vtšina helia se vyrábí destilací zemního plynu • produkt α-rozpadu izotop – radioaktivní minerály, pedevším uranu, jsou díky
rozpadu nasycené heliem • helium je moné uvolnit zahíváním (1200 °C) • pvodn izolováno zahíváním Cleveitu
Pouití: • lehí, ne vzduch (≈0,18 kg/m3) - plnní balón a vzducholodí • málo rozpustný ve vod – 10 x mén, ne vzduch
• ední O2 do potápských bomb • zamezení hloubkového opojení a kesonové nemoci-bublinky
• teplonosné médium pro jaderné reaktory (vysoká tepelná kapacita)
Vzácné plyny – helium (He)
Vodík – H2 • nejrozšíenjší prvek ve vesmíru – 75 % • lehí, ne vzduch, nejlehí plyn (≈0,09 kg/m3) • rozpustný v platinových kovech • holavý, ve smsi se vzduchem výbušný (4-75 %) • redukní inidlo
Výroba: • 92 % - petrochemické procesy + vedlejší zdroje
• elektrolýza NaCl – výroba Cl2 • dehydrogenace • pyrolýzy
• 5 % tepelné štpení vody • 3 % elektrolýza vody
Vodík – výroba - elektrolýza vody
2He2H2 →++
teplota: 80-85 °C
Elektrody:
Parní reforming zemního plynu a uhlovodík
1 - kompresor 2 - pec parního reformingu 3 - katalytický reaktor 4 - výmník tepla 5 - oddlova páry
- štpení vízkovroucích uhlovodík (benzín)
22mn H 2 mnCOO
++↔+
Procesní podmínky: štpení – tlak 3 MPa, teplota cca 1 300 °C
Produkt: vodík + syntézní plyn (sms CO a H2
reakce bez katalyzátoru, tepeln samonosná
Vodík – výroba – parciální oxidace vakuového zbytku
1-reaktor, 2- kotel na odpadní teplo, 3-vypírka sazí, 4-vypírka HCN a NH3
5- alkazidová vypírka H2S
• hydrokrakování (zlepšení kvality ropných produkt) • hydrogenaní odstranní slouenin síry (hydrotreating)
• výroba metanolu (cca 7%; kat. hydrogenace CO + 2 H2 → CH3OH) • hydrogenace (cca 12 %)
• ztuování tuk • syntéza anilinu a cyklohexanu
• metalurgie • elektronika • sváecí technika
Oxid uhliitý– CO2
• nedýchatelný plyn, tší ne vzduch (≈1,56 kg/m3) • v koncentracích nad 9 % je dusivý, nad 20 % zpsobuje náhlý kolaps a smrt • má pomrn vysokou teplotu varu (-57 °C za 500 kPa), za nišího tlaku
neexistuje kapalný a pechází rovnou z pevného do plynného skupenství – sublimuje
• v tlakových lahvích se skladuje kapalný Zdroje: • rozklad CaCO3
• odplyn z vypírky CO2 po konverzi CO • kvasné procesy Pouití: • výroba mooviny • stojírenství (inertní atmosféra) • potravináský prmysl (inertní atmosféra, výroba šumivých nápoj) • chladivo (pevný CO2 -suchý led) • hasivo – pnové, snhové hasicí pístroje – zabrauje pívodu kyslíku, chladí
Suchý led • expanzí kapalného oxidu uhliitého z ~15 bar do atmosféry • vstik do lis s vysnovacími vemi nebo komorami • tvorba cca 50 % CO2 snhu a 50 % studeného CO2 plynu (-78,5°C) • hydraulické stlaení snhu do blok, pelet nebo tenkých plátk • speciální rozmry plátk ezáním blok • menší závody: výroba suchého ledu bez rekuperace plynného CO2 • u vtších závod rekuperace vyadována
• komprese, kondenzace ve zkapalovai CO2 • nezbytné chlazení s uzaveným okruhem chladiva
Acetylén HC-CH • holavý, bezbarvý plyn nepatrn lehí, ne vzduch, pomrn rozpustný ve vod
(1,2 g/l), dobe rozpustný v acetonu (28 g/kg) • meze výbušnosti 1,5 – 80 % • pi stlaování je nestálý, nad 200 kPa(abs.) se samovoln explozivn rozkládá
• prakticky neexistuje v podob kapaliny, podobn jako CO2 sublimuje • v tlakových lahvích se skladuje rozpuštný v acetonu
Výroba: •parciální oxidace methanu •reakce karbidu vápenatého s vodou (Wohlerv proces)
• reakce páleného vápna (CaO) s koksem (C) za vysokých teplot (2200 °C) • CaO + 3 C → CaC2 + CO
• rozklad CaC2 vodou • CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca(OH)2
Acetylén HC-CH • Pouití: • sváení
• hydrogenace na ethylen – výroba polyethylenu • výroba akrylát
• výroba acetaldehydu • metalurgie
Znaení tlakových lahví
Slide Number 2
Slide Number 3
Slide Number 4
Slide Number 5
Slide Number 6
Slide Number 7
Slide Number 8
Slide Number 9
Slide Number 10
Slide Number 11
Slide Number 26
Slide Number 27
Slide Number 28
Vodík – pouití
Zemní plyn (natural gas) • pírodní, holavý plyn rzného sloení dle místa pvodu, lehí ne vzduch ≈ 0,7
kg/m3
• sloení: • uhlovodíky – holavé, majoritní sloky:
• metan - 70 – 90 % • etan, propan, butan – 0 – 20 % • vyšší uhlovodíky – 0 – 5 %
• inertní plyny: • oxid uhliitý – 0 – 30 % • sulfan – 0 – 30 % • dusík – 0 – 15 % • helium – 0 – 5 %
• ve smsi se vzduchem výbušný – 4 – 15 obj. % • pod spodní mezí výbušnosti je reakce se vzduchem utlumena absorpcí
volných radikál • nad horní mezí výbušnosti není dost kyslíku pro šíení exploze, plyn hoí
• vysoká výhevnost – 34 MJ/kg (po odstranní inert, jinak 16 – 34 MJ/kg) • nejniší produkce CO2 na jednotku uvolnného tepla – 18 MJ/kg CO2
• o 30 % více v porovnání s benzinem
Zemní plyn (natural gas)
Zdroj: en.wikipedia.org https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_countries_by_natural_gas_production#/media/File:Countries_by_Natural_Gas_Proven_Reserves_(2014).svg
• USA + Kanada 950 bil. m3
• zem bývalého Sovtského svazu 920 bil. m3
• stední východ 630 bil. m3
Loiska • nalezišt spolená s nalezišti ropy – kapsy zemního plynu se formují nad
loiskem ropy • v nkterých loiscích je tba plynu neádoucí kvli komplikacím s
transportem • v minulosti pálen pímo v míst teby • v souasné dob injektován zpt do loiska a uchováván
• spolen s nalezišti uhlí • methan pirozen doprovází uhelné sloje – výbuchy v dolech
• izolovaná nalezišt uvnit nepropustných hornin • bidlicový plyn – zemní plyn uzavený uvnit porézních hornin
• významné zásoby bidlicového plynu objeveny mezi 2000 – 2010 v USA • oekávají se znané dostupné zásoby také v ín, Argentin a Alírsku
Zemní plyn (natural gas)
Zemní plyn (natural gas)
Pouití • palivo v energetice – 38 % - ekologitjší ne jiná fosilní paliva • palivo a surovina v prmyslu – 30 %
• teplo, pára • zdroj uhlovodík – metan • výroba vodíku
• domácnosti a komerní sféra – 29 % • teplo
Tba • tební vrty ve vhodných
lokalitách • plyn je erpán svým vlastním
tlakem • loiska jsou rozšiována horizontálním
vráním • okolí vrtu je narušováno také vysokotlakou
vodou s pídavkem íravin – ekologické riziko
Chart1
Zemní plyn (natural gas)
Zpracování • vytený plyn je teba transportovat na místo spoteby • u pro úely transportu je teba plyn upravit tak, aby sploval poadavky
odbratel a nezpsoboval korozi • odstraují se:
• volná voda • kyselé plyny – systém absorpce CO2 a H2S do methanolu (Rectisol), i
vodných roztok amin (MDEA, DEA, TEA) • vodní pára – absorpcí do etylenglykolu • vyšší uhlovodíky –ásteným zkapalnním plynu
• plyn je stlaen a následn expanuje do nišího tlaku • ást plynu zkondenzuje • kondenzát obsahuje pedevším vyšší uhlovodíky, ty se následn dlí
destilací – produkce pedevším propan-butanu • zbylý plyn je dopravován do plynovod, i stlaován – CNG
(compressed natural gas) a zkapalován – LNG (liquified natural gas) a dopravován tankery
Zemní plyn (natural gas)
LPG (liquified petroleum gas)
• sms propanu a butanu v rzném pomru • v R obvykle pomr (40:60 – 60:40) • pomr se upravuje pro roní období – v lét více butanu, v zim více
propanu • nap. v Austrálii spíše propan
• tší ne vzduch – 1,9 – 2,5 kg/m3
• v R 2,1 • holavý, ve smsi se vzduchem výbušný (2 – 10 %) • rel. vysoká teplota varu (-10 – -5 °C), v tlakových lahvích se skladuje kapalný • pi 20 °C tlak v lahvi cca 400 kPa
• butan má niší tlak, v lét je proto LPG bohatší na butan • výhevnost 46 MJ/kg
Výroba • destilací zemního plynu, i ropy • pi destilaci jsou frakce kapalné a pímo se stáí do tlakových zásobník
Kapalný vzduch
sloení vzduchu Vzduch •sms plyn tvoících plynný obal Zem •tlak a sloení jsou tém nezávislé na zempisné délce a šíce, tlak klesá s nadmoskou výškou
• 0 m n.m. 101 kPa • 2,5 km n.m. 75 kPa • 5 km n.m. 55 kPa – hranice dýchatelnosti • 8 km n.n. 36 kPa • 100 km n.m. – 0,3 Pa
Kapalný vzduch •vyrábí se zkapalováním atmosférického vzduchu
• pro zkapalnní je vyuívána kombinace postupného stlaování a ochlazování
•ped zkapalnním je teba odstranit prach, vodu a CO2 • pi výrobních teplotách a tlacích by voda a CO2
existovaly ve form krystal a mechanicky by narušovaly výrobu
Kapalný vzduch
Zkapalování a dlení vzduchu • zkapalování vzduchu je zaloeno na Joule-Thomsonov jevu
Joulv–Thomsonv jev je fyzikální dj, pi kterém se pi adiabatické expanzi do vakua pes pórovitou pepáku mní teplota plynu. Pro kadý plyn (a daný tlak)
existuje inverzní teplota; expanduje-li pes pepáku plyn s teplotou niší ne inverzní, dále se ochlazuje, naopak plyn s vyšší teplotou se zahívá.
https://cs.wikipedia.org/
• pi vhodném uspoádání teplot a tlak dojde pi expanzi ke zkapalnní ásti plynu
• zbylá ást je odvádna jako ochlazený plyn a vyuívána jako chladivo
Popis procesu • filtrace, odstranní prachu • prchod hydroxidem sodným k odstranní CO2 – absorpce • vysoušení sušidlem k odstranní vodní páry • stlaení (nárst teploty) + ochlazení vhodným chladicím médiem – voda,
pavkový chladicí systém, chladný stlaený vzduch • prudká expanze pes škrticí ventil, ochlazení u vtšiny plyn (Joule-
Thomsonv efekt)
1. kompresor – tlak 20 MPa – vícestupový, mezi stupni zaazeno chlazení
2. strojové chlazení – chlazení na -45 °C 3. výmník – chlazení plynnou frakcí po
expanzi 4. expanzní ventil – sníení tlaku na cca
150 kPa - zkapalní cca 10 % vzduchu 5. zásobník na kapalný vzduch 6 - pívod vzduchu 7 - chladící médium – nap. pavkové chlazení
tlak na výstupu z kompresoru: 20 MPa
• 75 % ochlazeného vzduchu pes detander • tlak cca 5 MPa • niší spoteba energie (cca 50 %)
Zkapalování a dlení vzduchu – Claudeho proces
1. kompresor – tlak 4 - 6 MPa – vícestupový, mezi stupni zaazeno chlazení, lze i výrazn niší tlak 0,6 MPa
2. chlazení vodou 3. výmníky – chlazení plynnou frakcí po
expanzi 4. expanzní turbína (detander) – sníení tlaku
výmnou za mechanickou práci, nedochází ke zkapalnní
5. expanzní ventil 6. dlení kapalné a plynné frakce
detander
Zkapalování vzduchu
Dlení vzduchu – výroba kyslíku vs. kyslíku a dusíku • dlení vzduchu je zaloené na destilaci zkapalnného vzduchu • destilace – dlení kapalných smsí na základ rozdílné tkavosti sloek /
rozdílného bodu varu • vzduch ≈ 79 % dusík, tV = -196 °C; 21 % kyslík, tV = -183 °C • dusík má niší bod varu, oddluje se jako destilát • kyslík zstává ve vaáku rektifikaní kolony
• pi destilaci vzduchu není dostupné chladivo pro kondenzaci par dusíku • pokud není poteba výroba dusíku, vypouští se odpadní dusík (s obsahem
kyslíku cca 6 %) zpt do atmosféry • kolona pracuje pi atmosférickém tlaku
• pi výrob obou kapalných plyn je poteba pouít dv destilaní kolony pracující za rzných tlak
• kondenzátor vysokotlaké kolony (550 kPa) slouí jako vaák kolony nízkotlaké (100 kPa)
• za 550 kPa jsou vyšší teploty varu: dusík -178 °C, kyslík -163 °C • mezi kondenzátorem (dusík, vysoký tlak, -178 °C) a vaákem (kyslík,
nízký tlak, -183 °C) je teplotní rozdíl 5 °C
Dlení vzduchu – výroba kyslíku
Rektifikaní kolona na dlení vzduchu
1 - tlaková kolona 2 - atmosférická kolona 3 – kondenzátor / vaák 4 – vaák – ohev chlazením stlaeného vzduchu 5 - expanzní ventil 6 - tlak vzduchu 5 MPa 7 - tlak vzduchu 0,55 MPa 8 - kapalný vzduch obohacený kyslíkem 9 - kapalný dusík s malým podílem kyslíku
• koncentrace O2 99 % • koncentrace N2 98,8 %
Dlení vzduchu – výroba kyslíku a dusíku
Kyslík
Výroba • 97 % - frakní destilace vzduchu • 3 % - elektrolýza vody Pouití: • 67 % - oxidaní procesy • 30 % - ezání a svaování kov • 3 % - medicinální kyslík ve zdravotnictví
• tetí nejrozšíenjší prvek ve vesmíru - 1,04 % • druhý nejrozšíenjší prvek na Zemi - 30 %
Dusík
Výroba • 95 % - frakní destilace vzduchu • 5 % - koksárenské plyny Pouití: • 60 % - pi výrob amoniaku • 15 % - metalurgie – ochrana materiál (nap. svaování) • 10 % - potravináský prmysl • 15 % - chladící médium (kapalná forma)
Dlení vzduchu membránami
• alternativní metoda k destilaci vzduchu • niší produkce, vyaduje vysoké investiní náklady a vysoký tlak • oproti destilaci umouje promnnou produkci, i odstávku výroby • dlení na základ rozdílné propustnosti porézní i neporézní membrány pro
kyslík a dusík • plyn, který projde pes membránu je bohatší na jednu ze sloek • pomr propustnosti membrány pro jednotlivé sloky je dán tzv.
selektivitou membrány • u neporézních membrán je selektivita dána rozdílnou rozpustností a
difuzivitou plyn v materiálu membrány • u porézních membrán je selektivita dána velikostí a uspoádáním pór
Dlení vzduchu adsorpcí/desorpcí • alternativní metoda k destilaci vzduchu • niší produkce, vyaduje vysoké investiní náklady a vysoký tlak • oproti destilaci umouje promnnou produkci, i odstávku výroby • dlení na základ rozdílné afinity (ochoty se vázat) plyn k povrchu • provádí se v adsorpních kolonách v cyklech, kdy se stídají tlakové a
nízkotlaké fáze • v tlakové fázi se na povrch adsorbentu naváe plyn s vyšší afinitou • v nízkotlaké fázi se navázaný plyn uvolní
Vzácné plyny (helium, neon, argon, krypton, xenon)
atmosférický vzduch – cca 1 % vzácných plyn
1 - tlaková kolona 2 - atmosférická kolona 3 – vaák 4 – kondenzátor 5 - expanzní ventil 6 - vzduch obohacený kyslíkem 7 - vzduch obohacený dusíkem 8 - kapalný kyslík 9 - kryptonová kolona
10 - argonová kolona
Vzácné plyny – destilace vzduchu
Cleveit (odrda Uraninitu)
Vzácné plyny – helium (He) • druhý nejrozšíenjší plyn ve vesmíru • nachází se v loiscích zemního plynu
• vtšina helia se vyrábí destilací zemního plynu • produkt α-rozpadu izotop – radioaktivní minerály, pedevším uranu, jsou díky
rozpadu nasycené heliem • helium je moné uvolnit zahíváním (1200 °C) • pvodn izolováno zahíváním Cleveitu
Pouití: • lehí, ne vzduch (≈0,18 kg/m3) - plnní balón a vzducholodí • málo rozpustný ve vod – 10 x mén, ne vzduch
• ední O2 do potápských bomb • zamezení hloubkového opojení a kesonové nemoci-bublinky
• teplonosné médium pro jaderné reaktory (vysoká tepelná kapacita)
Vzácné plyny – helium (He)
Vodík – H2 • nejrozšíenjší prvek ve vesmíru – 75 % • lehí, ne vzduch, nejlehí plyn (≈0,09 kg/m3) • rozpustný v platinových kovech • holavý, ve smsi se vzduchem výbušný (4-75 %) • redukní inidlo
Výroba: • 92 % - petrochemické procesy + vedlejší zdroje
• elektrolýza NaCl – výroba Cl2 • dehydrogenace • pyrolýzy
• 5 % tepelné štpení vody • 3 % elektrolýza vody
Vodík – výroba - elektrolýza vody
2He2H2 →++
teplota: 80-85 °C
Elektrody:
Parní reforming zemního plynu a uhlovodík
1 - kompresor 2 - pec parního reformingu 3 - katalytický reaktor 4 - výmník tepla 5 - oddlova páry
- štpení vízkovroucích uhlovodík (benzín)
22mn H 2 mnCOO
++↔+
Procesní podmínky: štpení – tlak 3 MPa, teplota cca 1 300 °C
Produkt: vodík + syntézní plyn (sms CO a H2
reakce bez katalyzátoru, tepeln samonosná
Vodík – výroba – parciální oxidace vakuového zbytku
1-reaktor, 2- kotel na odpadní teplo, 3-vypírka sazí, 4-vypírka HCN a NH3
5- alkazidová vypírka H2S
• hydrokrakování (zlepšení kvality ropných produkt) • hydrogenaní odstranní slouenin síry (hydrotreating)
• výroba metanolu (cca 7%; kat. hydrogenace CO + 2 H2 → CH3OH) • hydrogenace (cca 12 %)
• ztuování tuk • syntéza anilinu a cyklohexanu
• metalurgie • elektronika • sváecí technika
Oxid uhliitý– CO2
• nedýchatelný plyn, tší ne vzduch (≈1,56 kg/m3) • v koncentracích nad 9 % je dusivý, nad 20 % zpsobuje náhlý kolaps a smrt • má pomrn vysokou teplotu varu (-57 °C za 500 kPa), za nišího tlaku
neexistuje kapalný a pechází rovnou z pevného do plynného skupenství – sublimuje
• v tlakových lahvích se skladuje kapalný Zdroje: • rozklad CaCO3
• odplyn z vypírky CO2 po konverzi CO • kvasné procesy Pouití: • výroba mooviny • stojírenství (inertní atmosféra) • potravináský prmysl (inertní atmosféra, výroba šumivých nápoj) • chladivo (pevný CO2 -suchý led) • hasivo – pnové, snhové hasicí pístroje – zabrauje pívodu kyslíku, chladí
Suchý led • expanzí kapalného oxidu uhliitého z ~15 bar do atmosféry • vstik do lis s vysnovacími vemi nebo komorami • tvorba cca 50 % CO2 snhu a 50 % studeného CO2 plynu (-78,5°C) • hydraulické stlaení snhu do blok, pelet nebo tenkých plátk • speciální rozmry plátk ezáním blok • menší závody: výroba suchého ledu bez rekuperace plynného CO2 • u vtších závod rekuperace vyadována
• komprese, kondenzace ve zkapalovai CO2 • nezbytné chlazení s uzaveným okruhem chladiva
Acetylén HC-CH • holavý, bezbarvý plyn nepatrn lehí, ne vzduch, pomrn rozpustný ve vod
(1,2 g/l), dobe rozpustný v acetonu (28 g/kg) • meze výbušnosti 1,5 – 80 % • pi stlaování je nestálý, nad 200 kPa(abs.) se samovoln explozivn rozkládá
• prakticky neexistuje v podob kapaliny, podobn jako CO2 sublimuje • v tlakových lahvích se skladuje rozpuštný v acetonu
Výroba: •parciální oxidace methanu •reakce karbidu vápenatého s vodou (Wohlerv proces)
• reakce páleného vápna (CaO) s koksem (C) za vysokých teplot (2200 °C) • CaO + 3 C → CaC2 + CO
• rozklad CaC2 vodou • CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca(OH)2
Acetylén HC-CH • Pouití: • sváení
• hydrogenace na ethylen – výroba polyethylenu • výroba akrylát
• výroba acetaldehydu • metalurgie
Znaení tlakových lahví
Slide Number 2
Slide Number 3
Slide Number 4
Slide Number 5
Slide Number 6
Slide Number 7
Slide Number 8
Slide Number 9
Slide Number 10
Slide Number 11
Slide Number 26
Slide Number 27
Slide Number 28
Vodík – pouití