1. Природные источники углеводородов: газ, нефть, каменный уголь. Их переработка и практическое применение.
Основными природными источниками углеводородов являются нефть, природный и попутный нефтяной газы и каменный уголь.
Природный и попутный нефтяной газы.
Природный газ – смесь газов, основным компонентом которой является метан, остальное приходится на долю этана, пропана, Бутана, и небольшого количества примесей – азота, оксида углерода (IV), сероводорода и паров воды. 90% его расходуется в качестве топлива, остальные 10% используют как сырье для химической промышленности: получение водорода, этилена, ацетилена, сажи, различный пластмасс, медикаментов и др.
Попутный нефтяной газ – это тоже природный газ, но он встречается вместе с нефтью – находится над нефтью или растворен в ней под давлением. Попутный газ содержит 30 – 50% метана, остальная часть приходится на его гомологи: этан, пропан, бутан и другие углеводороды. Кроме того, в нем присутствуют те же примеси, что и в природном газе.
Три фракции попутного газа:
1. Газовый бензин; его добавляют к бензину для улучшения запуска двигателя;
2. Пропан-бутановая смесь; применяется как бытовое топливо;
3. Сухой газ; используют для получения ацителена, водорода, этилена и других веществ, из которых в свою очередь производят каучуки, пластмассы, спирты, органические кислоты и т.д.
Нефть.
Нефть – маслянистая жидкость от желтого или светло-бурого до черного цвета с характерным запахом. Она легче воды и в ней практически нерастворима. Нефть представляет собой смесь примерно 150 углеводородов с примесями других веществ, поэтому у нее нет определенной температуры кипения.
90% добываемой нефти используется как сырье для производства различных видов топлива и смазочных материалов. В то же время нефть – ценное сырье для химической промышленности.
Нефть, добываемую из земных недр, называю сырой. В сыром виде нефть не применяют, ее подвергают переработке. Сырую нефть очищают от газов, воды и механических примесей, а затем подвергают фракционной перегонке.
Перегонка – процесс разделения смесей на отдельные компоненты, или фракции, на основании различия их температур кипения.
При перегонке нефти выделяют несколько фракций нефтепродуктов:
1. Газовая фракция (tкип = 40°С) содержит нормальные и разветвленные алканы СН4 – С4Н10;
2. Бензиновая фракция (tкип = 40 - 200°С) содержит углеводороды С 5 Н 12 – С 11 Н 24 ; при повторной перегонке из смеси выделяют легкие нефтепродукты, кипящие в более низких интервалах температур: петролейный эфир, авиационный и автомобильный бензин;
3. Лигроиновая фракция (тяжелый бензин, tкип = 150 - 250°С), содеожит углеводороды состава С 8 Н 18 – С 14 Н 30 , применяют в качестве горючего для тракторов, тепловозов, грузовых автомобилей;
4. Керосиновая фракция (tкип = 180 - 300°С) включает углеводороды состава С 12 Н 26 - С 18 Н 38 ; ее используют в качестве горючего для реактивных самолетов, ракет;
5. Газойль (tкип = 270 - 350°С) используют как дизельное топливо и в больших масштабах подвергается крекингу.
После отгонки фракций остается темная вязкая жидкость – мазут. Из мазута выделяют соляровые масла, вазелин, парафин. Остаток от перегонки мазута – гудрон, его применяют при производстве материалов для дорожного строительства.
Вторичная переработка нефти основана на химических процессах:
1. Крекинг – расщепление крупных молекул углеводородов на более мелкие. Различают термический и каталитический крекинг, который более распространен в настоящее время.
2. Риформинг (ароматизация) - это превращение алканов и циклоалканов в ароматические соединения. Этот процесс осуществляют путем нагревания бензина при повышенном давлении в присутствии катализатора. Риформинг применяют для получения из бензиновых фракций ароматических углеводородов.
3. Пиролиз нефтепродуктов проводят нагреванием нефтепродуктов до температуры 650 - 800°С, основными продуктами реакции являются непредельные газообразные и ароматические углеводороды.
Нефть – сырье для производства не только топлива, но и многих органических веществ.
Каменный уголь.
Каменный уголь так же является источником энергии и ценным химическим сырьем. В состав каменного угля в основном органические вещества, а также вода, минеральные вещества, при сжигании образующие золу.
Одним из видов переработки каменного угля является коксование – это процесс нагревания угля до температуры 1000°С без доступа воздуха. Коксование угля проводят в коксовых печах. Кокс состоит из практически чистого углерода. Его используют в качестве восстановителя при доменом производстве чугуна на металлургических заводах.
Летучие вещества при конденсации каменноугльную смолу (содержит много различных органических веществ, из них большая часть – ароматические), аммиачную воду (содержит аммиак, соли аммония) и коксовый газ (содержит аммиак, бензол, водород, метан, оксид углерода (II), этилен, азот и другие вещества).
Cлайд 1
Cлайд 2
Cлайд 3
Природные горючие газы – смеси газообразных углеводородов различного строения, заполняющие поры и пустоты горных пород, рассеянные в почвах, растворенные в пластовых водах. Нефтяные попутные газы – смеси углеводородов, которые находятся в нефти в растворенном виде или над ней в виде газовой шапки. Выделяются вследствие снижения давления при подъеме нефти на поверхность Земли.
Cлайд 4
- Западно – Сибирская база (92% всего газа страны): Уренгой, Ямбург, Медвежье; - Оренбургско - Астраханская база (6%); - Тимано – Печорская база (1%). Уренгойское месторождение
Cлайд 5
Газ Природный Попутный нефтяной Состав Метан 80-97% Этан, пропан, бутан, пентан. Азот и др. газы. Метан (меньше, чем в природном) Этан, пропан, бутан, пентан (чем больше масса, тем больше количество углеводорода. Применение 90 % как топливо 10 % как химическое сырье для получения водорода, ацетилена, сажи, этилена. 90 % как ценное химическое сырье для получения водорода, ацетилена, этана, пропана и др., Топливо в быту и в автомобиле, Добавка к бензину.
Cлайд 6
Cлайд 7
Нефть – это вязкая жидкость темно-коричневого или черного цвета. В состав нефти входят алканы, циклоалканы и арены. Состав зависит от месторождения. Кроме углеводородов в нефти имеются органические соединения, содержащие кислород, серу, азот, а также смолы. Всего нефть содержит около 100 различных соединений.
Cлайд 8
- Западно – Сибирская база (70% всей нефти страны): Самотлор, Мегион; - Волго – Уральская база (25% всей нефти): Ромашкинское, Туймазы. - Перспектива – шельф Баренцева моря, Сахалин (Охотское море).
Cлайд 9
Нефтепровод Баку - Супса Наземная буровая установка Плавучая буровая установка Нефтяная вышка в открытом море
Cлайд 10
Ректификация Лигроин Бензин Керосин Газойль Мазут Автомобильное топливо Заводское топливо, смазочные масла Дизельное и котельное топливо Горючее для реактивных самолетов и ракет Горючее для тракторов
Cлайд 11
Детонационная стойкость – это способность горючего выдерживать сильное сжатие в двигателе (без преждевременного сгорания). Октановое число – количественный показатель детонационной стойкости бензинов. CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 н-гептан октановое число = 0 СН3 2,2,4 – триметилпентан СН3- С - СН2-СН-СН3 (изооктан) СН3 СН3 октановое число = 100
Cлайд 12
Крекинг – это химический процесс разложения углеводородов нефти на более летучие вещества, с целью повышения выхода бензина. Риформинг – это процесс переработки бензиновых фракций под давлением водорода при Т = 5000С, в присутствии платинового катализатора, с целью получения ароматических и разветвленных насыщенных углеводородов. Пиролиз – это процесс расщепления углеводородов при сильном нагревании (до 700 – 9000С).
Cлайд 13
Виды крекинга Термический Каталитический Условия t = 470-550°С t = 500°С (Al2O3·nSiO2) Продукты Бензин, содержащий непредельные углеводороды Бензин, содержащий непредельные и разветвлённые углеводороды Химизм (CH2)6 -CH2 ·|·CH2-(CH2)6 | | CH3 CH3 ≈ 500 °С C8H18 +C8H10 См. термический крекинг Изомеризация кат., t CH3 -CH2 -CH2 -CH2 –CH3 CH3 -CH -CH2 –CH3 | CH3
Cлайд 14
Каменный уголь – сложная смесь высокомолекулярных соединений, в состав которых входят: углерод, водород, кислород, сера и азот. Коксование каменного угля – нагревание до 10000С без доступа воздуха.
Cлайд 15
1. Кузнецкий бассейн (Кузбасс) – 40 % добычи. 2. Канско – Ачинский буроугольный. 3. Печорский бассейн.
Cлайд 16
Возврат на Содержание Коксовый газ: водород, метан, углекислый газ, азот, этилен и др. Топливо Химическое сырье Продукты коксования и их применение Аммиачная вода: аммиак, фенол, сероводород и др. Азотные удобрения. Кокс На металлургических заводах для доменных печей. Каменноугольная смола: бензол и его гомологи, фенол, нафталин и др. Химическое сырье
Cлайд 17
В настоящее время нефть занимает 6 место по загрязнению воздушного бассейна и 2 место по загрязнению водного. При сжигании топлива ежегодно в атмосферу поступает более 200 млн. т. оксидов серы, углерода, азота. При сгорании каменного угля, негорючие примеси превращаются в шлак, который попадает в окружающую среду. До 60 % всех вредных выбросов принадлежит автомобилям.
Cлайд 18
- Д.И.Менделеев писал: «В химии нет отходов, а есть неисчерпаемое сырье». Необходимо внедрять в производство безотходные технологии, комплексное использование сырья; - на предприятиях химической промышленности нужно устанавливать очистные сооружения, использовать фильтрующие материалы и пылеулавливатели;
Обзор материала
Обзор материала
Интегрированный урок по химии и географии в 10-м классе по теме "Природные источники углеводородов"
“...Топить можно и ассигнациями”
Д.И. Менделеев
Оборудование: Географические карты полезных ископаемых России и мира, карты “Топливная промышленность мира”, “Полезные ископаемые мира”, карты учебника, атласы, таблицы учебника, статистический материал. коллекции “Топливо”, “Нефть и продукты её переработки”, «Полезные ископаемые», мультимедийная установка, таблицы “Продукты перегонки нефти”, “Ректификационная колонна”,“Вторичная переработка нефти...”, “ Вредное воздействие на окружающую среду...”
Цели урока:
1.Повторить размещение месторождений углеводородов на территории России и мира.
2.Обобщить знания о природных источниках углеводородов: их составе, физических свойствах, способах добычи, переработке.
3.Рассмотреть перспективы изменения структуры ТЭК(альтернативные источники энергии).
Методы обучения: рассказ, лекция, беседа, демонстрации коллекций, самостоятельная работа с географической картой, атласом.
Тема “Природные источники углеводородов” сейчас актуальна, как никогда. Разработка месторождений углеводородного сырья ставит перед обществом множество проблем. Это в первую очередь социальные проблемы, связанные с освоением труднодоступных районов, где отсутствует социальная структура. Суровые условия требуют разработки новых технологий добычи и транспортировки сырья. Экспорт сырых нефтепродуктов, отсутствие развитой промышленной базы для их переработки, недостаток нефтепродуктов на внутрироссийском рынке– это проблемы экономические и политические. Экологические проблемы, связанные с добычей, транспортировкой, переработкой углеводородов. Человеческое общество вынуждено искать способы решения всех этих проблем. Важно научиться принимать решения, делать выбор, отвечать за результаты своей деятельности.
Ход урока
На столах учащихся лежат коллекции твердых видов топлива и полезных ископаемых, атласы, учебники по географии.
Урок начинает учитель химии, рассказывая учащимся о значении газа и нефти не только как источников энергии, но и сырья для химической промышленности. Затем с учащимися обсуждается вопрос о преимуществе газообразного топлива перед твердым.В ходе обсуждения формулируются и записываются выводы.
Учитель химии
Основными природными источниками углеводородов являются:
Природный и попутный нефтяной газы
Нефть
Уголь
Природный и попутный нефтяные газы различаются по своему нахождению в природе,составу и применению.
Давайте рассмотрим состав природного газа.
Состав природного газа.
СН4 93 - 98% С4Н10 0,1 - 1%
С2Н6 0,5 - 4% С5Н12 0 - 1%
С3Н8 0,2 - 1,5% N2 2 - 13%
и другие газы.
Как мы видим, основной частью природного газа является метан.
В попутном нефтяном газе содержится значительно меньше метана(30-50%),но больше его ближайших гомологов: этана. пропана, бутана, пентана (до 20 % каждого)и других предельных углеводородов. Месторождения природного газа обычно находятся поблизости от нефтяных месторождений; по-видимому, природный газ (так же как и попутный нефтяной газ) образовался вследствие распада углеводородов нефти в результате деятельности анаэробных бактерий.
Природный и попутный нефтяные газы представляют собой дешёвое топливо и ценное химическое сырьё Важнейшим видом газообразного топлива является природный газ, дешевый и высококалорийный (до 39 700 кДж), т. к. его главной составной частью является метан (до 93-98%).
А как вы думаете, почему природный газ используется в качестве газообразного топлива?
Газообразное топливо имеет значительные преимущества перед твердым:
легко и полностью смешивается с воздухом, поэтому при его сжигании требуется лишь небольшой избыток воздуха для полного сгорания;
газ можно предварительно нагреть в специальных генераторах, чтобы получить высшую температуру пламени;
устройство топок значительно проще, т. к. при сгорании нет шлаков или золы;
отсутствие дыма благотворно сказывается на санитарно-гигиенических условиях окружающей среды; экологическая чистота;
Газообразное топливо можно передавать по газопроводам.
Дешевизна;
Высокая теплотворная способность
По этой причине газообразное топливо находит все более широкое применение в промышленности, быту и автотранспорте и является одним из лучших видов топлива для бытовых и промышленных нужд.
Во второй половине 20 века мировая добыча газа выросла более чем в 10 раз и продолжает расти. Ещё недавно газ добывался главным образом в развитых странах, но в последнее время растёт роль стран Азии и Африки. Бесспорным лидером по запасам и добыче газа является Россия. На мировой рынок поступает 15 -20% добываемого сырья
Учащимся задаются вопросы:
1. Как по-вашему, где используются топливные ресурсы?
После ответов учащихся учитель подводит итог и еще раз дает определение топливно-энергетического комплекса. Затем предлагаются задания. (работа в малых группах, чтение карт, таблиц, схем. Частично поисковая работа)
Задание 1: По таблице № 4 учебника ознакомиться с мировым производством основных видов топлива (добыча нефти и газа).
Задание 2: По рисунку 23 познакомиться со сдвигом в структуре мирового потребления топливных ресурсов и ответить на вопрос: растет ли потребление газа в мире? (Ответ – да)
В ходе обсуждения данных таблицы № 4 и рисунка 23 учащиеся приходят к выводу о существовании нескольких наиболее важных районов добычи нефти и газа. Учитель по географической карте показывает и называет главные районы добычи нефти и газа, учащиеся сверяют их со своими атласами, называют страны и записывают их в тетрадь.
Общее число нефтяных месторождений около 50 тысяч. Однако при современном уровне добычи давайте рассчитаем ресурсообеспеченность человечества.
В тетрадь: Вспомните формулу расчёта (Р=З/Д)
В каких единицах выражается ресурсообеспеченность? (года). Сделайте вывод! (мало)
В мире есть страны, обладающие колоссальными запасами нефти. Пользуясь таблицей, назовите 3 страны, обладающие крупнейшими запасами. Какое место занимает Россия?
Добычу нефти ведут многие страны. В каждом регионе можно выделить несколько стран – лидеров по добыче. Пользуясь картосхемой, назовите эти страны и запишите в тетрадь
В Европе: В Азии: В Америке: В Африке:
Где же именно находятся крупнейшие месторождения нефти? Вот лишь некоторая их часть.
1баррель нефти равен 158,988 литра, 1 баррель в сутки – 50 тонн в год
В Гаваре добывалось более 680 тыс. т. нефти в день, кроме того 56,6 млн м³ в день природного газа.
Агаджари эксплуатируются 60 фонтанирующих скважин, годовая добыча 31,4 млн. т
В Большом Бургане эксплуатируется 484 фонтанирующих скважины, годовая добыча около 70 млн. т
Что такое шельф?
Как думаете, добыча с шельфа обходится дешевле или дороже, чем на материке? Почему?
Какие страны выделены на картосхеме? Что их объединяет? Как называется эта организация? Её главная задача?
Нефть активно продаётся на мировом рынке. (40%) Между странами сложились устойчивые связи, так называемые «нефтяные мосты». Назовите важнейшие из них? Чем бы вы объяснили их существование? Каким образом транспортируется нефть?
Самый большой танкер длина 500 метров. Берёт на борт до 500 000 тонн нефти.
Супертанкеры - порождение научно-технической революции нашего времени. Само слово происходит от английского слова «tank» - цистерна. Морской танкер это судно, предназначенное для перевозки жидких грузов (нефти, кислоты, растительного масла, расплавленной серы и прочее) в судовых цистернах (танках). Супертанкеры могут перевезти за один рейс на 50 процентов нефти больше чем другие, а эксплуатационные расходы на бункеровку, экипаж, и страховку всего на 15 процентов больше, что позволяет нефтяным компаниям, фрахтующим судно увеличивать свою прибыль и сэкономить сбережения. На такие нефтяные танкеры всегда будет спрос.
Одним из представителей такого класса морских судов являлся нефтеналивной танкер «Batillus». Это грузовое судно было создано, от начала до конца, по исходному проекту без дополнительной модернизации в ходе эксплуатации. Был построен за 10 месяцев, и было израсходовано на строительство около 70 000 тонн стали. Постройка владельцу обошлась в 130 миллионов долларов
Ближний Восток: страны вокруг Персидского залива (Саудовская Аравия, Арабские Эмираты, Иран, Ирак). На этот регион приходится 2/3 мировой добычи нефти.
Северная Америка: Аляска, Техас.
Северная и Западная Африка: Алжир, Ливия, Нигерия, Египет.
Южная Америка: север материка, Венесуэла.
Европа: шельф Северного и Норвежского морей.
Россия (Западная Сибирь): Томская и Тюменская области.
Задание 3: По рисунку 24 определить страны-лидеры по добыче нефти, По рисунку 25 определить формирование устойчивых нефтяных мостов между странами.
ВЫВОД: Добыча нефти и газа осуществляется главным образом в развивающихся странах, потребление – в развитых.
Продолжает учитель химии.
Значительное увеличение добычи высококалорийных и более дешевых видов топлива (нефти и газа) привело к резкому снижению доли твердого топлива в топливном балансе стран.
Попутный нефтяной газ тоже является (по происхождению) природным газом. Своим названием он обязан нефти, вместе с которой он встречается в природе. Попутный нефтяной газ растворен в нефти (частично), а частично находится над ней, образуя газовый купол. Под давлением этого газа нефть и поднимается по скважине на поверхность. При уменьшении давления попутный нефтяной газ легко выходит из нефти.
Долгое время попутный нефтяной газ не находил применения и его сжигали на месте. В настоящее время его улавливают и используют в качестве топлива или как один из источников для органического синтеза, т. к. содержит большое количество гомологов метана. Для более рационального использования попутный нефтяной газ разделяют на фракции.
Газовые фракции: 1. C5H12, C6H14 и др жидкости - газовый бензин;
2. C3H8, C4H10 - пропан-бутановая смесь
3. СН4, С2Н6 и другие примеси – «сухой газ»
Используется в качестве добавок к бензину;
В качестве топлива и как бытовой газ;
В органическом синтезе и как топливо.
Мы рождаемся и живем в мире продуктов и вещей, полученных из нефти. В истории человечества были каменный и железный периоды. Как знать может быть историки назовут нефтяным или пластмассовым наш период. Нефть – является наиболее титулованным видом полезных ископаемых. Ее величают и «королевой энергетики» и «царицей плодородия». А ее королевский сан в органической химии – «черное золото». Нефть создала новую отрасль промышленности – нефтехимию, она же породила ряд экологических проблем.
Нефть известна человечеству с давних времен. На берегу Евфрата она добывалась 6-7 тыс. лет до н. э. Использовалась она для освещения жилищ, для бальзамирования. Нефть являлась составной частью зажигательного средства, вошедшего в историю под названием «греческого огня». В средние века она использовалась главным образом для освещения улиц.
Вначале 19 века в России из нефти путем перегонки было получено осветительное масло, названное керосином, который использовался в лампах, изобретенных в середине 19 века. В тот же период в связи с ростом промышленности и появлением паровых машин стал возрастать спрос на нефть как источник смазочных веществ. Внедрение в конце 60-х гг. 19 века бурения нефтяных скважин считается зарождением нефтяной промышленности.
На рубеже 19-20 веков были изобретены бензиновый и дизельный двигатели. Это привело к бурному развитию добычи нефти и способов ее переработки.
Нефть-это «сгусток энергии». Используя всего лишь 1 мл этого вещества, можно нагреть на один градус целое ведро воды, а для того чтобы вскипятить ведерный самовар, нужно менее половины стакана нефти. По концентрации энергии в единице объема нефть занимает 1 место среди природных веществ. Даже радиоактивные руды не могут конкурировать с ней в этом отношении, так как содержание в них радиоактивных веществ настолько мало, что для извлечения 1 мг ядерного топлива надо переработать тонны горных пород.
Залежи сырой нефти и газа возникли 100-200 миллионов лет назад в толще Земли. Происхождение нефти- одна из сокровенных тайн природы.
Нефть и нефтепродукты.
Нефть – единственное жидкое ископаемое горючее. Маслянистая жидкость от желтого до темно-коричневого цвета, легче воды. (демонстрируются образцы нефти.) Различают лёгкие и тяжёлые нефти. Лёгкие извлекают насосами, фонтанным способом, из них делают в основном бензин и керосин. Тяжёлые иногда добывают даже шахтным способом (Яремское месторождение в Республике Коми) и перерабатывают в битум, мазут, масла.
В отличие от других полезных ископаемых нефть, как и газ, не образует отдельных пластов, она заполняет пустоты в породах: поры между песчинками, трещины.
Нефть горюча. Она сохраняет это свойство, даже находясь на поверхности воды, где способна воспламениться от горючего факела, пока не растечется в тонкую радужную пленку. Нефть – уникальное топливо, её теплота сгорания – 37-49 МДж/кг. Так, 10 т нефти дают столько же тепла, сколько 13 т антрацита, 31 т дров. Она является основой энергетики, химической промышленности. Известна и лечебная нефть, богатая нафтеновыми и ароматическими углеводородами.
Лабораторный опыт №1. Физические свойства нефти
Рассматриваем пробирку с нефтью (масляничная жидкость, темно-бурого цвета, почти черного с характерным запахом.)
Нефть не напоминает по запаху бензин, с чем ассоциируется представление о ней. Аромат нефти придают сопутствующий сероуглерод, остатки растительных и животных организмов.
Растворяем нефть в воде (не растворяется, на поверхности образуется пленка). Плотность пленки меньше воды, поэтому она находится на поверхности.
Элементарный состав нефти.
С – 84 – 87% O, N, S - 0,5 – 2%
Н – 12 – 14% в отдельных месторождениях до 5% S
Нефть – сложная смесь большого числа органических соединений.
Состав нефти и ее продукты.
Переработка нефти (химия)
Переработка нефти – это процесс, который предусматривает создание сложного оборудования.
Учитель: заполните таблицу « Переработка нефти»
|
Первичная переработка(физические процессы) |
Очистка |
Обезвоживание,обессоливание, отгонка летучих углеводородов (преимущественно метана) |
|
Перегонка |
Термическое разделение нефти на фракции. основанное на разности температур кипения углеводородов, имеющих разную молекулярную массу |
|
|
Вторичная переработка(химические процессы) |
Крекинг |
Расщепление углеводородов с длинной цепью и образование углеводородов с меньшим числом атомов углерода в молекулах |
|
Риформинг |
Изменение структуры молекул УВ путем: Изомеризации, алкилирования, Циклизации(ароматизации) |
Первичная переработка нефти – ректификация – разделение на фракции нефти, основанный на различии температур кипения.
Нефть подают в ректификационную колонну через трубчатую печь, в которой она нагревается до 350⁰С. В виде пара, нефть поднимается наверх по колонне и постепенно охлаждаясь, разделяется на фракции: бензин, лигроин, керосин, соляровые масла, мазут. Неперегоняемая часть – гудрон.
(по таблице рассказывается о работе ректификационной колонны, называются фракции и области их применения).
Фракции нефти:
С5 – С11 - бензин (топливо для автомашин и самолетов, растворитель);
С8 - С14 – лигроин (топливо для тракторов);
С12 – С18 – керосин (топливо для тракторов, ракет, самолетов);
С15 – С22 – газойль (светлые нефтепродукты) – диз. топливо.
Остаток перегонки – мазут (топливо для котельных). При дополнительных перегонках образуются смазочные масла. Применение мазута – соляровое масло, парафине, вазелин, смазочные масла. Применение гудрона – битум, асфальт.
Вторичная переработка нефти: крекинг (каталитический и термический).
|
термический |
каталитический |
|
450–550° |
400-500 °С, кат. Al2O3 · nSiO2(катализатор алюмосиликаты) |
|
Процесс протекает медленно |
Процесс протекает быстро |
|
Образуется много непредельных УВ |
Образуется значительно меньше непредельных УВ |
|
Полученный бензин: 1)устойчив к детонации 2)неустойчив при хранении(непредельные УВ легко окисляются) |
Полученный бензин: 1)устойчив к детонации 2)более устойчив при хранении(так как много непредельных УВ) |
С16Н34 → С8Н18 + С8Н16 СH₃- CH₂- CH₂- CH₃ → CH₃- CH- CH₃
CH₃
Марка бензина и его качество зависят от его детонационной стойкости по октановой шкале:
За 0 принята детонационная стойкость (легко самовозгорается)
н. гептан;
За 100 – (высокая устойчивость) 2,2,4-триметилпентан. Чем больше в бензине содержится н.гептана, тем выше его марка.
Устойчивы к детонации разветвленные предельные УВ, непредельные и ароматические УВ.
Риформинг (ароматизация) - 450⁰ - 540⁰С
гексан → циклогексан → бензол: C₆H₁₄ → C₆H₁₂ → C₆H₆
Производят для увеличения детонационной стойкости бензина – способность выдерживать при высоких температурах сильное сжатие в цилиндре двигателя без самопроизвольного возгорания.
Продолжает урок учитель географии
Распределение основных запасов нефти в мире.
Слово «нефть» появилось в русском языке в 17 веке и происходит от арабского «нафата», что означает «извергать». Так называли в 4-3 тыс. до н. э. жители Месопотамии- древнего очага цивилизации- легковоспламеняющуюся маслянистую черную жидкость, которая действительно иногда извергается на поверхность земли в виде фонтанов.
Поэтому, с древних времен и до середины 19 века нефть добывали там, где она изливалась в виде источников, проходя по разломам и трещинам в горных породах. Но когда начали ее искать вдали от мест непосредственного выхода нефти, возникли вопросы: как это делать? где бурить скважины?
В ходе долгих геологических исследований, было установлено, что нефть скорее всего будет там, где мощные пласты осадочного чехла смяты в складки и разорваны тектоническими движениями земной коры, образуя куполовидные изгибы пластов, так называемый антиклинальный тип природного скопления углеводородов, называемый залежью. Участки земной коры, содержащей одну или несколько таких залежей, называют месторождениями.
В мире открыто более 27 тыс. нефтяных месторождений, но лишь небольшая их часть (1%) содержит ¾ мировых запасов нефти, а 33 супергиганта- половину мировых запасов.
Анализируя распределения мировых разведанных ресурсов нефти по регионам и странам, приходим к выводу, что исключительная роль приходится на Юго-Западную Азию, а именно 2/3 мировых ресурсов нефти залегают в странах Персидского залива (СА, Ирак, ОАЭ, Кувейт, Иран).
Предлагаю, используя данные выполнить задание №1(отметить на контурной карте 10 первых стран мира по разведанным ресурсам нефти).
Топливная промышленность в мировом хозяйстве.
НПЗ, занимающееся переработкой нефти различные виды топлива (бензин, керосин, мазут) располагаются в основном в районах потребления. Поэтому в мировом хозяйстве образовался огромный территориальный разрыв между районами ее добычи и потребления. Выясним, почему?
В настоящее время нефть добывается более, чем в 80 странах мира. Между экономически развитыми и развивающимися странами мировая добыча (приближающаяся к 3,5 млрд. тонн) распределяется примерно поровну.
Чуть более 40% приходится на страны ОПЕК, а из отдельных крупных регионов особо выделяется Зарубежная Азия- прежде всего благодаря странам Персидского залива.
Проанализируем данные, так, на страны Персидского залива приходится 2/3 мировых разведанных запасов нефти и около 1/3 ее мировой добычи. 4страны этого региона добывают более 100 млн. тонн нефти в год каждая, при этом в данном списке лидирует СА, занимающая 1 место в мире. Остальные же регионы по размерам добычи нефти распределяются в таком порядке: Латинская Америка, Северная Америка, Африка, СНГ, Северная Европа. При этом большая часть энергоресурсов, прежде всего нефти, добываемой в развивающихся странах вывозится в США, Западную Европу, Японию, которые будут всегда испытывать высокую зависимость топливного импорта в промышленности.
В результате между многими странами и континентами образовались устойчивые «энергетические мосты»- в виде мощных, прежде всего океанических, нефтяных грузопотоков.
Таким образом ведущими экспортерами нефти в настоящее время остаются страны ОПЕК (почти ОПЕК 2/3 мирового экспорта), Мексика и Россия. Отсюда наиболее мощные экспортные грузопотоки нефти имеют следующие направления:
Закрепляя предложенный материал, выполните задание №2 на контурных картах. Отметьте основные грузопотоки нефти.
Русский технолог и конструктор – Шухов В.Г.;
произвел (1878) расчеты первого в России нефтепровода и руководил его постройкой. Получил (1891) патент на создание установки крекинга углеводородов нефти;
К началу 80-х годов в океан ежегодно поступало около 16 млн. т нефти, что составляло 10,23% мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, все это обуславливает присутствие постоянных долей загрязнения на трассах морских путей.
За последние 130 лет, начиная с 1964 года, пробурено около 12 000 скважин в Мировом океане, из них только в Северном море 11 000 и 1 350 промышленных скважин оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 10,1 млн т нефти. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, со стоками промышленности. Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности. Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую "нефть в воде" и обратную "вода в нефти". Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 10,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефти, содержащей поверхностно активные вещества. При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.
13 ноября 2002 г. Нагруженный нефтью танкер тонет у берегов Испании. В трюмах танкера находится 77 тысяч тонн нефти.
К моменту гибели танкера в море вылилось около 5 тысяч тонн мазута и дизельного топлива, используемого для работы двигателей танкера, примерно столько же вылилось, когда танкер раскололся на две части. В районе катастрофы образовались два гигантских нефтяных пятна, площадь которых составила более 100 квадратных километров. Волны выбрасывают на берег все новые и новые порции мазута, и, сколько видит глаз, на все побережье ложится полоса ядовитого черно-бурого цвета.Черный прибой безобразно контрастирует с зелеными кустарниками прибрежья.
Рыбы обволакиваются нефтью и погибают от удушья. Морские птицы – гагары, чайки, кайры, бакланы – топчутся на камнях. Им холодно, их грудь, шея, крылья покрыты нефтью, ядовитая гадость проникает внутрь организма, когда они пытаются клювом почистить перышки. Ничего не понимая, они смотрят на ставшую им чуждой родную стихию тоскливо, словно предчувствуя неминуемую гибель. Птицы безропотно даются в руки энтузиастам, которые стараются отчистить оперение от нефти, пипетками закапывают в глазки-бусинки спасительный раствор. Но только немногим сотням из тысяч погибающих птиц удается оказать помощь. Нанесен непоправимый ущерб одному из богатейших рыбодобывающих регионов страны. Загажены уникальные места сбора устриц, мидий, ловли осьминогов и крабов.
учитель химии
Очистка от нефти
Методы борьбы с нефтью в океане:
а) самоликвидация, б) химическое рассеивание, в) поглощение, г) ограждение,д) биологическая очистка.
А - нефтяное пятно мало и далеко от берега (растворение в воде и выпаривание)
Б - хим.препараты (впитывают нефть, стягивают в малые пятна и убираются сачками)
В - солома или торф поглощают малые пятна при штиле
Г - ограждение «контейнерами» и откачка насосами из них
Д - биологические препараты
Чтобы уменьшить вред, наносимый природе, необходимо:
совершенствовать способы и технологии добычи, хранения, транспортировки нефти и обеспечивать безопасность производства.
Ископаемые угли – это твердые продукты изменения древних растительных остатков, используемые в промышленности в виде топлива, а также в качестве химического сырья. Их различают по зольности. Если зольность ниже 50 % – это угли, если выше – горючие сланцы.
В составе углей содержится 60-98 % углерода, 1-12 % водорода, 2-20 % кислорода, 1-3 % азота, сера, фосфор, кремний, алюминий, железо, влага
По составу исходного материала угли подразделяют на гумусовые (образовались из высших растений) и сапропелевые (образовались из водорослей). Торф или сапропель постепенно под давлением и при отсутствии кислорода превращаются в бурый уголь, который переходит в каменный уголь, а затем в антрацит. В специфических геологических условиях (сильное давление, высокая температура) уголь может превращаться в графит и шунгит – породу, содержащую скрытокристаллический углерод.
Бурые угли – рыхлые образования бурого или черно-бурого цвета. В их составе 64-78 % углерода, до 6 % водорода. Они имеют низкую теплопроводную способность. Это низкокачественные угли. Самые большие запасы бурого угля сосредоточены в Ленском и Канско-Ачинском бассейнах России (работа с географической картой)
Каменные угли очень плотные. В их составе 90% углерода, до 5 % водорода (работа с диаграммой “Угли” (Приложение 1)). Они обладают большой теплотворной способностью. Из них путём переработки можно получить более 400 различных продуктов, стоимость которых по сравнению со стоимостью самого угля увеличивается в 20-25 раз. Переработку каменного угля осуществляют на коксохимических заводах. Очень перспективное направление переработки – получение жидкого топлива из угля.
Топливо. химическое сырьё
Учитель географии
Крупнейшие каменноугольные бассейны – Тунгусский, Ленский, Таймырский в России; Аппалачский в США, Русский в ФРГ, Карагандинский бассейн в Казахстане (работа с географической картой).
Антрациты – содержат больше всего углерода – до 97 % (работа с диаграммой “Угли”), поэтому используется как высококачественное бездымное топливо, а так же в металлургии, химической и электротехнической промышленности.
Рассмотрите угли в коллекции и обратите внимание на то, что чем больше содержание углерода в веществе, тем интенсивнее его окраска, тем выше качество угля.
Учащиеся рассматривают бурый, каменный угли, антрацит в коллекции “Топливо”
Как добывают угли?
Добывают уголь двумя способами: открытым и подземным. Открытый способ более прогрессивный и экономический, поскольку позволяет применять технику. Таким способом добывают главным образом энергетические угли. Подземный способ более дорогостоящий, но и более перспективный, поскольку наиболее высококачественные угли находятся на большой глубине. Сегодня так добывают угли для металлургии.
Какая страна занимает 1 место по разведанным запасам угля? (США)
Учитель химии
Д.И. Менделеев, которому в этом году исполнилось 175 лет со дня рождения, писал по данной проблеме: “Нет отходов, есть неиспользованное сырьё”.
Таким образом, нефть, газ, угли – не только ценнейшие источники углеводородов, но и часть уникальной кладовой невосполнимых природных ресурсов, бережное и разумное использование которых -необходимое условие прогрессивного развития человеческого общества. По этому поводу возвращаемся ещё раз к эпиграфу нашего занятия-словам великого русского учёного-химика Д.И. Менделеева, который сказал, что “Нефть – не топливо, топить можно и ассигнациями”. Это высказывание можно отнести ко всем природным углеводородам.
Закрепление изученного материала
1. Какие продукты выделяют из попутного нефтяного газа и для чего их используют?
Ответ: Из попутного нефтяного газа выделяют газовый бензин, который используют как добавку к обычному бензину; пропан-бутановая фракция используется в качестве топлива; сухой газ используется в реакциях органического синтеза.
2. Почему газовый бензин легче воспламеняется в двигателе, чем обычный?
Ответ: Газовый бензин имеет более низкую температуру воспламенения, чем обычный.
3. Почему состав нефти нельзя выразить одной формулой?
Ответ: Состав нефти нельзя выразить одной формулой, т. к. нефть – смесь множества углеводородов.
Домашнее задание:
1. По учебнику § 20 – 22 (до крекинга нефтепродуктов) читать
2. Вопросы и задания: № 4 § 20, № 7 – 9 § 21
Скачать материалОсновными природными источниками углеводородов являются нефть, газ, уголь. Из них выделяют большую часть веществ органической химии. Подробнее об этом классе органических веществ говорим ниже.
Состав полезных ископаемых
Углеводороды - наиболее обширных класс органических веществ. К ним относятся ациклические (линейные) и циклические классы соединений. Выделяют насыщенные (предельные) и ненасыщенные (непредельные) углеводороды.
К предельным углеводородам относят соединения с одинарными связями:
- алканы - линейные соединения;
- циклоалканы - циклические вещества.
К непредельным углеводородам относятся вещества с кратными связями:
- алкены - содержат одну двойную связь;
- алкины - содержат одну тройную связь;
- алкадиены - включают две двойные связи.
Отдельно выделяют класс аренов или ароматических углеводородов, содержащих бензольное кольцо.
Рис. 1. Классификация углеводородов.
Из полезных ископаемых выделяют газообразные и жидкие углеводороды. В таблице природные источники углеводородов описаны подробнее.
|
Источник |
Виды |
|
|
Алканы, циклоалканы, арены, кислород, азот, серосодержащие соединения |
||
|
Метан с примесями (не больше 5 %): пропан, бутан, углекислый газ, азот, сероводород, водяной пар. В природном газе больше метана, чем в попутном |
|
|
Углерод, водород, сера, азот, кислород, углеводороды |
Ежегодно в России добывается более 600 млрд. м 3 газа, 500 млн. тонн нефти, 300 млн. тонн угля.
Переработка
Полезные ископаемые используются в переработанном виде. Каменный уголь прокаливают без доступа кислорода (процесс коксования), чтобы выделить несколько фракций:
- коксовый газ - смесь метана, оксидов углерода (II) и (IV), аммиака, азота;
- каменноугольная смола - смесь бензола, его гомологов, фенола, аренов, гетероциклических соединений;
- аммиачная вода - смесь аммиака, фенола, сероводорода;
- кокс - конечный продукт коксования, содержащий чистый углерод.
Рис. 2. Коксование.
Одна из ведущих отраслей мировой промышленности - переработка нефти. Извлекаемая из недр земли нефть называется сырой. Она подвергается переработке. Сначала проводится механическая очистка от примесей, затем очищенную нефть перегоняют для получения различных фракций. В таблице описаны основные фракции нефти.
|
Фракция |
Состав |
Что получают |
|
Газообразные алканы от метана до бутана |
||
|
Бензиновая |
Алканы от пентана (С 5 Н 12) до ундекана (С 11 Н 24) |
Бензин, эфиры |
|
Лигроиновая |
Алканы от октана (С 8 Н 18) до тетрадекана (С 14 Н 30) |
Лигроин (тяжёлый бензин) |
|
Керосиновая |
||
|
Дизельная |
Алканы от тридекана (С 13 Н 28) до нонадекана (С 19 Н 36) |
|
|
Алканы от пентадекана (С 15 Н 32) до пентаконтана (С 50 Н 102) |
Смазочные масла, вазелин, битум, парафин, гудрон |
Рис. 3. Перегонка нефти.
Из углеводородов производятся пластмассы, волокна, медикаменты. Метан и пропан используются в качестве бытового топлива. Кокс используется в производстве чугуна, стали. Из аммиачной воды производят азотную кислоту, аммиак, удобрения. Гудрон применяется в строительстве.
Что мы узнали?
Из темы урока узнали, из каких природных источников выделяют углеводороды. В качестве сырья органических соединений используются нефть, каменный уголь, природный и попутный газы. Полезные ископаемые очищают и делят на фракции, из которых получают пригодные для производства или прямого использования вещества. Из нефти производят жидкое топливо, масла. Газы содержат метан, пропан, бутан, используемые в качестве бытового топлива. Из каменного угля выделяют жидкое и твёрдое сырьё для производства сплавов, удобрений, медикаментов.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.2 . Всего получено оценок: 64.
Цели урока:
Учебные:
- Развивать познавательную активность учащихся.
- Познакомить учащихся с природными источниками УВ: нефтью, природным газом, каменным углем, с их составом и способами переработки.
- Изучить основные месторождения этих ресурсов в мировом масштабе и в России.
- Показать значение их в народном хозяйстве.
- Рассмотреть проблемы защиты окружающей среды.
Воспитательные:
- Воспитание интереса к изучению темы, прививать речевую культуру на уроках химии.
Развивающие:
- Развивать внимание, наблюдательность, умение слушать и делать выводы.
Педагогические методы и приемы:
- Перцептивный подход.
- Гностический подход.
- Кибернетический подход.
Оборудование: Интерактивная доска, мультимедиа, электронные учебники МарГТУ, интернет, коллекции “Нефть и главнейшие продукты её переработки”, “Каменный уголь и важнейшие продукты его переработки”.
Ход урока
I. Организационный момент.
Я знакомлю с целью и задачами данного урока.
II. Основная часть.
Важнейшими природными источниками УВ являются: нефть, каменный уголь, природный и попутный нефтяной газы.
Нефть – “черное золото” (я знакомлю учащихся с происхождением нефти, основными запасами, добычей, составом нефти, физическими свойствами, продуктами нефтепереработки).
В процессе ректификации нефть разделяют на следующие фракции:
Из коллекции демонстрирую образцы фракций (демонстрация сопровождается объяснением).
- Ректификационные газы – смесь низкомолекулярных УВ, преимущественно пропана и бутана, с t кип до 40° С,
- Газолиновую фракцию (бензин) – УВ состава С 5 Н 12 до С 11 Н 24 (t кип 40-200°С, при более тонком разделении этой фракции получают газойль (петролейный эфир, 40 - 70°С) и бензин (70 - 120°С),
- Лигроиновую фракцию – УВ состава от С 8 Н 18 до С 14 Н 30 (t кип 150 - 250°С),
- Керосиновую фракцию – УВ состава от С 12 Н 26 до С 18 Н 38 (t кип 180 - 300°С),
- Дизельное топливо – УВ состава от С 13 Н 28 до С 19 Н 36 (t кип 200 - 350°С)
Остаток переработки нефти – мазут – содержит УВ с числом атомов углерода от 18 до 50. Перегонкой при пониженном давлении из мазута получают соляровое масло (С 18 Н 28 – С 25 Н 52), смазочные масла (С 28 Н 58 – С 38 Н 78), вазелин и парафин – легкоплавкие смеси твердых УВ. Твердый остаток перегонки мазута – гудрон и продукты его переработки – битум и асфальт используют для изготовления дорожных покрытий.
Полученные в результате ректификации нефти продукты подвергают химической переработке. Один из них – это крекинг.
Крекинг – это термическое разложение нефтепродуктов, которое приводит к образованию УВ с меньшим числом атомов углерода в молекуле. (Использую электронный учебник МарГТУ, где рассказывается о видах крекинга).
Учащиеся сравнивают термический и каталитический крекинги. (Слайд № 16)
Термический крекинг.
Расщепление молекул углеводородов протекает при более высокой температуре (470-5500 С). Процесс протекает медленно, образуются углеводороды с неразветвленной цепью атомов углерода. В бензине, полученном в результате термического крекинга, наряду с предельными углеводородами, содержится много непредельных углеводородов. Поэтому этот бензин обладает большей детонационной стойкостью, чем бензин прямой перегонки. В бензине термического крекинга содержится много непредельных углеводородов, которые легко окисляются и полимеризуются. Поэтому этот бензин менее устойчив при хранении. При его сгорании могут засориться различные части двигателя.
Каталитический крекинг.
Расщепление молекул углеводородов протекает в присутствии катализаторов и при более низкой температуре (450-5000 С). Главное внимание уделяют бензину. Его стараются получить больше и обязательно лучшего качества. Каталитический крекинг появился именно в результате долголетней, упорной борьбы нефтяников за повышение качества бензина. По сравнению с термическим крекингом процесс протекает значительно быстрее, при этом происходит не только расщепление молекул углеводородов, но и их изомеризация, т.е. образуются углеводороды с разветвленной цепью атомов углеродов. Бензин каталитического крекинга по сравнению с бензином термического крекинга обладает еще большей детонационной стойкостью.
Каменный уголь. (Я знакомлю учащихся с происхождением каменного угля, основными запасами, добыче, физическими свойствами, продуктами переработки).
Происхождение: (использую электронный учебник МарГТУ, где рассказывают о происхождении каменного угля).
Основные запасы: (слайд № 18) На карте показываю учащимся наиболее крупные по объему добычи месторождения каменного угля в России - это Тунгусский, Кузнецкий, Печорский бассейны.
Добыча: (использую электронный учебник МарГТУ, где рассказывают о добыче каменного угля).
- Коксовый газ – в состав которого входят Н 2 , СН 4 , СО, СО 2 , примеси NH 3 , N 2 и других газов,
- Каменноугольная смола – содержит несколько сотен различных органических веществ, в том числе бензол и его гомологи, фенол и ароматические спирты, нафталин и различные гетероциклические соединения,
- Надсмольная, или аммиачная вода – содержит растворенный аммиак, а также фенол, сероводород и другие вещества,
- Кокс – твердый остаток коксования, практически чистый углерод.
Природный и нефтяной попутные газы. (Я знакомлю учащихся с основными запасами, добыче,составом, продуктами переработки).
III. Обобщение.
В обобщающей части урока при помощи программы Turning Point я составила тест. Учащиеся вооружились пультами. При появлении вопроса на экране, нажатием соответствующей кнопки, они выбирают правильный ответ.
1. Основными компонентами природного газа являются:
- Этан;
- Пропан;
- Метан;
- Бутан.
2. Какая фракция перегонки нефти содержит от 4 до 9 атомов углерода в молекуле?
- Лигроин;
- Газойль;
- Бензин;
- Керосин.
3. В чем заключается смысл крекинга тяжелых нефтепродуктов?
- Получение метана;
- Получение бензиновых фракций с высокой детонационной стойкостью;
- Получение синтез-газа;
- Получение водорода.
4. Какой процесс не относится к переработке нефти?
- Коксование;
- Фракционная перегонка;
- Каталитический крекинг;
- Термический крекинг.
5. Какое из перечисленных события является наиболее опасным для водных экосистем?
- Нарушение герметичности нефтепровода;
- Разлив нефти в результате аварии танкера;
- Нарушение технологии при глубинной добыче нефти на суше;
- Транспортировка каменного угля морем.
6. Из метана, образующего природный газ, получают:
- Синтез-газ;
- Этилен;
- Ацетилен;
- Бутадиен.
7. Какие особенности отличают бензин каталитического крекинга от бензина прямой перегонки нефти?
- Присутствие алкенов;
- Присутствие алкинов;
- Присутствие углеводородов с разветвленной цепью атомов углерода;
- Высокая детонационная стойкость.
Результат тестирования сразу виден на экране.
Домашнее задание: § 10, упр.1 – 8
Литература:
- Л.Ю.Аликберова “Занимательная химия”.– М.: “АСТ-Пресс”, 1999.
- О.С.Габриелян, И.Г.Остроумов “Настольная книга учителя химии 10 класс”.– М.: “Блик и К”, 2001.
- О.С.Габриелян, Ф.Н.Маскаев, С.Ю.Пономарев, В.И.Теренин “Химия 10 класс”.– М.: “Дрофа”, 2003.
Загрузка...
