МОУ «Новогремяченская СОШ»
Урок по химии
Переработка нефти. Экологические проблемы
Учитель: Андриенко
Наталья Валентиновна
уч. г.
Цели:
- актуализировать знания учащихся об основных источниках углеводородов;
- создать условия для активной самостоятельной работы детей;
- формировать умение видеть перспективы развития и основные подходы к решению проблем современности;
- формировать гуманное отношение к биосфере и человечеству в частности;
- формировать активную жизненную позицию учащихся при оценке глобальных проблем человечества;
- развивать навыки коммуникативной культуры и умение сотрудничества при работе в группе.
Ход урока.
I. Организационный момент.
II. Подготовка к восприятию нового материала.
1. Выступления учащихся.
?1.Что собой внешне представляет нефть и каков состав этой жидкости?
Нефть и ее состав
 |
Нефть - маслянистая жидкость от светло-коричневого до темно-бурого, почти черного цвета, с характерным запахом, в воде не растворяется, образует на поверхности воды пленку, не пропускающую воздух. Нефть – это сложная смесь насыщенных и ароматических углеводородов, циклопарафинов, а также некоторых органических соединений, содержащих гетероатомы – кислород, серу, азот и др. Каких только восторженных имен не давали люди нефти: и «черное золото», и «кровь земли». Нефть и в самом деле заслуживает нашего восхищения и благодарности.
По составу нефть бывает: парафиновая – состоит из алканов с прямой и разветвленной цепью; нафтеновая – содержит предельные циклические углеводороды; ароматическая – включает ароматические углеводороды (бензол и его гомологи). Несмотря на сложный компонентный состав, элементный состав нефти более-менее одинаков: в среднем 82-87% углерода, 11-14% водорода, 2-6% других элементов (кислород, сера, азот).
Нефть | Содержание углеводородов в весовых % | ||
Парафины (алканы) | Нафтены (циклоалканы) | Ароматические
| |
Грозненская парафинистая | 41 | 47 | 12 |
Туймазинская | 37 | 38 | 24 |
Доссорская | 17 | 73 | 9 |
Шимбайская | 35 | 30 | 31 |
Ромашкинская | 41 | 32 | 27 |
Немного истории
В 1859 г. в США, в штате Пенсильвания 40-летний Эдвин Дрейк с помощью собственного упорства, денег нефтяной компании и старого парового двигателя пробурил скважину глубиной 22 метра и извлек из нее первую нефть.
 |
Приоритет Дрейка как пионера в области бурения скважин оспаривается, однако его имя все равно связано с началом эры. Нефть обнаружили во многих частях света. Человечество наконец приобрело в большом количестве превосходный источник искусственного освещения… и не только. Не за горами автомобильная эра, пластмассы и многое другое.
?2.Можно ли выразить состав нефти одной формулой?
Состав нефти непостоянный. Нефть это смесь углеводородов.
?3.Какие существуют теории происхождения нефти?
Каково происхождение нефти?
 |
В среде ученых доминировали две основные концепции: органическая и неорганическая. Согласно первой концепции, органические остатки, захороненные в осадочных породах, с течением времени разлагаются, превращаясь в нефть, уголь и природный газ; более подвижные нефть и газ затем скапливаются в верхних пластах осадочных пород, имеющих поры. Другие ученые утверждают, что нефть образуется на «больших глубинах в мантии Земли».
Русский ученый-химик был сторонником неорганической концепции. В 1877г. он предложил минеральную (карбидную) гипотезу, согласно которой возникновение нефти связано с проникновением воды вглубь Земли по разломам, где под воздействием ее на «углеродистые металлы» и получаются углеводороды.
Еще была гипотеза космического происхождения нефти – из углеводородов, содержавшихся в газовой оболочке Земли еще во время ее звездного состояния.
С 1950-з гг. были получены убедительные доказательства биогенной природы нефти. Детальное изучение, сравнение молекулярного состава углеводородов (и их биохимических предшественников) в органическом веществе осадочных пород и в различных нефтях из залежей, изучение распределения стабильных изотопов углерода (12С, 13С) в нефтях, органическом веществе пород и в организмах и многое другое подтвердило неправомочность неорганических гипотез.
Нефть и русские ученые
Поисками нефти и ее изучением занимались многие русские ученые: высказал первую научную гипотезу происхождения нефти; разработал способ непрерывной перегонки нефти; занимался изучением химического состава нефти; – один из организаторов нашей нефтяной геологии.
?4.Одинаковыми ли физическими свойствами обладает нефть различных месторождений?
Нефть имеет несколько различные физические свойства, это объясняется ее различным составом.
?5.Какой метод можно предложить для разделения углеводородов, входящих в состав нефти? На чем он должен быть основан? Какова цель переработки нефти?
Переработка нефти
Переработка нефти, или ректификация, - это процесс термического разделения нефти и нефтепродуктов на фракции по температуре кипения.
Перегонка – это физический процесс.
Существует два метода переработки нефти: физический (первичная переработка) и химический (вторичная переработка).
Первичную переработку нефти осуществляют в ректификационной колонне – аппарате для разделения жидких смесей веществ, различающихся по температуре кипения.
 |
 |
 |
Фракции нефти и основные области их использования:
- бензин – автомобильное топливо;
- керосин – авиационное топливо;
- лигроин – производство пластмасс, сырье для получения бензина при вторичной переработке;
- газойль – дизельное и котельное топливо, сырье для вторичной переработки;
- мазут – заводское топливо, парафины, смазочные масла, битумы.
?6.Что такое крекинг нефти? Какие его виды существуют?
Крекинг
При первичной переработке нефти выход бензина составляет 20%. Поэтому необходима вторичная переработка – крекинг и риформинг – химические методы получения бензина, переработка не самой нефти, а ее высококипящих фракций. Выход бензина при данной переработке составляет 80%.
Крекинг – это процесс термического и каталитического расщепления молекул тяжелых углеводородов, содержащихся в нефти, на вещества с меньшим числом углеродных атомов в молекуле. Продукты крекинга определяются структурой и составом исходной смеси углеводородов и условиями проведения крекинга. Промышленный крекинг был разработан русским инженером (впоследствии академиком) еще в 1891г.. Однако первые установки крекинга в нашей стране были построены только в советское время.
Различают два основных типа крекинга - термический и каталитический.
Термический крекинг проводят при температуре 470-540 0С и давлении 40-60 атм.. Ему обычно подвергаются высококипящие нефтяные фракции, например мазут. При термическом крекинге с молекулами углеводородов происходят следующие процессы, которые протекают одновременно: расщепление, изомеризация, ароматизация, алкилирование.
Каталитический крекинг проводят в присутствии катализатора при температуре 450-520 0С и атмосферном давлении. Каталитическому крекингу подвергают дизельную (газоль-соляровую) фракцию. Каталитический крекинг более прогрессивный метод переработки нефтяных продуктов, чем термический.
Риформинг – это каталитический процесс промышленной переработки бензиновой и лигроиновой фракций нефти с целью получения ароматических углеводородов и бензина более высокого качества. До внедрения этого процесса в промышленность бензол, толуол и другие ароматические вещества получали при коксовании углей.
2.Выполнение заданий.
 |
Задание 1
 |
3.Работа в группах.
Задание 2
Вариант I
Известно, что важнейшей составной частью природного газа является метан. Из метана можно получить большое количество веществ, имеющих применение в народном хозяйстве. Напишите уравнения для предложенной ниже схемы превращений метана, назовите полученные продукты и предложите способы их применения.
CО2 5 4 1 2 С6Н6 С2Н2 СН4 ® СН3Сl ¯6 ¯3 С6Н6Сl6 C+Н2 |
Вариант II
Из нефти и продуктов ее крекинга можно извлечь достаточно большое количество гексана. Из гексана можно получить большое количество веществ, применяющихся в народном хозяйстве. Напишите уравнения для предложенной ниже схемы превращений гексана, назовите полученные продукты и предложите способы их применения.
1 5
¯ 6 2 С6Н6Сl 4 СН4 + С2Н4 ® (-СН2-СН2-)n ¯3 С2Н2 |
С3Н6 + С3Н8 С6Н14 ® С6Н6Вариант III
Напишите уравнения реакций, которые могут протекать с углеводородом гексадеканом (С16Н34) при крекинге нефтепродуктов.
Вариант IV
Напишите уравнения реакций, которые могут протекать с углеводородом додеканом (С12Н26) при крекинге нефтепродуктов.
Вариант V
Перечислите области применения продуктов, полученных в результате перегонки нефти.
 |
III. Изучение нового материала.
1.Постановка проблемы.
?7.С какими проблемами может столкнуться человечество при добыче, транспортировке и переработке нефти?
Экологические проблемы
Ежегодно в Мировой океан сбрасывается около 10 млн. т нефти, часть поверхности воды уже покрыта тончайшей радужной пленкой.
Источники загрязнений:
vАварии танкеров и буровых платформ;
vСброс балластных и очистных вод;
vПринос загрязняющих компонентов реками.
 |
Такое положение чревато многими неприятностями глобального масштаба. Тончайшая пленка нефти на поверхности воды уменьшает испарения с этого участка на 60%. В результате усиливается нагрев водной поверхности. Воздух из-за пленки мало насыщается влагой (водяными парами), поэтому, проходя над континентами, такие воздушные массы дадут мало осадков. Перепад температур также способствует возникновению более частых циклонов. Разлитая нефть лишает кислорода рыб и других обитателей океана. Тонна нефти может загрязнить около 12 км2 поверхности океана, погубить в нем все живое: планктон, молодь рыб, многие водоросли - то, что находится большую часть времени именно в приповерхностных слоях воды, где встреча с нефтью более вероятна. Достается от нефтяных загрязнений даже тем обитателям, которые постоянно проживают в глубине, например коралловые полипы могут жить лишь в чистой, прозрачной воде. А вместе с кораллами гибнут и те обитатели моря, которые привыкли жить и кормиться в районе рифов.
Нефть досаждает и океанским млекопитающим: китам, дельфинам, тюленям, а также птицам. Если тюлень вынырнет в районе нефтяного пятна, его запачканный мех перестанет быть надежным теплоизолятором. То же самое происходит и с птичьим оперением.
Проникая в глубину перьевого покрова, нефть нарушает его структуру и теплоизолирующие свойства. Кроме того, чистя перья клювом, птицы довольно часто заглатывают капли нефти и отравляются. От нефтяного отравления погибают даже киты. Массовую гибель китов, которые выбрасываются на берег, некоторые ученые связывают с губительным воздействием нефти на организм.
Нефть попадает в воду при разведке и добыче с плавающих или стационарных, работающих на прибрежном шельфе буровых платформ; при загрязнении рек химическими и нефтеперерабатывающими заводами; при авариях и катастрофах морских танкеров…
Общее количество нефти, разлитое танкерами за период с 1970 по 2000г., составляет более 5 млн. т. Самый большой разлив нефти случился в 1979г., когда «Атлантик Экспресс» столкнулся с «Эгеан Кэптен» в Карибском море, в результате чего разлилось почти 300 тыс. т нефти.
Однако, чаще всего разливы нефти бывают при погрузке, разгрузке и бункеровке. Наверное, самый худший вариант – преднамеренный выброс нефти. Как это было в 1991г. в Персидском заливе.
2.Пути решения проблемы.
Способы очистки от нефтяных пятен
Идеального метода нет. Поэтому поиски новых технологий очистки рек и морей от нефти продолжаются. Из существующих методов можно выбрать самый эффективный. Сейчас я расскажу вам про способы удаления нефти, а вы заполните таблицу.
Оценивать методы будете по четырем критериям: денежные затраты, трудности из-за природных условий и экологические проблемы. Оценка ведется по 6-бальной системе от 0 до 5. чем меньше баллов наберется у того или иного метода, тем этот метод лучше, и наоборот.
Задание 3
Вам предстоит выбрать на основании анализа самый эффективный метод очистки морской, речной воды от нефтяного загрязнения и заполнить таблицу.
Метод | Критерии методов | ||||
Денежные затраты | Временные затраты | Трудности из-за природных условий | Экологические проблемы | Итого | |
Самоликвидация | |||||
Химическое рассеивание | |||||
Поглощение | |||||
Ограждение и механическое удаление | |||||
Биоремедитация |
На сегодняшний день существует пять методов борьбы с загрязнениями нефтью в океане.
1.Самоликвидация – этот метод применяют в том случае, если нефть разлита далеко от берегов и пятно небольшое (в этом случае пятно лучше не трогать). Постепенно оно растворится в воде и частично испарится. Иногда нефть не исчезает и через несколько лет, мелкие пятна достигают побережья в виде кусочков скользкой смолы.
Итак: не используются химические препараты; нефть держится на поверхности длительное время.
2.Химическое рассеивание. Существуют химические препараты для ликвидации нефтяных пятен.
Диспергенты – вещества, которые разбивают нефтяной слой на мельчайшие капельки, не смешивающиеся друг с другом. Применяют для активизации естественного рассеивания нефти.
Итак: используются химические препараты; метод дорогой, позволяющий оперативно удалять нефть с поверхности.
Сюда же можно отнести и осаждение. Ученые обнаружили, что если нефтяное пятно посыпать слоем мела, то мел будет впитывать в себя нефть и очень быстро тонуть, очищая таким образом поверхность воды от нефтяных пятен, однако, нефть остается на дне и продолжает отравлять флору и фауну океана. Основная цель разбивания на мельчайшие капельки диспергентами и осаждения мелом – быстрое удаление нефти с поверхности воды, раньше, чем разлив нефти достигнет более экологически уязвимого района.
З.Поглощение. Всем вам известна солома и торф. Они поглощают нефть, после чего их можно аккуратно собрать и вывезти с последующим уничтожением. Этот метод годится лишь в условиях штиля и только для небольших пятен. Способ весьма популярен в последнее время из-за большой дешевизны и высокой эффективности. Существуют и другие сорбенты – вещества, впитывающие нефть и позволяющие затем удалить ее с поверхности воды.
Итак: метод дешевый, зависимый от внешних условий.
4.Ограждение и последующее механическое удаление нефти. Если нефтяное пятно окружить плавающими заграждениями, оно не будет увеличиваться в размерах. Такие заграждения можно даже передвигать в удобное для ликвидации нефти место. Затем специальное судно откачивает нефть насосами. Но эту откачанную нефть использовать как топливо нельзя, кроме того, этот метод применяется только при спокойной погоде, т. е. когда на море нет волн. А, если авария произошла в полярных водах, нефть становится вязкой, что влечет за собой некоторые трудности.
Итак: не используются химические препараты; эффективно в первые часы после разлива, пока толщина нефтяной пленки достаточна для механического удаления.
5.Биологический (биоремедитация). Технология, в основе которой лежит использование микроорганизмов, способных окислять углеводороды.
Итак: минимальный ущерб, удаление нефти с поверхности, но метод трудоемок, дорог и длителен.
IV. Закрепление.
Разгадайте кроссворд «Природный газ и нефть».
Ключевым словом является название процесса переработки нефтепродуктов.
1.Названия различных нефтепродуктов, получаемых при перегонке нефти (от лат. fraction – разламывание).
2.Название одной из нефтяных фракций.
3.Алкан – основной компонент природного газа.
4.Название горючего для тракторов, реактивных самолетов и ракет.
5. Название горючего для автомобильных двигателей.
6.Остаток от мазута после его вакуумной перегонки.
7.Углеводород – компонент газового бензина, получаемого из попутного нефтяного газа.
V. Подведение итогов.
Добывая бесконтрольно природные источники углеводородов, мы можем лишиться данного исчерпаемого ресурса. Газы, образующиеся при сжигании топлива, загрязняют атмосферу, приводят к таким экологическим проблемам, как кислотные дожди, парниковый эффект, разрушение озонового слоя Земли, образование смога в городах, к болезням человека.
Нефть, а также попутный нефтяной и природный газы, каменный уголь – не только ценнейшие ископаемые источники углеводородов, но и часть уникальной кладовой невосполнимых природных ресурсов, бережное и разумное использование которых – необходимое условие, прогрессивного развития человеческого общества.
?Какакие решения перечисленных проблем можно реализовать в настоящее время?
Искать альтернативные источники топлива, экологически чистые методы переработки.
