Природные источники углеводородов и их переработка

МБОУ Башкирская гимназия № 000

имени района

городского округа город Уфа РБ

«Природные источники углеводородов

и их переработка»

Учитель химии МБОУ «БГ № 000

им. М. Карима» городского округа г. Уфа РБ

Ягафарова Минния Хатмулловна

Уфа-2016

«Природные источники углеводородов и их переработка»

Цели урока:

1.Показать значение природных горючих нефтяных газов как источник энергии и сырья для химической промышленности.

2.Ознакомить с составом свойствами нефти, способа переработки, показать направления использования нефти в качестве топлива и химического сырья.

3.Ознакомить с химической переработкой каменного угля и применением продуктов коксования.

4.Продолжить формирование знаний школьников о комплексном использовании сырья, о современной технологии, применяемой при синтезе полимеров, об охране окружающей среды.

5.Проверить умения учащихся решать химические задачи, составлять уравнения реакций, отражающих генетическую взаимосвязь углеводородов.

6.Продолжить формирование умений анализировать, вести дискуссию, развивать навыки общения.

7. Формировать черты социально направленной личности.

План урока.

1.Природные горючие и нефтяные газы:

- состав природных и нефтяных газов;

- применение природных газов;

- применение попутных газов.

2. Нефть:

- нахождение в природе;

- состав и состав нефти;

- первичная переработка нефти;

- характеристика продуктов, получаемых при перегонке нефти и их применение;

- крекинг - вторичная переработка нефти;

- риформинг и его значение.

3. Каменный уголь:

- нахождение в пртроде;

- продукты коксования и их применение;

- перспективы развития углехимии.

4.Экологические проблемы, связан. с нефтеперерабатывающим и коксохимическим производствами.

5. Обобщение по теме урока.

Ход урока.

1.Природные горючие и нефтяные попутные газы.

Природные горючие газы – смеси газообразных углеводородов различного строения, заполняющие поры и пустоты горных пород, рассеянные в почвах, растворенные и пластовых водах.

Природный газ представляет смесь различных алканов. Основным компонентом природного газа является метан ( 75-99% в зависимости от месторождения ). В состав природного газа входят также этан, пропан, бутан, изобутан, азот, углекислый газ. Важное преимущество метана как топливо – это его экологическая чистота ( показать горение метана – опыт по диску ).

Сообщение ученика по опорному конспекту № 1.

Нефтяные попутные газы–это смеси углеводородов смеси углеводородов, сопутствующие нефти и выделяющиеся при ее добыче на газонефтяных месторождениях. Эти газы находятся в нефти в растворенном виде и выделяются из нее вследствие снижения давления при подъеме нефти на поверхность земли. Состав природных и попутных газов разных месторождений различен, они содержат в своем составе алканы от 1 до 6 атомов С и применяют их в качестве топлива и в качестве сырья для химической промышленности. Попутный газ разделяют на фракции, и при этом получают :

- газовый бензин;

- пропан - бутановую смесь;

- сухой газ.

Помимо этого, попутный нефтяной газ используют в качестве сырья для химических производств, из него получают водород, ацетилен, алкены, арены и их производные.

Сообщение ученика по опорному конспекту № 1 - применение попутных газов (составить уравнения химических реакций по опорному конспекту ).

Вывод: Попутные газы более разнообразны по углеводородным компонентам, чем природные, поэтому их выгоднее использовать как химическое сырье.

Применение природных газов:

1.90% используют в качестве топлива.

2.10% используют в качестве химического сырья:

- из метана получают водород, сажу, ацетилен;

- если в газе не менее 3% этан, то его используют для получения этилена.

Нахождение в природе:

-Северная и Западная Сибирь.

- Волго - Уральский бассейн.

- Северный Кавказ (Ставрополье).

- Республика Коми.

- Татарстан.

Таким образом, основные природные источники УВ: нефть, попутный нефтяной и природный газ, каменный уголь.

В настоящее время они дают более 80% всей энергии, потребляемым человечеством. Но в перерабатывающей промышленности должно использоваться УВ сырье должно использоваться для получения разнообразной продукции, но в настоящее время больше 90% добываемой нефти сжигают.

Сейчас приступаем ко второму разделу нашего урока.

2.Нефть

Нефть- это сложная смесь УВ, в основном алканов линейного и разветвленного строения, содержащих в молекулах от 5 до 50 атомов углерода. В состав нефти также входят циклоалканы и ароматические УВ ( бензол и его гомологи ). Кроме УВ, в состав нефти входят различные примеси: органические кислородные и сернистые соединения, вода, соли, песок, глина.

Состав нефти зависит от месторождения.

Нахождение в природе:

- Западная Сибирь - добывается 50% всей нефти.

- Печорский бассейн.

- Республика Коми.

- Башкортостан.

- Татарстан.

Нефть - это сложная смесь УВ различной массы. Соотношение парафинов, циклопарафинов и аренов в нефти разных месторождений различные. Демонстрация нефти.

Нефть - это маслянистая горючая жидкость обычно темного цвета со своеобразным запахом. Она легче воды ( плотность 0,73-0,97г/см ), в воде не растворяется. Кроме УВ в нефти имеются органические соединения, содержащие - кислород, серу, азот, и другие элементы, а также смолы. Всего нефть содержит около 100 различных соединений.

Нефть не имеет постоянную температуру кипения, поэтому в составе смеси УВ сохраняют свои индивидуальные свойства, она кипит, перегоняется в интервале температур. Значит, нефть можно разделить на отдельные фракции с помощью физических методов.

Это ректификация - физический способ разделения смеси компонентов с различными температурами кипения первичная переработка нефти.

Демонстрация первичной переработки нефти - схема (по видео) трубчатой установки для непрерывной перегонке нефти.

Характеристика продуктов, получаемых при перегонке нефти, и их применение.

Сообщение ученика по опорному конспекту таблицы:

- светлые продукты: бензин, лигроин, керосин, газойль.

-темные продукты: мазут ( перегоняют при низкой температуре, чтобы предупредить разложение ),после перегонки : смазочные масла, гудрон ( нефтяной пек ).

Необходимо запомнить следующее: нефть имеет в своем составе большое число различных соединений, близкие по температуре кипения, поэтому выделение индивидуальных УВ из нефти затруднено.

Мазут - остаток перегонки может использоваться как топливо, его применяют для подогрева нефти в трубчатой печи, также можно подвергнуть ректификации и получить смазочные масла и гудрон.

Недостатки прямой перегонки нефти:

выход бензина составляет около 15-20%, содержащий в своем составе алканов нормального строения.

Но в конце 19 века русский ученый разработал способ увеличения выхода бензина из нефти, полученный способ получил названия - КРЕКИНГ.

Сущность крекинга заключается в том, что при сильном нагревании нефти (около 500 С) происходит разрыв связей С-С, в результате большие, тяжелые молекулы расщепляются на более легкие, образуется сложная смесь алкана и алкена.

Сообщение ученика по опорному конспекту № 2 - крекинг - вторичная переработка нефти.

Вопросы:

1.Для чего необходим крекинг? (для увеличения количества бензина, так и для улучшения его качества).

2.Какие виды крекинга вы знаете? (термический, каталитический, крекинг высокого давления, восстановительный крекинг)

3.В чем заключается сущность 2-х основных процессов?( 1-й физический процесс (ректификация), а 2 - ой химический (крекинг).

4.Количество бензина, извлекаемое из нефти, не удовлетворяет стремительно возрастающий рост на него. Как изыскать возможности получения из нефти? (Из более крупных молекул фракций можно получить более мелкие, более летучие молекулы, отвечающие составу нефти.

5.Во всем ли крекинг - бензин аналогичен бензину, получаемому непосредственно из нефти (в крекинг бензине много непредельных углеводородов)

6.Сказывается ли присутствие непредельных углеводородов на свойствах бензина? (Такой бензин мало пригоден для использования в качестве моторного топлива. Решить эту проблему помог процесс каталитического крекинга, позволивший направить реакции в сторону получения разветвленных углеводородов и уменьшить количество образующихся непредельных углеводородов. В результате повысилась устойчивость бензина при хранении и выросло его октановое число.

Сообщение ученика о детонационной стойкости бензина и об октановом числе.

Риформинг- это переработка бензиновых и лигроиновых фракций нефти для получения автомобильных бензинов, процесс превращения парафинов и циклопарпфинов в ароматические УВ, вследствие чего повышается октановое число бензинов

Сообщение ученика по опорному конспекту №3–риформинг (ароматизация и его значение).

Решение задач № 1 и № 2 .

3.Каменный уголь

Каменный уголь - это сложная смесь высокомолекулярных соединений, в состав которых входят следующие элементы: С, Н, N, S, О. Он образует мощные пласты в земных недрах, его запасы значительно превышают запасы нефти. Как и нефть каменный уголь содержит большое количество различных органических веществ. Кроме органических соединений, в его состав и неорганические вещества, например: вода, аммиак, сероводород и конечно сам С.

Одним из способов переработки каменного угля является коксование - прокаливание без доступа воздуха. В результате коксования образуются:

- коксовый газ, в состав которых входят: метан, угарный и углекислый газ, примеси аммиака, азота и других газов;

- каменноугольная смола, содержащая, содержащая несколько сотен различных органических соединений, в том числе арены: бензол и его гомологи, фенол ароматические спирты, нафталин, различные гетероциклические соединения;

- надсмольная, или аммиачная вода, содержащая аммиак, фенол, сероводород.

- кокс - твердый остаток коксования, это практически чистый кокс.(применяется в производстве чугуна и стали)

Сообщение ученика по опорному конспекту №4 - продукты коксования и их применение.

Строение атома С и его аллотропные модификации: алмаз, графит, карбин и фуллерены (строение показать по видеосужету).

Перспективы развития углехимии:

1.Получение жидкого топлива из углеводородов. Жидкое синтетическое топливо - это высокооктановый бензин, дизельное и котельное топливо. Чтобы получить жидкое топливо из угля, необходимо увеличить в нем содержание водорода путем гидрирования. Гидрогенизацию проводят с использованием многократной циркуляции, которая позволяет превратить в жидкость газы всю органическую массу угля.

2.Газификация угля. Газификация угля позволит использовать низкокачественные бурый и каменный угли на теплоэлектростанциях, не загрязняя окружающую среду соединениями серы. Это единственный метод получения концентрированного монооксида С - угарного газа.

3.Экологические проблемы, связанные с нефтеперерабатывающими коксохимическим производствами

Сообщение ученика по этой теме.

Учитель:

- Необходимо удалять серу и азот из нефтепродуктов, чтобы при сжигании топлива атмосфера не отравлялась вредными оксидами.

- Охранять среду от загрязнений отходами производства, от утечки нефти и нефтепродуктов.

- коксохимическое производство и производства по переработке продуктов коксования обязательно должны быть оборудованы пылеуловителями, предотвращая попадание в окружающую среду вредных веществ.

- Например, при загрузке шихты и выдаче 1т. Кокса выбрасывается: 0,75кг пыли, 0,55кг сероводорода, 0,07кг аммиака, 0,0004кг цианидов, 0,13кг фенола, 0,16кг ароматических углеводородов.

5.Обобщение по теме урока (вопросы и тестовые задания с обсуждением ответов по теме)

n  Обсудите с приведением уравнений возможные химические превращения при крекинге октадекана (С18 Н38 ).

n  Сравните углеводороды различного строения по детонационной стойкости. Что способствует повышению октанового числа автомобильного горючего?

n  Назовите возможные химические синтезы на основе газов крекинга – нефти и коксования каменного угля, приведите соответствующие уравнения реакций.

n  Какие меры, помимо отмеченных на уроке, вы можете предложить на предприятиях по переработке газа, нефти, каменного угля для защиты окружающей среды от возможных загрязнений? Ответ поясните. Какие химические процессы можно осуществить на основе использования природного и попутного нефтяного газов? Составьте уравнения реакций.

Вывод - таким образом попутный нефтяной и природный газы, каменный уголь не только ценнейшие источники углеводородов, но часть уникальной кладовой невосполнимых природных ресурсов, бережное и разумное использование которых - необходимое условие прогрессивного развития человеческого общества