Основные источники углеводородов. Реферат по химии на тему "углеводороды и их природные источники"

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 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).

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

Происхождение горючих ископаемых.

Кроме того, что из органических веществ состоят все живые организмы, основным источником органических соединений являются: нефть, уголь, природный и сопутствующий нефтяной газы.

Нефть, уголь и природный газ – это источники углеводородов.

Эти природные ископаемые используют:

· В качестве топлива (источника энергии и теплоты) – это обычное сжигание;

· В виде сырья для дальнейшей переработки – это органический синтез.

Теории происхождения органических веществ:

1- Теория органического происхождения.

Согласно этой теории залежи образовались из остатков вымерших растительных и животных организмов, превратившихся в смесь углеводородов в толще земной коры под действием бактерий, высоких давления и температуры.

2- Теория минерального (вулканического) происхождения нефти.

Согласно этой теории нефть, уголь и природный газ образовались на первичной стадии формирования планеты Земля. При этом металлы соединялись с углеродом, образуя карбиды. В результате реакции карбидов с водяным паром в глубинах планеты образовались газообразные углеводороды, в частности метан и ацетилен. А под влиянием нагревания, радиации и катализаторов из них образовались другие соединения, содержащиеся в нефти. В верхних слоях литосферы жидкие нефтяные компоненты испарялись, жидкость загустевала, превращалась в асфальт и затем в уголь.

Эту теорию вначале высказал Д.И.Менделеев, а затем в 20-м веке французский ученый П.Сабатье смоделировал описанный процесс в лаборатории и получил смесь углеводородов, подобную нефти.

Основным компонентом природного газа является метан. В нем содержатся также этан, пропан, бутан. Чем выше молекулярная масса углеводорода, тем меньше его содержится в природном газе.

Применение: при сгорании природного газа выделяется много теплоты, поэтому он служит энергетически эффективным и дешевым топливом в промышленности. Природный газ также является источником сырья для химической промышленности: получение ацетилена, этилена, водорода, сажи, различных пластмасс, уксусной кислоты, красителей, медикаментов и других продуктов.

Попутные нефтяные газы находятся в природе над нефтью или растворены в ней под давлением. Ранее попутные нефтяные газы не находили применение, их сжигали. В настоящее время их улавливают и используют как топливо и ценное химическое сырьё. В попутных газах содержится меньше метана, чем в природном газе, но в них значительно больше его гомологов. Попутные нефтяные газы разделяют до более узкого состава.

Например: газовый бензин – смесь пентана, гексана и других углеводородов добавляют к бензину для улучшения запуска двигателя; пропан-бутановая фракция в виде сжиженного газа применяется как топливо; сухой газ – по составу сходен с природным – используют для получения ацетилена, водорода, а также как топливо.иногда попутные нефтяные газы подвергают более тчательному разделению и извлекают из них индивидуальные углеводороды, из которых затем получают непредельные углеводороды.

Одним из самых распространенных видов топлива и сырья для органического синтеза остается каменный уголь. Какие виды каменного угля бывают, откуда уголь берут и для получения каких продуктов его используют – это основные вопросы, которые мы с вами сегодня на уроке рассмотрим. Как источник химических веществ каменный уголь начал использоваться раньше, чем нефть и природный газ.

Каменный уголь – это не индивидуальное вещество. В его состав входят: свободный углерод (до 10%), органические вещества, содержащие кроме углерода и водорода – кислород, серу, азот, минеральные вещества, которые остаются в виде шлака при сжигании угля.

Уголь – это твердое горючее полезное ископаемо органического происхождения. Согласно биогенной гипотезе – он образовался из отмерших растений в результате жизнедеятельности микроорганизмов в каменноугольном периоде палеозойской эры (около 300млн лет назад). Уголь дешевле нефти, он более равномерно распределен в земной коре, его природные запасы намного превосходят запасы нефти и, по прогнозам ученных, не будут исчерпаны еще в течение века.

Образование угля из растительных остатков (углефикация) происходит в несколько стадий: торф – бурый уголь – каменный уголь – антрацит.

Процесс углефикации состоит в постепенном увеличении относительного содержания углерода в органическом веществе в следствие его обеднения кислородом и водородом. Образование торфа и бурого угля происходит в результате биохимического разложения растительных остатков без доступа кислорода. Переход бурого угля в - каменный происходит под воздействием повышенных температур и давления, связанных с горообразующими и вулканическими процессами.

Переработка нефти

Нефть представляет собой многокомпонентную смесь различных веществ преимущественно углеводородов. Данные компоненты отличаются друг от друга по температурам кипения. В связи с этим, если нагревать нефть, то сначала из нее будут улетучиваться наиболее легкокипящие компоненты, затем соединения с более высокой температурой кипения и т.д. На данном явлении основана первичная переработка нефти , заключающаяся в перегонке (ректификации) нефти. Данный процесс называют первичным, поскольку предполагается, что при его протекании не происходят химические превращения веществ, а нефть лишь разделяется на фракции с различными температурами кипения. Ниже представлена принципиальная схема ректификационной колонны с кратким описанием самого процесса перегонки:

Перед процессом ректификации нефть специальным образом подготавливают, а именно, избавляют от примесной воды с растворенными в ней солями и от твердых механических примесей. Подготовленная таким образом нефть поступает в трубчатую печь, где нагревается до высокой температуры (320-350 о С). После нагревания в трубчатой печи нефть, обладающая высокой температурой, поступает в нижнюю часть ректификационной колонны, где происходит испарение отдельных фракций и подъем их паров вверх по ректификационной колонне. Чем выше находится участок ректификационной колонны, тем его температура ниже. Таким образом, на разной высоте отбирают следующие фракции:

1) ректификационные газы (отбирают в самой верхней части колонны, в связи с чем их температура кипения не превышает 40 о С);

2) бензиновая фракция (температуры кипения от 35 до 200 о С);

3) лигроиновая фракция (температуры кипения от 150 до 250 о С);

4) керосиновая фракция (температуры кипения от 190 до 300 о С);

5) дизельную фракцию (температуры кипения от 200 до 300 о С);

6) мазут (температуры кипения более 350 о С).

Следует отметить, что средние фракции, выделяемые при ректификации нефти, не удовлетворяют стандартам, предъявляемым к качествам топлив. Кроме того, в результате перегонки нефти образуется немалое количество мазута — далеко не самого востребованного продукта. В связи с этим после первичной переработки нефти стоит задача повышения выхода более дорогих, в частности, бензиновых фракций, а также повышения качества этих фракций. Эти задачи решаются с применением различных процессов вторичной переработки нефти , например, таких как крекинг и риформинг .

Следует отметить, что количество процессов, используемых при вторичной переработке нефти, значительно больше, и мы затрагиваем лишь одни из основных. Давайте теперь разберемся, в чем же заключается смысл этих процессов.

Крекинг (термический или каталитический)

Данный процесс предназначен для повышения выхода бензиновой фракции. Для этой цели тяжелые фракции, например, мазут подвергают сильному нагреванию чаще всего в присутствии катализатора. В результате такого воздействия длинноцепочечные молекулы, входящие в состав тяжелых фракций, рвутся и образуются углеводороды с меньшей молекулярной массой. Фактически это приводит к дополнительному выходу более ценной, чем исходный мазут, бензиновой фракции. Химическую суть данного процесса отражает уравнение:

Риформинг

Данный процесс выполняет задачу улучшения качества бензиновой фракции, в частности повышения ее детонационной устойчивости (октанового числа). Именно эта характеристика бензинов указывается на бензозаправках (92-й, 95-й, 98-й бензин и т.д.).

В результате процесса риформинга повышается доля ароматических углеводородов в бензиновой фракции, имеющих среди прочих углеводородов одни из самых высоких октановых чисел. Достигается такое увеличение доли ароматических углеводородов в основном в результате протекания при процессе риформинга реакций дегидроциклизации. Например, при достаточно сильном нагревании н -гексана в присутствии платинового катализатора он превращается в бензол, а н-гептан аналогичным образом — в толуол:

Переработка каменного угля

Основным способом переработки каменного угля является коксование . Коксованием угля называют процесс, при котором уголь нагревают без доступа воздуха. При этом в результате такого нагревания из угля выделяют четыре основных продукта:

1) Кокс

Твердая субстанция, представляющая собой практически чистый углерод.

2) Каменноугольная смола

Содержит большое количество разнообразных преимущественно ароматических соединений, таких как бензол его гомологи, фенолы, ароматические спирты, нафталин, гомологи нафталина и т.д.;

3) Аммиачная вода

Несмотря на свое название данная фракция, помимо аммиака и воды, содержит также фенол, сероводород и некоторые другие соединения.

4) Коксовый газ

Основными компонентами коксового газа являются водород, метан, углекислый газ, азот, этилен и т.д.

Cлайд 1

Cлайд 2

Cлайд 3

Cлайд 4

Cлайд 5

Cлайд 6

Cлайд 7

Cлайд 8

Cлайд 9

Cлайд 10

Cлайд 11

Cлайд 12

Cлайд 13

Cлайд 14

Cлайд 15

Cлайд 16

Cлайд 17

Cлайд 18

Основные источники углеводородов - нефть, природный и попутный нефтяной газы, уголь. Запасы их не безграничны. По оценкам ученых, при современных темпах добыч и потреблений их хватит: нефти – 30 - 90 лет, газа - на 50 лет, угля - на 300 лет.

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- маслянистая жидкость 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, циклопарафином, а также некоторых органических соединений, содержащих гетероатомы - кислород, серу, азот и тр. Каких только восторженных имен не давали люди нефти: и «Черное золото», и «Кровь земли». Нефть и в самом деле заслуживает нашего восхищения и благородности.

По составу нефть бывает: парафиновая- состоит из алканов с прямой и разветвленной цепью; нафтеновая - содержит предельные циклические углеводороды; ароматическая - включает в ароматические углеводороды (бензол и его гомологи). Несмотря на сложный компонентный состав, элементный состав нефтей более - менее одинаков: в среднем 82- 87 % углеводорода, 11-14 % водорода, 2- 6 % др.элементов (кислород, сера, азот).

Немного истории .

В 1859 г. В США, в штате Пенсильвания 40-летний Эдвин Дрейк с помощью собственного упорства, денег нефтяной копании и старого парового двигателя пробурил скважину глубиной 22 метра и извлек из нее первую нефть.

Приоритет Дрейка как пионера в области бурения нефтяных скважин оспаривается, однако его имя все равно связано с началом нефтяной эры. Нефть обнаружили во многих частях света. Человечество наконец приобрело в большом количестве превосходный источник искусственного освещения….

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 Д.И Менделеев был сторонником неорганической концепции. В 1877 г. Он предложил минеральную (карбидную) гипотезу, согласно которой возникновение нефти связано с проникновением воды в глубь Земли по разломам, где под воздействием ее на «углеродистые металлы» и получаются углеводороды.

Если бы была гипотеза космического происхождения нефти – из углеводородов, содержавшихся в газовой оболочке Земли еще во время ее звездного состояния.

Природный газ- «голубое золото».

Наша страна занимает первое место в мире по запасом природного газа. Важнейшие месторождения этого ценного топлива находятся в Западной Сибири (Уренгойское, Заполярное), в Волго - Уральском бассейне (Вуктыльское, Оренбургское), на Северном Кавказе (Ставропольское).

Для добычи природного газа обычно применяется фонтанный способ. Чтобы газ начал поступать на поверхность, достаточно открыть скважину, пробуренную в газоносном пласте.

Природный газ используется без предварительного разделения, потому что подвергается очистке еще до транспортировке. Из него удаляют в частности: механические примеси, водяные пары, сероводород и др. агрессивные компоненты…..А также большую часть пропана, бутана и более тяжелых углеводородов. Оставшийся практически чистый метан расходуется, во- первых, как топливо: высокая теплота сгорания; экологично;удобно добывать, транспортировать, сжигать, потому что агрегатное состояние- газ.

Во-вторых, метан становится сырьем для получения ацетилена, сажи и водорода; для производства непредельных углеводородов, в первую очередь этилена и пропилена; для органического синтеза: метилового спирта, формальдегида, ацетона, уксусной кислоты и многое другое.

Попутный нефтяной газ

Попутный нефтяной газ по своему происхождению тоже является природным газом. Особое название он получил потому, что находится в залежах вместе с нефтью – он растворен в ней. При извлечении нефти на поверхность он вследствие резкого падения давления отделяется от нее. Россия занимает одно из первых мест по запасам попутного газа и его добычи.

Состав попутного нефтяного газа отличается от природного газа- в нем гораздо больше этана, пропана, бутана и др. углеводородов. Кроме того, в его состав входят такие редкие на Земле газы, как аргон и гелий.

Попутный нефтяной газ - ценное химическое сырье, из него можно получить больше веществ, чем из природного газа. Извлекают для химической переработки и индивидуальные углеводороды: этан, пропан, бутан и др. Из них получают непредельные углеводороды реакцией дегидрирования.

Каменный уголь

Запасы каменного угля в природе значительно превышаю запасы нефти и газа. Уголь- сложная смесь веществ, состоящая из различных соединений углерода, водорода, кислорода, азота и серы. В состав угля входят такие минеральные вещества содержащие соединения многих др. элементов.

Каменные угли имеют состав: углерод- до 98%, водород- до 6%, азот, сера, кислород- до 10%. Но в природе бывают еще и бурые угли. Их состав: углерод- до 75%, водород- до 6%, азот, кислород- до 30%.

Основной способ переработки углей- пиролиз (кокосование)- разложение органических веществ без доступа воздуха при высокой температуре (около 1000 С). При этом получаются следующие продукты: кокс (искусственное твердое топливо повышенной прочности, широко используется в металлургии); каменноугольная смола (используется в химической отрасли промышленности); кокосовый газ (используется в химической отрасли промышленности и в качестве топлива.)

Коксовый газ

Летучие соединения (коксовый газ), образующиеся при термическом разложении каменного угля, поступают в общий сборник. Здесь коксовый газ охлаждают и пропускают через электрофильтры для отделения каменноугольной смолы. В газосборнике одновременно со смолой конденсируется и вода, в которой растворяются аммиак, сероводород, фенол и др. вещества. Из несконденсировавшегося коксового газа выделяют водород для различных синтезов.

После перегонки каменноугольной смолы остается твердое вещество – пек, которое используется для приготовления электродов и кровельного толя.

Переработка нефти

Переработка нефти, или ректификация, - это процесс термического разделения нефти и нефти продуктов на фракции по температуре кипения.

Перегонка- это физический процесс.

Существует два метода переработки нефти: физический (первичная переработка) и химический (вторичная переработка).

Первичную переработку нефти осуществляет в ректификакционной колонне- аппарате для разделения жидких смесей веществ, различающихся по температуре кипения.

Фракции нефти и основные области их использования:

Бензин- автомобильная топливо;

Керосин- авиационное топливо;

Лигроин- производство пластмасс, сырье для вторичной переработки;

Газойль- дизельное и котельное топливо, сырье для вторичной переработки;

Мазут- заводское топливо, парафины, смазочные масла, битумы.

Способы очистки от нефтяных пятен :

1)Поглощение- Всем вам известны солома и торф. Они поглощают нефть, после чего можно аккуратно собрать и вывезти с последующим уничтожением. Этот метод годится лишь в условиях штиля и только для не больших пятен. Способ весьма популярен в последнее время из-за своей дешевизны и высокой эффективности.

Итог: Метод дешевый, зависимый от внешних условий.

2) Самоликвидация: -этот метод применяют в том случае, если нефть разлита далеко от берегов и пятно небольшое (в этом случаи пятно лучше совсем не трогать). Постепенно оно раствориться в воде и частично испарится. Иногда нефть не исчезает и через несколько лет, мелкие пятна достигают побережья в виде кусочков скользкой смолы.

Итог: не используется химические препараты; нефть держится на поверхности длительное время.

3) Биологическая: Технология, в основе которой лежит использование микроорганизмов, способных окислять углеводороды.

Итог: минимальный ущерб; удаление нефти с поверхности, но метод трудоемок и длителен.