Охрана окружающей среды.

Урок – лекция: Нефть - состав, свойства и продукты ее переработки.

 

Цели урока:1.Рассмотреть состав, свойства, способы переработки нефти как топлива и сырья для получения органических веществ. Иметь представление о схеме процесса перегонки нефти, составлять уравнения химических реакций. Дать понятие об октановом числе и детонационной стойкости бензинов. Показать значение важнейших нефтепродуктов и способы охраны окружающей среды от загрязнений..Рассмотреть месторождения нефти.

Оборудование урока: учебник, ноутбук.

Ход урока:

Определение нефти.

Изучая нахождение алканов, циклоалканов и ароматических углеводородов в природе, вы заметили, что они содержатся в нефти. Значит нефть- это смесь.

Нефть- это смесь углеводородов (алканов, циклоалканов и ароматических), ~

 

2. Физические свойства нефти: маслянистая жидкость с характерным запахом от светло-бурого до черного цвета, легче воды и нерастворима в ней. Поэтому, образует на поверхности воды пленку, не пропускающую воздух (одна из экологических проблем).

Состав нефти.

Так как нефть это смесь, то ее состав нельзя выразить одной формулой. Состав ее непостоянен и зависит от месторождения и преобладания содержащихся в ней углеводородов.

Различают нефть

Метановую Нафтеновую

(Грозненская) (Бакинская)

Ароматическую

(Уральская)

Редко встречается в нефти непредельные углеводороды (Канадская нефть).В природе в основном содержатся нефти смешанного состава.

Происхождение нефти.

По чему нефть различных месторождений имеет разный количественный состав углеводородов? Это зависит от происхождения нефти. Существует три основные теории происхождения нефти:

1.Космическая теория, предложенная в конце 19 в. русским геологом Н.А.Соколовым. Он предположил, что когда Земля была в огненножидком состоянии, то углеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара, а в последствии при остывании выделились на его поверхности. Однако эта теория не объясняет ни географического, ни геологического распределения нефтяных месторождений.

2.Теория неорганического происхождения (карбидная), предложенная в конце 19 в. Д.И.Менделеевым. Ученый предположил, что в земной коре раскаленные карбиды металлов взаимодействуя с водой и образуют углеводороды, которые проходят по трещинам из глубоких слоев в зону осадочной оболочки земного шара, где путем их конденсации и гидрогенизации образуются нефтяные месторождения. Эта теория не получила признания среди геологов и химиков.

3.Теория органического происхождения, предложенная в конце 20 в. И.М.Губкиным. Он предположил, что нефть произошла из животно-растительных останков в толще различных осадочных пород много млн. лет назад. Эта теория находит свое подтверждение в том, что в нефти обнаружены некоторые азотистые органические вещества, являющиеся, вероятно, продуктами распада природных веществ, присутствующих в тканях растений. Данной теории придерживаются в настоящее время большинство ученых.

5. Месторождения нефти: Западная Сибирь, Западный Казахстан, Урало-Поволжье, Татарстан, Чечня, Майкопско-Краснодарское.

6. Переработка нефти:

очистка

п ервичная перегонка (физические процессы)

 

к рекинг

вторичная (химические процессы)

р иформинг

 

1.Очистка- обезвоживание, обессоливание, отгонка летучих веществ.

Добываемую нефть называют сырой и не используют, т.к. она содержит воду, песок, механические примеси, соли и растворенные в ней газы. Поэтому нефть тщательно очищают, а только потом подвергают перегонки.

Когда кипит чайник, то из него со свистом вылетает пар, а на оконном стекле конденсируются капли дистиллированной, или перегнанной воды. На таком же принципе основана и перегонка нефти. Сначала нефть при нагревании в трубчатой печи испаряется, а затем ее пары поступают в ректификационную колонну, где конденсируются с разделением на части (фракции). (Плакат 1).

2.Перегонка - термическое разделение нефти на фракции, которые отличаются друг от друга температурой кипения и молекулярной массой.

В результате перегонки образуются следующие фракции (плакат 2):

Фракции применение

Бензин (С₅ Н₁₂ – С₁₁ Н ₂₄) автомобильное и авиационное топливо

Лигроин (С ₈Н₁₈ – С₁₄ Н₃₀) горючее для тракторов

Керосин (С₁₂ Н ₂₆– С₁₈ Н₃₈) топливо для реактивных двигателей

Газойль (С₁₈ Н₃₈ – С₂₄ Н₅₀) дизельное топливо

Мазут (С ₂₀Н₄₂ – С₄₀ Н 82) топливо для котельных

 

Мазут, оставшийся в результате перегонки, представляет собой ценную смесь большого количества тяжелых углеводородов. Поэтому мазут подвергается дополнительной перегонки на вакуумной установке. Из него получают:

Соляровое масло дизельное топливо

Смазочные масла (веретенное, для смазки

цилиндровое, трансформаторное,

машинное и т.д.)

Парафин изготовление свечей, как изолятор, для

пропитки карандашей и спичек, в меди-

цине (парафинотерапия)

Вазелин косметика, медицина

Гудрон (асфальт) покрытие дорог

При перегонке получают всего лишь 20% бензина. Это количество не может удовлетворить потребностям автомобильной промышленности. Поэтому тяжелые углеводороды подвергают химической переработке.

3.Крекинг- расщепление тяжелых углеводородов нефти на более легкие (летучие) углеводороды.

С ₁₆ Н₃₄ С ₈Н ₁₈ + С ₈Н ₁₆

 

К рекинг

 

термический каталитический

(470-550 С) (450-500 С, кат.-алюмосиликаты)

-медленно- -протекает- - быстро-

-много непредельных у/в- -образуются- -мало непредельных у/в-

(такой бензин можно обнаружить

по обесцвечиванию бромной воды)

-неустойчив при хранении- -бензин- -устойчив при хранении-

-устойчив к детонации- -неустойчив к детонации-

Детонационная устойчивость- способность горючего выдерживать сильное сжатие в двигателе без преждевременного сгорания.

Неустойчивы к детонации алканы нормального строения. Устойчивы - непредельные, разветвленные предельные и ароматические углеводороды. Поэтому бензины подвергают облагораживанию - риформингу.

4.Риформинг- изменение структуры молекул или их объединение в более крупные.

Так низкокачественные бензиновые фракции превращаются в высококачественные. Также получают сырье для нефтехимической промышленности (90% всех органических соединений).

а ) Изомеризация: СН₃ –СН₂ –СН₂–СН ₃ СН₃ –СН –СН₃

 

СН3

б ) Циклизация и ароматизация:

С Н₃ –СН₂ –СН₂ –СН ₂–СН ₂–СН₃ 4Н2 +

в) Алкилирование:

С Н3 СН3

С Н2 –С –СН3 + СН3 –СН –СН3 СН3 –С –СН2 – СН –СН3

СН3 СН3 СН3 СН3

Изооктан

(назовите по международной номенклатуре)

Антидетонационные свойства углеводородов и их смесей выражают октановым числом.

Наиболее устойчив к детонации изооктан, его октановое число приняли за 100.Наименее устойчив н-гептан, октановое число которого принято за 0. Смешивая изооктан и

н-гептан, можно получать промежуточные октановые числа. Так, например, бензин 92 ведет себя так, как смесь 92% изооктана и 8% н-гептана. Чем больше октановое число, тем выше антидетонационные свойства бензина.

Повысить октановое число бензина, например, прямой перегонки, можно при помощи различных добавок, Так 0,05% тетраэтилсвинца Рв(С ₂Н₅)₄

совсем недавно применялось для повышения октанового числа, но это очень ядовитое соединение, поэтому «этилированный бензин» в настоящее время не используют. Вместо него добавляют марганецорганическое соединение

С₅ Н ₅Мn(СО)₃, изооктан, бензол, этиловый спирт и др.

История добычи нефти.

Человек познакомился с нефтью еще за 5-6 тыс. лет до н.э. Наиболее

древние промыслы нефти известны на берегах Ефрата, в Керчи, в китайской провинции Сычуань. За 4 тыс. лет до н.э. древним шумерам, населявшим территорию между Тигром и Ефратом, был известен нефтяной битум, который они использовали как вяжущее и уплотняющее средство. В древности нефть добывали довольно примитивным способом. Для этого рыли ямы или канавы, в которые из почвы просачивалась нефть. Собранную нефть обычно не обрабатывали, а использовали такой, какой получали. Только в 1745 г. в России был пущен нефтеочистительный завод (очищали от воды и почвы) на реке Ухте Федором Прядуновым. А спустя 78 лет (в 1823 г.) недалеко от Моздока был построен нефтеперерабатывающий завод братьями Дубиниными (Василием, Макаром и Герасимом), крестьянами графини Паниной из Владимирской губернии. На нем получали керосин (в то время называемым фотогеном).Дубинины на 7 лет опередили немецкого ученого Рейхенбаха и на целое десятилетие – американца Салимана. Бурение нефтяных скважин началось с 1859 г. Первая в мире нефтяная скважина была заложена в 1864 г. на Кубани. А русский инженер Владимир Георгиевич Шухов в 1891 г. первым открыл процесс крекинга.

Охрана окружающей среды.

Попадание нефти в воду грозит огромной экологической катастрофой. Нефть образует на поверхности тонкую пленку, не пропускающую воздух, и это приводит к гибели обитателей водоемов. Кроме этого ежегодно от загрязнений нефтью гибнет около миллиона птиц. Потому, что нефть снижает защитную функцию оперенья (перья намокают и птица тонет), а также очистка перьев требует от птицы больших затрат энергии (это приводит к переохлаждению).

Предпринимались попытки бороться с разлившейся нефтью путем разбрызгивания над морем с самолетов огромных количеств нефтесвязывающих химических веществ. В лучшем случае в итоге с поверхности моря исчезала большая часть «черной чумы». Но уже давно стало ясно, что эти химические средства уничтожения нефти вряд ли менее опасны для биоценозов моря, чем сама нефть.

Домашнее задание. Подготовить сообщение о применении.