Конспект урока «Природные источники углеводородов»
В земное недро ты, Химия,
Проникни взора остротой,
И, что содержит в нём Россия,
Драги сокровища открой.
М.В.Лермонтов
1. Углеводороды- вещества состоящие из углерода и водорода,- являются основой органического синтеза. Углеводороды в больших количествах извлекают из веществ природного происхождения. Какие три вида углеводородов природного происхождения, без которых мы не мыслим сегодня свою жизнь вы знаете?(нефть, природный и попутный газ, каменный уголь) наша страна занимает одно из ведущих мест в мире по запасам, добыче, экспорту и переработке углеводородного сырья. Природные источники углеводородов являются связующим звеном межгосударственных отношений в политической и экономической области.
Вы сейчас выбираете один из конвертов, делаете вместе по вопросам интеллект-карту по предложенной вам схеме. После обсуждения постарайтесь дать ответы на вопросы: почему газ голубой, нефть чёрное золото, а уголь может быть бурым и зелёным.
Природный и попутный нефтяной газ.
Приро́дный газ — смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ, газ относится к группе осадочных горных пород. Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях природный газ находится только в газообразном состоянии. Основную часть природного газа составляет метан (CH4) — от 92 до 98 %. В состав природного газа могут также входить более тяжёлые углеводороды — гомологи метана: этан С2 Н6- 1 %, пропан С3 Н8- 0,33 %, бутан С 4Н10- 0,07 %; а также другие неуглеводородные вещества: водород (H2),сероводород (H2S),диоксид углерода (СО2), азот (N2), гелий (Не). Первая операция при переработке называется осушение. Из газовой фракции удаляются пары воды, затем газ очищают от H2S.Соединения серы и пары воды оказывают сильное коррозирующее действие на стенки трубопроводов, поэтому эти операции производят непосредственно в районе газового месторождения.
Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Огромными запасами природного газа обладают Россия (Уренгойское месторождение), Иран, большинство стран Персидского залива, США, Канада. Из европейских стран стоит отметить Норвегию, Нидерланды. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеют Туркмения, Азербайджан, Узбекистан, а также Казахстан (Карачаганакское месторождение Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Природный газ широко применяется в качестве горючего в жилых, частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как топливо для машин (газотопливная система автомобиля), котельных, ТЭЦ и др. Сейчас он используется в химической промышленности как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например, пластмасс, красителей, медикаментов, уксусной кислоты, ацетилена, этилена, сажи, водорода.
Экология
В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом органического топлива. При его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива. Однако сжигание человечеством огромного количества различных видов топлива, в том числе природного газа, за последние полвека привело к некоторому незначительному увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, который является парниковым газом. Некоторые ученые на этом основании делают вывод об опасности возникновения парникового эффекта и как следствие — потепление климата. В связи с этим в 1997 году некоторыми странами был подписан Киотский протокол по ограничению парникового эффекта. По состоянию на 26 марта 2009 года Протокол был ратифицирован 181 страной мира (на эти страны совокупно приходится более чем 61 % общемировых выбросов).
Попутные нефтяные газы находятся в природе над нефтью или растворены в ней под давлением. В попутном газе содержится меньше метана, чем в природном, но больше его гомологов. CH4 — 64 %, этан С2 Н6- 10,5 %, пропан С3 Н8- 11,1 %, бутан С 4Н10- 2,8 %. Для практических целей попутные газы разделяют на смеси более узкого состава: газовый бензин – смесь пентана и гексана- добавляют к бензину для улучшения запуска двигателя; пропан-бутановая фракция – в виде сжиженного газа как топливо; сухой газ – сходен с природным – для получения ацетилена, водорода, топливо.
1. Уренгойское месторождение природного газа. Это второе в мире по величине пластовых запасов газовое месторождение. Объёмы газа здесь превышают 10 триллионов кубических метров. Оно расположено в Ямало-Ненецком автономном округе Тюменской области России. Месторождение было открыто в 1966 году, а добыча газа началась в 1978.
2. Находкинское газовое месторождение. Месторождение расположено в Большехетской впадине в Ямало-Ненецком автономном округе. Запасы месторождения оцениваются в 275,3 миллиарда м3 газа. Хотя месторождение было открыто довольно давно (в 1974 году), разработка его началась лишь в 2004 году.
3. Ковыктинское месторождение природного газа. Расположено на севере Иркутской области, в 450 км к северо-востоку от Иркутска.
4. Штокмановское газоконденсатное месторождение. Одно из крупнейших месторождений в мире, открытое в 1988 году. Располагается в центральной части шельфа Баренцева моря примерно в 600 км к северо-востоку от Мурманска.
5. Ангаро-Ленское газовое месторождение в Иркутской области.
НЕФТЬ
Нефть – ценнейшее природное ископаемое, открывшее перед человеком удивительные возможности “химического перевоплощения”. В каждой капле нефти содержится более 900 различных химических соединений.
Нефть – маслянистая жидкость от светло – бурого до почти черного цвета, с характерным запахом. Залегает в толще земной коры на разных глубинах. Она немного легче воды (плотность равна 0,73 – 0,97 г/ см3) и практически в ней не растворяется.
Нефть представляет собой сложную смесь различных, в основном жидких углеводородов: алканов, циклоалканов и ароматических углеводородов. Поэтому она не имеет почти постоянной температуры кипения. Состав нефти различается обычно от месторождения. Например, бакинская нефть богата циклоалканами, грозненская – предельными углеводородами. Кроме углеводородов нефть содержит органические соединения, включающие кислород, серу, азот. Первичная переработка- перегонка – разделение смеси на отдельные фракции, на основании различных температур кипения. Осуществляется в ректификационной колонне. Сначала нефть нагревают до температуры 350 0С и в виде смеси жидкости и паров поступает в колонну. (Стр.67 рис.21)
При первичной перегонке нефть подвергается только физическим изменениям. От неё отгоняются лёгкие фракции. Бензин –горючее для автомобилей, самолётов; Лигроин-горючее для тракторов; Керосин – горючее для самолётов и ракет; Газойль- дизельное топливо; Мазут – разделяют на фракции: соляровое масло, смазочные масла, вазелин, парафин, гудрон.
Вторичная переработка – крекинг- нефть подвергается химическим изменениям. Меняется строение углеводородов. В аппаратах крекинг-заводов происходят сложные химические реакции. Термический крекинг. Расщепление молекул углеводородов протекает при более высокой температуре (470-550°С) и давлении 2-7МПа. Процесс протекает медленно, образуются углеводороды с неразветвленной цепью атомов углерода. Таким способом получают главным образом автомобильный бензин. Выход его из нефти достигает 70%.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. Для устранения этого вредного действия к такому бензину добавляют окислители.
Каталитический крекинг. Расщепление молекул углеводородов протекает в присутствии катализаторов (обычно алюмосиликатов) и при температуре (450-500° С) и атмосферном давлении. Одним из катализаторов является специально обработанная глина.По сравнению с термическим крекингом процесс протекает значительно быстрее, при этом происходит не только расщепление молекул, но и их изомеризация. Бензин каталитического крекинга по сравнению с бензином термического обладает ещё большой детонационной стойкостью, более устойчив при хранении.
Риформинг.- промышленный процесс переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью получения высококачественных бензинов и ароматических углеводородов. При этом молекулы углеводородов в основном не расщепляются, а преобразуются. Получают вещества, необходимые для производства пластмасс, синтетического текстильного волокна, синтетического каучука, спиртов, кислот, синтетических моющих средств, взрывчатых веществ, ядохимикатов, синтетических жиров и т.д.
Крупнейшие месторождения нефти.
1.Туймазинское нефтяное месторождение. Месторождение расположено в Республике Башкирия, является одним из пяти крупнейших месторождений в мире по количеству нефти.
2. Ванкорское нефтегазовое месторождение. Расположено на севере Красноярского края. Включает в себя Ванкорский и Северо-Ванкорский участки. Месторождение открыто в 1991 году.
3. Самотлорское нефтяное месторождение. Это крупнейшее в России и одно из крупнейших в мире нефтяных месторождений располагается в Ханты-Мансийском автономном округе, в районе Нижневартовска у озера Самотлор.
4. Еты-Пуровское нефтяное месторождение. Расположено в Ямало-Ненецком автономном округе, в районе города Ноябрьска. Открыто в 1982, разработка началась лишь в 2003. Запасы нефти составляют около 40 миллионов тонн.
5. Верх-Тарское нефтяное месторождение. Располагается на севере Новосибирской области. Запасы нефти составляют около 68 миллионов тонн.
Нефть останется в ближайшем будущем основой обеспечения энергией народного хозяйства и сырьем нефтехимической промышленности. Здесь будет многое зависеть от успехов в области поисков, разведки и разработки месторождений. Но ресурсы нефти в природе ограничены. Бурное наращивание в течение последних десятилетий их добычи привело к относительному истощению наиболее крупных и благоприятно расположенных месторождений. Часто происходят аварии при транспортировки нефти, поэтому нужно знать, как можно убирать нефть. На сегодняшний день существует несколько методов борьбы с нефтью.Метод ограждения. Если нефтяное пятно окружить плавающими ограждениями, оно не будет увеличиваться в размерах. Такие заграждения называют контейнерами. Их можно даже передвигать в удобное для ликвидации место. Затем специальное судно откачивает нефть из контейнера насосами. Этот метод применяется только при спокойной погоде.Химическое рассеивание. Существуют химические препараты для ликвидации пятен, которые стягивают нефть в плоские маленькие пятна, уплотняют нефть в кубики. Самые эффективные называются – диспергентами. Диспергенты – это вещества, которые разбивают нефтяной слой на мельчайшие капельки, затем они вылавливаются большими сочками и сжигаются на суше. 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.
КАМЕННЫЙ УГОЛЬ
Уголь — вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода.
Каменный уголь – это сложная смесь высокомолекулярных соединений, в состав которых входят такие элементы: углерод (60-98%), водород1-12 %, азот 1-3 %, кислород2-20 %, сера. Запасы каменного угля в природе значительно превосходят запасы нефти. В нашей стране находится половина всех мировых запасов угля. Каменный уголь находится в таких регионах: Подмосковный бассейн, Кузбасс, Сибирь, Канско – Ачиннский бассейн. При коксовании угля протекают физико – химические процессы, сопровождающиеся поглощением энергии. При нагревании угля без доступа воздуха до высоких температур происходит разложение высокомолекулярных соединений, при этом образуются летучие вещества и твердый остаток – кокс. Кокс содержит 96 – 98% углерода
Каменный уголь – плотный минерал черного цвета, то матовый, то блестящий. Содержание углерода – 82%. Температура возгорания до 300ºC.
Бурый уголь – плотное, твердое вещество бурового цвета, в нем можно различить волокна древесины, из которой он произошел. Содержания углерода – 70%. Температура возгорания до 70ºC.
Антрацит – очень плотный минерал черного цвета, блестящий. Содержание углерода – 95%. Температура возгорания - 500ºC.
Торф не имеет плотной структуры, содержания углерода – 58%. Его происхождения доказал ещё Ломоносов: «Торф, когда сгорит, оставляет пепел и дает из него поташ, как и другие растения. Он, конечно, не из минерального царства. Химические опыты показывают перегонкой и из чистого торфа те же произведения, как происходят из растений» Добыча угля ведётся двумя способами: открытым и подземным.
Основной способ переработки – коксование (пиролиз) – разложение органических в-в без доступа воздуха при высокой температуре. Получают четыре основных продукта: кокс, каменноугольная смола, водный раствор аммиака, коксовый газ. Кокс- для выплавки чугуна в доменных печах. Из каменноугольной смолы получают бензол, фенол, лекарства, каски, духи. Из водного раствора аммиака выделяют аммиак, сульфат аммония (удобрение), фенол. Из коксового газа получают водород, метан, аммиак, бензол, толуол, сульфат аммония, этилен.
Финансовый кризис, разразившийся в октябре 2008 года, не может не отразиться на всех отраслях мировой экономики, в том числе и на угольной промышленности. По мнению аналитиков, в сложившейся ситуации логично ожидать сокращения ввода новых генерирующих мощностей и вывода из эксплуатации старых. Баланс угля в общих объемах выработки электроэнергии, в ближайшее время не будет увеличиваться.
На сегодняшнем рынке трудно предсказать динамику цен на продукцию угольной промышленности. Не исключено, что стоимость металлов и, как следствие, угля в ближайшее время будет снижаться. Спрос на металл сейчас падает, соответственно, не исключено, что будет наблюдаться некоторое снижение спроса и на уголь, однако о том насколько долгосрочны такие тенденции, говорить рано.
Сегодня мы рассмотрели основные виды топлива и убедились в возможности использования природных богатств. Для развития энергетики сегодня необходимо знания многих наук, но в большей степени – химии: для реализации комбинированных производств, переработки отходов с целью получения необходимых веществ, не проносящих вреда окружающей среде и населению земного шара.
Ответьте на вопросы и запишите ответы.
Каменный уголь.
1. Нахождение в природе
2. Состав
3. Физические свойства
4. Месторождения
5. Способы переработки
6. Продукты переработки, области их применения
7. Перспективы развития отрасли.
Нефть.
1. Нахождение в природе
2. Состав
3. Физические свойства (проведите эксперимент)
4. Месторождения
5. Способы переработки
6. Продукты переработки, области их применения
7. Перспективы развития отрасли.
Природный газ.
1. Нахождение в природе
2. Состав
3. Физические свойства
4. Месторождения
5. Способы переработки
6. Продукты переработки, области их применения
7. Перспективы развития отрасли.
Попутный нефтяной газ.
1. Нахождение в природе
2. Состав
3. Физические свойства
4. Месторождения
5. Продукты переработки, области их применения
6. Перспективы развития отрасли.