Природні джерела вуглеводнів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одеська національна академія харчових технологій

Технікум газової та нафтової промисловості

План лекціі

Тема: Природні джерела вуглеводнів

Викладач хімії Сахно Наталія Олександрівна

Природний та супутний нафтові гази, їх склад, використання. Нафта: склад, властивості, переробка нафти. Детонаційна стійкість бензину. Кам'яне вугілля. Основні види палива та їх значення в енергетиці України.

Мета: ознайомити студентів з природними джерелами вуглеводнів, показати склад нафти, природного газу, кам'яного вугілля, розібрати процеси їх переробки; ознайомитися з основними видами палива та їх значенням в енергетиці України.

Обладнання: проектор, ноутбук, зразки нафти

Література:

П.П. Попель, Л.С. Крикля, Хімія 11 кл., підручник для загальноосвітніх навчальних закладів, Київ, Академія, 2007 р.

Н.М. Буринська, Л.П. Величко, Хімія 11 кл., підручник для загальноосвітніх навчальних закладів, Київ, Ірпінь, 2008 р.

Г.П. Хомченко, И.Г. Хомченко, Сборник задач по химии, Москва, Оникс, 1999 г.

План лекції:

І. Актуалізація опорних знань.

IІ. Природні джерела вуглеводнів.

IIІ. Природний і супутний нафтовий гази, їх склад, використання.

ІV. Нафта: склад, властивості, переробка.

V. Детонаційна стійкість бензину.

VI. Кам'яне вугілля та його переробка.

VII. Основні види палива та їх значення в енергетиці України.

VIII. Тестування

IX. Розв'язування задач

X. Домашнє завдання.

I. Дайте назву вуглеводням (слайди № 3, 4).

IІ. Людство споживає близько 7,5 млрд. т. вуглеводнів щороку. Їх джерелом служать приблизно в рівних кількостях нафта і вугілля, вдвічі менше (за масою) використовується природний газ.

Таблиця дає уявлення про загальні запаси УВ на Землі та про їх відносну кількість (млрд. т.) (слайд № 5)

З цих джерел тільки природний газ складається практично з УВ. В залежності від родовища склад природного газу може змінюватися (в% за обсягом) (слайд № 6): газ бензин нафта

Метан СН 4 80- 97 Бутан С 4Н 10 0,1-1,0

Етан С 2Н 6 0,5-4,0 Пентан С 5Н 12 0-1,0

Пропан С 3Н 8 0,2-1,5 Азот та ін. гази 2-13

II. Природний газ використовується в основному як паливо, а також як сировина у виробництві водню:

СН 4 + 2Н 2О -> СО 2 + 4Н 2

Властивості природного газу практично такі ж, як і його головного складового - метану. Він не має запаху, горючий, а його суміші з повітрям вибухонебезпечні. Особливу небезпеку становлять систематичні вибухи у вугільних шахтах. Природний газ шкідливо діє на організм, тому для його виявлення в газові магістралі додають речовини із специфічним запахом-меркаптани. Попутний нафтовий газ - це суміш газоподібних вуглеводнів, що містяться в нафтових родовищах. За якісним складом він нагадує природний, але метану в ньому менше (30 - 40%), а інших УВ більше. Частина цього газу розчинена в нафті, при її вилученні з земних надр тиск падає, розчинність газів зменшується і вони виділяються з неї. Раніше ці гази просто спалювали, але зараз на газопереробних заводах з них виділяють метан, етан, пропан, бутан і газовий бензин (рідкі УВ С 5- С 11). Суміш С 3Н 8 и С 4Н 10 (зріджений або балонний газ) використовують як побутове паливо і паливо для автотранспорту.

Розглянемо застосування природного і супутного нафт. газів. (слайд № 7)

III. В даний час з надр землі і даних відкладень в морях щорічно видобувається близько 3 млрд. т. нафти. Велика частина видобутої нафти (80 - 90%) переробляється на різні види палива і мастильних матеріалів; близько, 8% витрачається на потреби органічного синтезу. Якщо врахувати, що практично весь транспорт, значна частина теплових електростанцій використовують нафтопродукти як джерело енергії, а ще виробництво полімерних матеріалів, каучуку, синтетичних волокон, миючих засобів, добрив, лікарських препаратів і багатьох інших речовин базується на нафтовій сировині, то не буде перебільшенням сказати, що сучасна цивілізація заснована на нафті. Економіка держави залежить від нафти більше, ніж від будь-якого іншого продукту. Тому і ми приділимо їй особливу увагу. Нафта - темна масляниста рідина зі специфічним запахом. Вона легше води (р= 0,82- 0,95г/СМ 3) і не розчинна у ній. У природних умовах утворює з водою стійку неоднорідну суміш - емульсію.

Демонструються зразки нафти.

Ці зразки взяті з різних родовищ колишнього СРСР. Цієї держави вже немає, але ми досі маємо можливість користуватися зразками, які в свій час були привезені сюди, в технікум.

Нафта розчиняється в органічних розчинниках. До складу нафти входять понад 150 різних УВ. З них приблизно половину складають алкани і половину арени.

Отже, нафта - природна суміш вуглеводнів. Перший етап переробки нафти полягає в поділі її на фракції - групи речовин з близькими t° кипіння. Згадайте залежність t° кипіння від молекулярної маси. Чим більше молекулярна маса, тим вище t° кипіння. Технічний процес переробки нафти здійснюється в спеціальних перегінних апаратах - ректифікаційних колонах тарілчастої конструкції.

Схема будови ректифікаційної колони. (слайд № 8)

Ректифікація - перегонка.

Нафту попередньо нагрівають до кипіння в трубчастій печі і разом з водяною парою вводять в колону. Там газова суміш поступово охолоджується і розділяється на фракції:

Бензин С 5- С 11 (40 - 220°С) - паливо для автомобільних і авіаційних двигунів.

Лігроїн С 8- С 14 (150 - 250°С) - паливо для тракторів.

Гас С 12- С 18 (180 - 300°С) - паливо для тракторів, реактивних літаків і ракет.

Газойль С 15- С 22 (>275°С) - дизельне паливо.

Мазут С 23-... (>350°С) - паливо для котлів, промислових печей, органічна сировина.

Щоб виділити окремі фракції з мазуту, його теж переганяють, але при зниженому тиску для зниження температури кипіння. При звичайному тиску їх t° кипіння вище t° розкладання.

Шляхом перегонки витягується не більше 10-15% бензинової фракції, тобто витягуємо з неї ту кількість, яка в ній вже є.

Для збільшення виходу легких УВ потрібно розкласти УВ з великими молекулярними масами. При підвищенні t°>350°С довгі вуглеводневі ланцюги рвуться на більш короткі. Наприклад:

С 20 Н 4з -t> С 10 Н 22 + С 10 Н 20

ейкозан декан децен

Такий процес називається крекінгом. Крекінг - розщеплення. (слайд № 9)

Існує 2 види крекінгу: термічний і каталітичний.

(схема на екрані)

Особливості термічного крекінгу: t = 470 - 550 °С, тиск у кілька атмосфер.

(Рівняння реакцій на екрані)

Недоліки: октанове число не більше 60 - 70, в бензині містяться ненасичені УВ, при окисленні яких погіршується якість бензину. Для уповільнення процесів окислення додають інгібітори - сповільнювачі швидкості реакцій.

Каталітичний крекінг здійснюється при більш низьких температурах і тиску в присутності каталізаторів-алюмосилікатів. При цьому поряд з розривом ланцюгів відбувається ізомеризація, циклізація і утворення ароматичних УВ. Такий бензин має більш високе октанове число (> 70) і стійкий при зберіганні.

Для поліпшення якості бензину так само використовують риформінг (перетворення) вуглеводнів. За допомогою цього процесу з бензиновою і легроіновой фракцій, отримують високоякісний бензин з октановим числом> 90. (слайд № 10)

IV. Якість бензину визначається октановим числом. Октанове число показує детонаційну стійкість бензину. Детонація - явище дуже швидкого (вибухового) згоряння парів речовини в суміші з повітрям при стисненні. Розгалужені УВ і арени більш стійкі до детонації, ніж УВ нерозгалуженої будови. Для визначення активного числа кількісно обрані два вуглеводні:

СН 3

I

Н 3С - С - СH2 - СН - СН 3 и СН 3 - СН 2 - СН 2 - СН 2 - СН 2 - СН 2 - СН 3

I I

СН 3 СН 3

2,2,4 - триметилпентан Н-гептан

октанове число 100 октанове число 0.

(схема на екрані) (слайд № 11, 12)

Підвищити о.ч. можна за допомогою спеціальних добавок - антидетонаторів.

Крім різних видів палива з нафти також отримують розчинники, полімери, лікарські засоби, гербіциди та ініктіціди.

V. Важливим джерелом промислового отримання вуглеводнів поряд з переробкою нафти є переробка вугілля. Існує 3 способи хімічної переробки вугілля коксування, газифікація та гідрування повітря. (Схема коксування кам'яного вугілля в лабораторії на екрані). У промисловості кам'яне вугілля нагрівають в коксових печах при t= 900-1100 °С. В результаті утворюється кокс і леткі продукти. (слайд № 13, 14)

Кокс - пориста речовина темно-сірого кольору, що містить 96-98% вуглецю. Його використовують у металургії.

(Схема продуктів коксування кам'яного вугілля на екрані) (слайд № 15, 16)

Газифікація - перетворення вугілля в горючі гази. Процес відбувається в газогенераторних установках при t = 800 - 900 °С. В результаті утворюється газова суміш:

2С + О 2 -t> 2СО; С + Н 2О -t> СО+ Н 2; С + 2Н 2 -t> СН 4

С + О 2 -t> СО 2; СО + Н 2О -t> СО 2 + Н 2; СО + ЗН 2 -t> СН 4+ Н 2О

С + СО 2 -t> 2СО.

Таку суміш використовують у промисловості як паливо. Крім того, отримують суміш УВ за складом схожих з бензином.

(схема на екрані) (слайд № 17)

nСО + (2n+1) Н 2 t; Р; kt СnН 2n+2 + nН 2О

n СО + 2nН 2 t; Р; kt СnН 2n + nН 2О

Гідрування - перетворення вугілля в рідкі та газоподібні УВ під дією водню. Таким чином отримують синтетичне рідке паливо.

VI. Забезпеченість енергією є найважливішою умовою соціально-економічного розвитку будь-якої країни, її промисловості, транспорту, сільського господарства. Джерелами енергії найчастіше служать традиційні непоновлювані ресурси - вугілля, нафта, природний газ, торф, сланці. Згадайте, які вугільні басейни України ви знаєте, покажіть їх на карті (карта на екрані) (слайд № 18). Чи має Україна свої родовища нафти і природного газу? В Україні невеликі родовища нафти. Щорічно її видобувають в середньому 4 млн. тонн, що складає приблизно 10% від загальної необхідної для країни кількості. Родовища природного газу в Україні більше, ніж нафти. Щорічно його добувають в середньому 18 млрд. м 3, що становить 1/5 від необхідної для енергетики та промисловості кількості. Як видно, для нашої країни особливе значення має саме переробка кам'яного вугілля, як цінного джерела вуглеводнів. В економіці України чільну роль грає видобуток кам'яного вугілля і переробка його в інші види палива. Так, наприклад, за 8 місяців 2012 року завдяки газифікації кам'яного вугілля зекономлено 1 млрд. 800 млн. гривень. Також необхідно розвивати впровадження інших видів відновлюваної енергії: сонця, вітру, земних глибин.

VII. Тестування (слайд № 19, 20)

VIII. Розв'язування задач (слайд № 21-24)

IX. Домашнє завдання: § 14, 15, 16 П.П. Попель, Л.С. Крикля, Хімія 11 кл., підручник для загальноосвітніх навчальних закладів, Київ, Академія, 2007 р.

Размещено на Allbest.ru