Geum.ru

План урока: Организационный момент. Постановка целей и задач урока. Изучение нового материала. Состав нефти

Вид материалаПлан урока

Содержание


Важнейшие продукты перегонки нефти
Химические основы крекинга
Подобный материал:
СОСТАВ НЕФТИ, СПОСОБЫ ЕЕ ПЕРЕРАБОТКИ, НЕФТЕПРОДУКТЫ


Цели: 1. Обобщить и систематизировать знания, расширить представления о природных источниках нефтехимического сырья. Подчеркнуть роль химии в решении народнохозяйственных проблем /сырье, энергетика/.

2. Формировать чувства ответственности, дисциплинированности, исполнительности, а также познавательной потребности.

3. Развивать умения нешаблонно, творчески подходить к решению самых разнообразных задач.

Тип урока: обобщения и систематизации знаний , умений и навыков.

Вид урока: урок-презентация

Оборудование: На каждом столе – флакон с нефтью, каталог таблиц и схем /самодельный/, листок бумаги.

На демонстрационном столе – бутыль с нефтью, бензин авиационный, бензины различных марок, керосин, толуол, ксилол, гексан, раствор каучука в бензине, вазелин, парафин, машинное масло.

Плакаты: «Переработка природных источников углеводородов», «Переработка нефти», «Нефтепродукты», «Химические основы крекинга», Печатные издания: справочник. Нефтепродукты. Пособие-репетитор. Химия под ред. А.С. Егорова.

ДЕВИЗ: «В химии все возможно».

Шарль Вюрц

«Переход на нефтяное и газовое сырье – это подлинная научно- техническая революция».

Л.А. Костандов


План урока:


1. Организационный момент. Постановка целей и задач урока.

2. Изучение нового материала.
  • Состав нефти.

Исследование физический свойств нефти – представляет химик-лаборант

Химический состав нефти.

Работа со схемой 1 «Переработка природных источников углеводородов».

Виды нефти.

Работа с учебником – таблица «Виды нефти».
  • Переработка нефти.

Работа со схемой 2 «Переработка нефти» - представляет технолог.

Химическая переработка нефти.

Термический крекинг.

Каталитический крекинг.
  • Нефтепродукты.

Марки бензинов – представляет водитель.

Виды керосина – представляет старший научный сотрудник.

Работа с таблицей 3 «Нефтепродукты».

Переработка мазута – представляет технолог.
  • Химические основы крекинга.

Работа с таблицей 4, запись уравнений реакций – представляет химик.
  • Нефтепродукты и экология.

Представляет эколог.

3. Подведение итогов урока.

4. Домашнее задание.

Ход урока:
  1. Организационный момент.



  1. Изучение нового материала.

Изучая предельные углеводороды, олефины, алкины, циклопарафины, ароматические углеводороды, мы разбирали их реакции, области использования, способы получения, генетические связи. Те графические материалы, которые сегодня вам будут предоставлены, - уникальны, их нет в ваших учебниках и пособиях.

Сегодня же наши научные сотрудники, аналитики, химики – лаборанты подготовили презентацию нового для вас органического вещества – нефти. Они нас познакомят с составом нефти, способами ее переработки и конечно же, с основными нефтепродуктами и областями их применения.


План (на доске)


1. Состав нефти.

2. Переработка нефти: перегонка, термический и каталитический крекинг,

реформинг.

3. Важнейшие нефтепродукты.


Для вас главное – смотреть, слушать, впитывать, думать, задавать вопросы, а химизм, конечно, надо перенести в тетради, записать и окончательно в нем разобраться.

Выступление научных сотрудников


ХИМИК – ЛАБОРАНТ. У вас на столах есть маленький пузырек с нефтью. Откройте пробку и осторожно понюхайте. Запах знакомый? А теперь большим пальцем прикройте горловину пузырька и встряхните. Не бойтесь испачкаться: нефтедобытчики умывает нефтью руки и лицо – так празднуют успех открытия нефтеносного пласта. Большим и указательным пальцами разотрите оставшееся на пальце. Обратите внимание на цвет! Правда не черный? Опять понюхайте. Пальцы вытирайте бумажкой, которая лежит на столе.

Каков ваш вывод?

(Нефть – маслянистая жидкость с характерным запахом, от светло-бурого до черного цвета).




Каков же химический состав? На схеме вы видите: нефть компонентами-ручьями «растекается» по классам углеводородов. Состав различных месторождений не идентичен, это свидетельствует о том, что нефть – «естественно-историческое» тело. Цифры в процентах дают приблизительный разброс в количественном составе углеродов. Их не надо суммировать, тем более, что в состав нефти входят минеральные вещества, кислород-, азот- и серосодержащие органические вещества, попутный нефтяной газ.

Какой мы сделаем вывод?

- Нефть представляет собой смесь углеводородов (около 150) с примесями других веществ. – запишите в тетрадь.

откройте учебник стр. 558, где приведена классификация видов нефти. По преобладающему содержанию углеводородов: метановая, нафтеновая, ароматическая и смешанная. По плотности: легкая и тяжелая.


Виды нефти


По преобладающему содержанию углеводородов
1. Метановая (алканы)

2. Нафтеновая (циклоалканы)

3. Ароматическая (бензол и его гомологи)

4. Смешанная (смесь алканов, циклоалканов и ароматических углеводородов)

По плотности

1. Легкая (р < 0,9 г/см3)

2. Тяжелая


ТЕХНОЛОГ. А теперь обратим свой взгляд на схему «Переработка нефти».

Природная нефть всегда содержит воду, минеральные соли и разные механические примеси.




Поэтому нефть перед переработкой обессоливают, обезвоживают, отгоняют летучие углеводороды. Стабилизированная нефть поступает в АВУ – атмосферно-вакуумную установку для перегонки. Фракционную перегонку нефти проводят при атмосферном давлении и постепенном повышении температуры до 4000С. Так как нефть – смесь углеводородов различной молекулярной массы, имеющих разные температуры кипения, то перегонкой ее разделяют на отдельные фракции, из которых получают бензин, лигроин (тяжелый бензин), керосин, газойль (дизельное горючее), соляровое масло, мазут.

Получаемый при перегонке нефти бензин не может удовлетворить все возрастающий спрос на него, так как получают только 15%. Перед нефтеперерабатывающей промышленностью встала серьезная задача – найти дополнительные источники получения бензина.

При температуре более 4000С начинается распад углеводородов. Некоторые тяжелые фракции прямой перегонки и мазут подвергаются частичному разложению, то есть химической переработке.

Процесс разложения углеводородов нефти на более летучие вещества называется КРЕКИНГОМ – запишите. В переводе с английского to crakc обозначает «расщеплять».

Выход бензина из нефти за счет крекинга увеличивается до 70%. Промышленный крекинг-процесс был изобретен русским инженером В.Г. Шуховым в 1891 г.

Существуют два основных вида крекинга – термический, когда расщепление углеводородов происходит при высокой температуре, и каталитический, идущий с применением катализаторов. Посмотрите таблицу на стр. 561.

Важнейшие продукты перегонки нефти


Фракция

t0кип 0 С
Число атомов углерода в молекулах

Применение

Бензин

40-200
5-11
Горючее для автомобилей

Лигроин (тяжелый бензин)
150-200
8-14
Горючее для тракторов

Керосин

180-300
12-18
Горючее для реактивных двигателей

Газойль

270-350
14-25
Дизельное горючее

Смазочные масла
Труднолетучие

вещества
20-34
Смазка

Парафин

То же
25-40
Изоляционный материал, используется в медицине пищевой промышленности

Гудрон (асфальт)
Остаток
> 30
Покрытие дорог, кровли зданий



СТАРШИЙ НАУЧНЫЙ СОТРУДНИК. Границы фракций установлены по данным БСЭ.





«Продукты и состав нефтепродуктов фракционирования» дает несколько иной расклад. Формула газойля: газ + oil (масло). Иными словами, нечто похожее на масло, способное испаряться, в технике – соляровое масло, в просторечии – солярка.

ситуация с керосином не проста. Дело в том, что понятие «керосин» не соответствует одному количественному содержанию углеводородов: есть легкий (температура вспышки 40 0С) керосин; есть тяжелый (температура вспышки 900С); специальный – для флотации каменного угля; существуют керосины, используемые для обжига стекла и фарфора (температура вспышки 280С), в качестве тракторного и реактивного топлива, а также сырья пиролиза.

В состав бензинов входит около 130 различных углеводородов. Параллельно с осью температуры расположена ось числа атомов углерода, причем проекция числа атомов углерода на ось температур дает округленное значение температуры кипения. А еще ниже расположены структурные формулы некоторых циклопарафинов и ароматических углеводородов. Ясно, что при фракционировании эти углеводороды «пролетят» вместе с низкокипящими углеводородами-парафинами.


ТЕХНОЛОГ. Продолжаем далее. Мазут на вакуумной части установки разгоняют на масла, названия которых отражают суть их использования. Жирные стрелки – это «сырьевая река» для каталитического крекинга. Мазут все же используют не только как жидкое котельное топливо, но и как сырье для термического крекинга, а это дополнительное – причем заметное – количество бензина, правда, нестойкого при хранении из-за большого количества ненасыщенных углеводородов. Увеличить выход бензина можно, расщепляя более тяжелые фракции прямой дистилляции или низкооктановые бензины.

Вопрос о каталитическом крекинге сложный и подробно изучается в специальных учебных заведениях.

Установка каталитического крекинга – это реактор-регенератор высотой 80 м. Сырье – тяжелый дистиллят, катализатор – гидросиликат алюминия (зерна 2-4 мм с активной поверхностью до 600 м2 на 1 г) массой 700 т. Если учесть, что катализ проводится в «кипящем слое катализатора», в системе участвует огромная масса веществ и любой сбой в этом «кровотоке», в лучшем случае – остановка.

Кроме получения бензина перед технологами ставятся и другие задачи: выделение ароматических углеводородов, насыщенных предельных углеводородов (газов) или олефинов – для нефтехимических синтезов. Легкие фракции ректификации нефти можно химически перестроить – это процессы риформинга. Каталитический реформинг отличается от пиролиза, который тоже позволяет получать ароматические углеводороды и много олефинов; платформинг – каталитическое (платина) облагораживание углеводородов в присутствии избытка водорода, приводящее к образованию низкомолекулярных углеводородов (в основном предельных). Большое значение имеет гидрокрекинг, при помощи которого можно перерабатывать даже вакуумный дистиллятор, получая сырье для каталитического крекинга, риформинга, пиролиза, бензин, реактивное топливо, дизельное топливо, смазочные масла.


ХИМИК. Для нас, химиков, важно понимание сути процессов, их химизма. Только на этой основе можно строить реальную технологию. Переводим взгляд на схему 4.

ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КРЕКИНГА


1. Расщепление по связи С – С


H H




R C : C R



H H


CnH2n+2 CmH2m+2 + CkH2k - Q кДж


m ∞ k m + k = n


CH2 – CH3




+ CH2 = CH2


2. Дегидрирование:


СH3 – СH2 – СH2 – СH2 – СH2 – СH2 - СH3


СH2 + СH – СH2 – СH2 – СH2 – СH2 - СH3 + H2








+ 3 Н2


3. Изомеризация:


СH3 – СH2 – СH2 – СH2 – СH2 - СH3


СH3 + СH – СH2 – СH2 – СH3



СH3


4. Дегидроциклизация (ароматизация)


С6H14 С6H6 + 4H2


С7H16 С6H5 – СH3 + 4H2


5. Алкидирование:


СH3


СH3 – С – H + СH2 = СH - СH2 – СH3




СH3


СH3




СH3 – С – СH - СH2 – СH3




СH3 СH3


6. Полимеризация:


СH2 = СH2 + СH2 = СH2 СH3 – СH2 – СH2 = СH2 …..


7.












+ Н2 (… + Сn)




кокс


1. Механизм процесса расщепления углеродной цепи мы уже рассматривали – получается предельный и непредельный углеводород. Чем больше молекулярная масса, тем лучше крекируется углеводород, причем симметрично. При высоких температурах происходит «деметанизация».

2. Протекает дегидрирование, ведущее к образованию олефинов и диенов. Скорость крекирования зависит и от давления; проанализируйте его влияние, глядя на схему. Дегидрируются и нафтены, но это уже характерно для каталитического крекинга.

3. Реакция изомеризации также протекает в присутствии катализатора – вот почему бензины каталитического крекинга имеют более высокие антидетонационные свойства.

4. Ароматизация. Получается весь набор ароматических углеводородов: бензол, толуол, ксилолы. Вот они перед вами на столе – бесцветные, прозрачные, пахнущие, легко воспламеняющиеся жидкости, присутствие которых в бензине улучшает его качество.

5. Важная реакция каталитического крекинга – алкилирование. Здесь я привожу пример, когда в нее вступают продукты только что описанных процессов изомеризации и дегидрирования. Механизм присоединения понятен: получаются сильно разветвленные углеводороды, которые характеризуются высокими октановыми числами. Существуют установки алкилирования, на которых получают этилбензол, изопропилбензол, 2,2,4-триметилпентан (изооктан), у которого октановое число равно 100.

6. На схеме превращений показано начало роста цепи – димеризация, полимеризация ведет, естественно, к уменьшению количества низкомолекулярных олефинов.

7. В условиях катализа процессы дегидрирования идут так глубоко, что на поверхности катализатора образуется тонкий слой кокса и, когда масса кокса достигает приблизительно 1,5% от массы катализатора, процесс прекращается. Катализатор непрерывно регенерируется – кокс просто выжигается, а катализатор возвращается в процесс.


3. Подведение итогов урока.


4. Домашнее задание.

1. Наивный вопрос: почему двигатель вашей автомашины греется? Почему для экологии опасны выхлопные газы и как с этой проблемой можно справится?

2. «Неокрепшим» умам: поясните (только пояснить) смысл записи:

? газойль бензин СО.

3. Уверенные в себе пусть ответят: сколько стоит одна молекула бензиновой фракции, если средняя молекулярная масса равна 150? (Если нужна дополнительная информация, то ищите ее сами).

4. На химическом языке опишите «Химическую судьбу» молекулы состава С7Н16.

5. Что случится с молекулой С18Н38, если она будет находиться в зоне катализа 0,5 с?