Учитель химии и биологии Авшенюков В.А.
Северо-Казахстанская область. Айыртауский р-он . с Агынтай батыр. Златогорская СШ.
Тема урока: Природные источники углеводородов
Девиз: "Без светоча науки и
с нефтью будут потемки”.
(Д.И Менделеев)
Тип урока: Урок-конференция.
Цели и задачи:
1. Образовательные задачи: обобщить знания учащихся о природных источниках органических соединений и их переработке; показать успехи и перспективы развития нефтехимии и коксохимии; углубить знания учащихся из курса экономической географии о газовой и нефтяных отраслях промышленности, современных направлениях переработки сырья.
2. Развивающие задачи: развивать представление учащихся о взаимосвязи между строением и свойствами веществ и применением на основе этих свойств; развивать самостоятельность в работе с учебной литературой; развивать умение учащихся выделять наиболее важные моменты при изучении нового материала.
3. Воспитательные задачи: воспитывать у учащихся уважение к мнению других членов коллектива; обратить особое внимание учащихся на проблемы, связанные с охраной окружающей среды.
Средства обучения: компьютер, коллекция углеводородное сырье, карта Казахстана.
Приложение - презентация работы на диске (с видеофрагментами).
Подготовка: сообщаю учащимся тему и задачи конференции, сроки проведения, план работы, список литературы, и даты консультаций по подготовке материала. Основные требования к работам - их краткость, творческий характер, составление ответа по возможности в виде схемы с последующим выводом их в электронный вариант. Выполняют творческую работу по одной теме не более 3-х человек в группе. В работе урока-конференции участвуют: учитель как ведущий, докладчики, 4 группы учеников (нефть, уголь, газ, экологические проблемы и пути их решения).
План проведения конференции:
1. Вступительное слово учителя.
2. Выступления учеников с сообщениями.
3. Просмотр видео ролика.
4. Итоги конференции.
ХОД УРОКА
Учитель: Мы начинаем нашу конференцию на тему – "Природные источники углеводородов”. На сегодняшний день судьбы людей населяющих планету Земля, так или иначе, связаны с нефтью, углем и газом.
Человечество ежегодно потребляет около 7,5 млрд. тонн углеводородов. А расходуются эти углеводороды главным образом в качестве топлива. Именно поэтому особое место на нашем уроке уделяется данному вопросу, связанному с их добычей, переработкой и энергетическими и экологическими проблемами.
I этап конференции: сообщения учащихся о нефти.
Нефть и нефтяное дело имеют многовековую историю. Знакомство человека с этой удивительно замечательной жидкостью произошло несколько тысяч лет до нашей эры. При раскопках городов поселений Древнего Египта были найдены светильники, в которых содержались остатки высохшего нефтебитума.
Археологические исследования, проведенные на берегах Евфрата, позволили установить, что в этих местах уже 6–8 тысяч лет назад находились примитивные нефтяные промыслы. В Европе асфальт, продукт окисления нефти, был известен примерно 4–5 тысяч лет назад. Использовалась она и в качестве лекарства. Древние египтяне нефть использовали для бальзамирования. Нефтяные битумы использовались для приготовления строительных растворов. В средние века нефть использовалась для освещения в ряде городов на Ближнем Востоке, Южной Италии и др. В начале XIX в. в России, а в середине XIX в. в Америке из нефти путем возгонки был получен керосин. Он использовался в лампах. До середины XIX в. нефть добывалась в небольших количествах из глубоких колодцев вблизи естественных выходов ее на поверхность. Изобретение парового, а затем дизельного и бензинового двигателя привело к бурному развитию нефтедобывающей промышленности.
ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ НЕФТЕЙ
Существуют две теории происхождения нефти. Сторонники первой – органики – считают, что нефть образовалась в осадочном чехле земной коры в результате глубокого преобразования животных и растительных организмов, живших миллионы лет назад. Основоположником этой теории является М.В.Ломоносов, а И.М.Губкин глубже развивал это направление.
Другие – неорганики – доказывают, что нефть образовались в мантии земли неорганическим путем.
ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И СОЕДИНЕНИЯ В НЕФТЯХ
Нефти состоят главным образом из углерода – 79,5 – 87,5 % и водорода – 11,0 – 14,5 % от массы нефти. Кроме них в нефтях присутствуют еще три элемента – сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5 – 8 %. В незначительных концентрациях в нефтях встречаются элементы: ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий и др. Их общее содержание не превышает 0,02 – 0,03 % от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоят нефти. Кислород и азот находятся в нефтях только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода. В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений.
Нефть в природных условиях состоит из смеси метановых, нафтеновых и ароматических углеводородов. В нефти также содержится некоторое количество твердых и газообразных растворенных углеводородов. В нефтяных (попутных) газах кроме метана и его газообразных гомологов содержатся пары пентана, гексана и гептана.
НЕФТЯНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЗАХСТАНА
Впервые в Казахстане стали добывать нефть во время Первой мировой войны в Доссоре, на Эмбе и Макате. В настоя¬щее время в Казахстане разрабатывается более 160 месторождений нефти, а на более 60 ведутся исследовательские работы. В основном западная область республики считается нефтяным краем.
Первым исследователем Атырауской области является русский ученый Н. А. Северцов. В 1860 г. он опубликовал в журнале "Горный" свой отчет о Доссоре. После этого в 1899 г. в Атырау заработала первая нефтяная скважина. Столетие этой даты было отмечено в Атырау. В настоящее время нефтеносными месторождениями считаются в Атырау — Тенгиз, Махат, в Актюбинской области — Шубаркудык, Кенкияк, Каратобе, в Уральской области — Мартыши, Камышин, на юге Мангыстау — Жетибай, Карамандыбас, Узен, Тенге, Тасболат и т. д., в Кызылординской области — Кумкол, Кумасай, Кызылкия и др.
Просмотр видеофрагмента: поиск нефти.
ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ
После очистки нефти начинается ее перегонка. Перегонка нефти осуществляется в установке, которая состоит из трубчатой печи, ректификационной колонны и холодильника. Трубчатая печъ – это огромное сооружение, с сетью труб длиной до тысячи и более метров. По ним насосом прокачивается сырая нефть. В печи нефть нагревается до 350оС. Нефть кипит, и ее большая часть превращается в пар, который по подземному трубоустройству попадает в ректификационную колонну. Ректификационная колонна представляет собой огромное сооружение цилиндрической формы высотой 40 м, диаметром 3–4 м, похожее на башню. Внутреннее устройство ректификационной колонны исключительно простое и чрезвычайно остроумное. По всей высоте она разделена горизонтальными перегородками, так называемыми – тарелками с комнату величиной. В середине тарелки отверстие как в чудо-печке. Самое замечательное в колонне – это способность разделить углеводороды на группы, одновременно пререводя из парообразного состояния в жидкое. Каждый вид нефтепродуктов, мазут, газойль, керосин, лигроин, бензин находят в колонне свою тарелку. Такое разделение нефти основано на том, что нефть – это смесь различных углеводородов с разной температурой кипения.
Просмотр видеофрагмента: переработка нефти.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ
В настоящее время из нефти получают тысячи продуктов. Основными группами являются жидкое топливо, газообразное топливо, твердое топливо (нефтяной кокс), смазочные и специальные масла, парафины, битумы, ароматические соединения, сажа, ацетилен, этилен, нефтяные кислоты и их соли, высшие спирты и т.д.
Наибольшее применение продукты переработки нефти находят в топливно-энергетической отрасли. Например, мазут обладает почти в полтора раза более высокой теплотой сгорания по сравнению с лучшими углями. Он занимает мало места при сгорании и не дает твердых остатков при горении. Замена твердых видов топлива мазутом на ТЭС, заводах и на железнодорожном и водном транспорте дает огромную экономию средств, способствует быстрому развитию основных отраслей промышленности и транспорта.
Однако в последние годы продукты переработки нефти все шире используются как сырье для химической промышленности. Около 8% добываемой нефти потребляются в качестве сырья для современной химии. Например, этиловый спирт применяется примерно в 150 отраслях производства. В химической промышленности применяются формальдегид (HCOH), пластмассы, синтетические волокна, синтетический каучук, аммиак, этиловый спирт и т.д.
Продукты переработки нефти применяются и в сельском хозяйстве. Здесь используются стимуляторы роста, протравители семян, ядохимикаты, азотные удобрения, мочевина, пленки для парников и т.д. В пищевой промышленности применяются полиэтиленовые упаковки, пищевые кислоты, консервирующие средства, парафин, производятся белково-витаминные концентраты, исходным сырьем для которых служат метиловый и этиловый спирты и метан. В фармацевтической и парфюмерной промышленности из производных переработки нефти изготовляют
нашатырный спирт, хлороформ, формалин, аспирин, вазелин и др. Производные нефтесинтеза находят широкое применение и в деревообрабатывающей, текстильной, кожевенно-обувной и строительной промышленности.
Не будет преувеличения, если скажем, что современная цивилизация основана на нефти.
– Великий ученый Д.И.Менделеев ясно понимал, каким прекрасным материалом для различных химических производств является нефть и нефтепродукты, и бросил свою знаменитую фразу: "Нефть не топливо! Топить можно и ассигнациями”. Этим он подчеркнул значимость нефти.
II этап конференции: сообщения учащихся об угле.
Уголь – «чёрное золото» - ценнейшее химическое сырьё. Запасы каменного угля в природе значительно превышают запасы нефти. Поэтому каменный уголь – важнейший вид сырья для химической отрасли промышленности. Каменный уголь - это сложная смесь высокомолекулярных соединений, твердое горючее полезное ископаемое растительного происхождения, одна из разновидностей ископаемых углей. Представляет собой плотную породу черного, иногда серо-черного цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью. Содержит 75-97% углерода; 1,5-5,7% водорода; 1,5-15% кислорода; 0,5-4% серы; до 1,5% азота; 45-2% летучих веществ; количество влаги колеблется от 4 до 14%; золы — обычно от 2-4% до 45%.
ОСНОВНАЯ КОНЦЕПЦИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ УГЛЯ
Каменный уголь образовался из продуктов разложения органических остатков высших растений, претерпевших изменения (метаморфизм) в условиях давления окружающих пород земной коры и сравнительно высокой температуры. С возрастанием степени метаморфизма в горючей массе каменного угля последовательно увеличивается содержание углерода и одновременно уменьшается количество кислорода, водорода, летучих веществ; изменяются также теплота сгорания, способность спекаться и др. свойства. Образование каменного угля характерно для всех геологических систем начиная от силура и девона, однако основная масса каменного угля сосредоточена в отложениях каменноугольной, пермской и юрской систем.
УГОЛЬНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЗАХСТАНА
Каменный уголь залегает в виде пластов различной мощности (от долей м до нескольких десятков и более м). Глубина залегания углей различна — от поверхностного до 2000-2500 м и глубже. Наибольшие запасы (более 90%) сосредоточены в Северном полушарии, к северу от 30° северной широты. Наиболее богата каменным углем Азия (54% от мировых запасов), Северная Америка (28%), Европа (9%). На территории Казахстана (в урочище Караганды) уголь был открыт ещё в 1833 году. Именно поэтому этот город называют «шахтёрской столицей», что напрямую связано с добычей каменного угля.
Запасы каменного угля в Казахстане велики, разведано свыше 400 месторождений. Большая их часть расположена в Центральном Казахстане. Наиболее крупным является Карагандинский угольный бассейн – здесь уголь высоко качества. Экибастузский угольный бассейн – угли здесь отличаются большой зольностью. Они доступны разработке открытым способом и поэтому дешевы. Наиболее крупным бассейном месторождения бурого угля является Тургайский на севере Казахстана. Существует 2 основных способа добычи каменного угля: открытый (карьерный) и закрытый (шахтный).
ПЕРЕРАБОТКА УГЛЯ
В настоящее время в промышленности используется несколько путей переработки каменного угля: сухая перегонка (коксование), гидрирование, неполное сгорание, получение карбида кальция.
При нагревании каменного угля без доступа воздуха образуются: кокс, каменноугольная смола, аммиачная вода, коксовый газ.
Пиролиз – разложение органического вещества при высокой температуре без доступа воздуха.(t – 10000С, продолжительность – 14 ч.)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЯ
Способность угля давать при переработке самые различные продукты, совсем непохожие на исходные материалы, является почти безграничной. Многие люди, покупая в аптеках сульфидин, аспирин, салол, новокаин, стрептоцид, вряд ли догадываются, что все эти лечебные препараты созданы из угля. Используется в коксохимическом производстве, как энергетическое топливо, а также для полукоксования, газификации, получения жидкого топлива, смазочных масел, пластмасс и т.п.
III этап конференции: сообщения учащихся о газе.
Природный газ является ценнейшим видом топлива. При сгорании газа выделяется много теплоты, поэтому он служит энергетически эффективным и дешёвым топливом в котельных установках, доменных, мартеновских и стекловаренных печах. Использование на производстве природного газа даёт возможность повысить производительность труда.
Средний состав природного газа (по объёму)
СН4-80-97%
С2Н6-0,5-4%
С3Н8-0,2-1,5%
С4Н10-0,1-1,0%
N2, H2S,CO2 и др.-2-13%
Состав природного газа различных месторождений неодинаков. Наиболее ценится газ с высоким содержанием метана.
Запасы природного газа на нашей планете очень велики (примерно 1015 м3).
Попутный нефтяной газ – это газ, существующий вместе с нефтью, он растворен в нефти и находится над ней, образуя «газовую шапку», под давлением. На выходе из скважины давление падает, и попутный газ отделяется от нефти. Этот газ в прошлые времена не использовался, а просто сжигался. В настоящее время его улавливают и используют как топливо и ценное химическое сырьё. Возможности использования попутных газов даже шире, чем природного газа, так как состав их богаче. В попутных газах содержится меньше метана, чем в природном газе, но в них значительно больше гомологов метана. Чтобы использовать попутный газ более рационально, его разделяют на смеси более узкого состава. После разделения получают газовый бензин, пропан и бутан, сухой газ. Извлекают и индивидуальные углеводороды – этан, пропан, бутан и другие. Дегидрированием их получают непредельные углеводороды – этилен, пропилен, бутилен и др.
ГАЗОВЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЗАХСТАНА
Производство природного газа — самая новая отрасль промышлен¬ности в Казахстане. В основном природный газ добывают на место¬рождениях, расположенных на полуострове Мангыстау, в бассейне рек Эмбы, Урала и в Атырау.
Сравнительно недавно, в 2001 г., в Жамбылской области открыто новое месторождение природного газа Аманкельды. Общий запас природного газа на территории Казахстана составляет 9,5 трлн. м3, 68% всего природного газа сосредоточено в Уральской области.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗА
Природный газ – источник сырья для химической отрасли промышленности: получение ацетилена, этилена, водорода, сажи, различных пластмасс, уксусной кислоты, красителей, медикаментов и других продуктов.
IV этап конференции: сообщения учащихся о экологических проблемах связанных с добычей углеводородного сырья.
Как известно, у кого нефть — у того и власть. Поэтому мировые державы целенаправленно занимают, а иногда и отвоевывают нефтяные месторождения. Черное золото всегда было предметом войн и ожесточенных споров. Государство вынуждено продавать нефть, что обусловлено рядом проблем, стоящих перед страной. Торговля полезными ископаемыми приносит стране прибыль, которую государство использует в различных целях. Страны, купившие нефть, либо консервируют, либо перерабатывают ее, получая большой ассортимент продукции, часть которой экспортируется. Ведь нефть используется не только как топливо, но и как ценное химическое сырье для органического синтеза.
Для развития энергетики сегодня необходимо знание многих наук, но в большей степени – знание химии. Так как они необходимы для реализации комбинированных производств, переработки отходов с целью получения необходимых веществ, не приносящих вреда окружающей среде и населению земного шара.
В настоящее время человечество оказалось на пороге крупнейшего изменения климата, вызванного человеком. Это изменение незапланировано, неуправляемо и может оказаться катастрофическим. Причина этого изменения – увеличение в атмосфере углекислого газа и некоторых других газов, которые поглощают инфракрасное излучение от Земли, нагреваются и тем самым нагревают нашу планету.
Основная причина увеличения концентрации СО2 в атмосфере – нарушение его круговорота из-за сжигания топлива и вырубки лесов.
Нефтепродукты и другие отходы различных производств загрязняют Мировой океан. Ученые подсчитали, что ежегодно на морских трассах может возникнуть не менее 10 тысяч опасных ситуаций. Так, при розливе 1т нефти она способна покрыть тонким слоем площадь моря в 12 км2, плёнка не пропускает солнечные лучи, что замедляет образование кислорода в воде и приводит к гибели водных экосистем и соответственно к уменьшению кислорода в атмосфере.
Способность океана к самоочищению от нефти не превышает 10 млн. т в год. Следовательно, верхняя оценка антропогенного воздействия на Мировой океан - 8 млн. т в год – уже близка к критической, а мёртвый океан – это мёртвая планета. Задача человечества, уметь эффективно перерабатывать и рационально использовать дары нашей планеты, не нанося вреда окружающей среде.
Просмотр видеофрагментов: экологические катастрофы.
Подведение итогов
Учитель: Спасибо за интересные сообщения. Сегодня на уроке мы познакомились с особенностями состава, свойств и применения углеводородного сырья, изучили сущность и значение переработки нефти, угля и газа. Выделили основные экологические проблемы и пути их решения.
Спасибо за внимание.
|
