Природные источники углеводородов Составитель: И.Н. Пиялкина, учитель химии МБОУ СОШ 37 города Белово

Классификация углеводородов Углеводороды Ациклические Карбоциклические Предельные Непредельные Алканы Алкены Алкадиены Алкины Ароматические Алициклические Циклоалканы Циклоалкены

Природные источники углеводородов Нефть Уголь Природный газ Попутный нефтяной газ

Нефть

Нефть - маслянистая жидкость от светло-коричневого до темно-бурого, почти черного цвета, с характерным запахом, в воде не растворяется, образует на поверхности воды пленку, не пропускающую воздух. Нефть - это сложная смесь насыщенных и ароматических углеводородов, циклопарафинов, а также некоторых органических соединений, содержащих гетероатомы - кислород, серу, азот и др.

По составу нефть бывает: парафиновая - состоит из алканов с прямой и разветвленной цепью; нафтеновая - содержит предельные циклические углеводороды; ароматическая - включает ароматические углеводороды (бензол и его гомологи). Несмотря на сложный компонентный состав, элементный состав нефтей более-менее одинаков: в среднем 82-87% углерода, % водорода, 2-6% других элементов (кислород, сера, азот).

Немного истории В 1859 г. в США, в штате Пенсильвания 40-летний Эдвин Дрейк с помощью собственного упорства, денег нефтяной компании и старого парового двигателя пробурил скважину глубиной 22 метра и извлек из нее первую нефть. Приоритет Дрейка как пионера в области бурения нефтяных скважин оспаривается, однако его имя все равно связано с началом нефтяной эры. Нефть обнаружили во многих частях света. Человечество наконец приобрело в большом количестве превосходный источник искусственного освещения... Первая нефтяная скважина. Тайтусвилл, штат Пенсильвания, 1859 г.

Происхождение нефти В среде ученых доминировали две основные концепции: органическая и неорганическая. Согласно первой концепции, органические остатки, захороненные в осадочных породах, с течением времени разлагаются, превращаясь в нефть, уголь и природный газ; более подвижные нефть и газ затем скапливаются в верхних пластах осадочных пород, имеющих поры. Другие ученые утверждают, что нефть образуется на «больших глубинах в мантии Земли». Русский ученый-химик Д.И.Менделеев был сторонником неорганической концепции. В 1877 г. он предложил минеральную (карбидную) гипотезу (вода проникает в глубь Земли по разломам и воздействует на «углеродистые металлы» и получаются углеводороды). Еще была гипотеза космического происхождения нефти - из углеводородов, содержавшихся в газовой оболочке Земли еще во время ее звездного состояния. С 1950-х гг. были получены убедительные доказательства биогенной природы нефти.

Нефть и русские ученые Поисками нефти и ее изучением занимались многие русские ученые: М.В.Ломоносов высказал первую научную гипотезу происхождения нефти; Д.И.Менделеев разработал способ непрерывной перегонки нефти; В.В.Марковников занимался изучением химического состава нефти; И.М.Губкин - один из организаторов нашей нефтяной геологии.

Органическая химия 10 класс 10 Нефть- «черное золото», «кровь Земли» Залежи сырой нефти появились в недрах земли около млн. лет назад. Нефть – одна из сокровенных тайн природы, осадочного происхождения. Запасов разведанных месторождений хватит на лет. Нефть – «сгусток энергии», полстакана нефти вскипятит ведерный самовар, 1 капля содержит около 900 соединений. Нефть – богатство мира. Играет огромную роль как в политике, так и в экономике государства. «Нефть – не топливо, топить можно и ассигнациями» - Д.И.Менделеев.

Состав нефти N – 0,01- 4 % S -0,3- 3% О- 0,1-1% Н % С %

Переработка нефти Первичная (перегонка)Вторичная Крекинг Пиролиз нефтепродуктов Гидроочистка нефтепродуктов Риформинг

Ректификация (фракционная переработка) – это физический способ разделения смеси компонентов, основанный на различии их температур кипения. Горючее для автомобилей и самолетов, растворитель масел и каучуков Сырье для химического производства Горючее для дизельных двигателей Горючее для тракторов, реактивных двигателей БЕНЗИН С 5 -С С С ЛИГРОИН С 8 -С С КЕРОСИН С 12 -С С ГАЗОЙЛЬ С 13 -С 19 МАЗУТ Соляровое масло, смазочные масла, вазелин, парафин, Топливо для электростанций, кораблей, сырье для производства масел Твердый остаток – гудрон и продукты его переработки битум и асфальт Выход бензина 17-20%

Крекинг углеводородов (вторичная переработка углеводородов) Крекинг (crack - расщеплять) Термический t = С р = 2-7 МПа Каталитический t= С kat – Al2O3 ·nSiO2 Процесс разложения углеводородов нефти на более летучие вещества 1891 г – В. Г. Шухов Выход бензина 65-70%

Термический и каталитический крекинг Термический крекинг Каталитический крекинг Протекает при °СПротекает при °С и в присутствии катализатора Бензин содержит много непредельных углеводородов Бензин содержит много углеводороды с разветвлённой цепью Обладает высокой детонационной устойчивостью (взрывоустойчивостью) Обладает ещё большей детонационной устойчивостью Менее устойчив при хранении Более устойчив при хранении

Термический крекинг При нагревании происходит расщепление крупных молекул углеводородов на более мелкие, в том числе на молекулы, входящие в состав бензина. Например: С 8 Н 18 С 4 Н 10 + С 4 Н 8 С 4 Н 10 С 2 Н 6 + С 2 Н 4 С 4 Н 10 С 3 Н 6 + СН 4

Каталитический крекинг Проводят в присутствии природных или синтетических алюмосиликатов.

Органическая химия 10 класс 20 Ароматизация Непрямая химическая переработка бензиновых и лигроиновых фракций при t = С, каt., p c целью получения высокооктановых бензинов. Результат: Алканы – циклоалканы ароматические – повышение октанового числа бензина Используется для получения высокооктанового топлива, ПАВ, инсектицидов, антиокислителей Алкилирование Пиролиз нефти, риформинг, «облагораживание бензина» Процесс введения в молекулы соединений радикалов CH 3, C 2 H 5

Продукты переработки нефти

Органическая химия 10 класс 22 Природный газ Смесь газообразных углеводородов различного происхождения, заполняющие поры и пустоты горных пород, рассеянных в почве Состав 98% - СН 4 2% - С 2 Н 6,С 3 Н 8, С 4 Н 10, N 2, CO 2, Н 2 Н 2 S Состав 98% - СН 4 2% - С 2 Н 6,С 3 Н 8, С 4 Н 10, N 2, CO 2, Н 2 Н 2 S Применение: 1. Топливо на 90% 2. Химическое сырье на 10% (сажа, водород, ацетилен, растворители) Применение: 1. Топливо на 90% 2. Химическое сырье на 10% (сажа, водород, ацетилен, растворители)

Природный газ Свойства природного газа: Физические: без цвета, вкуса и запаха. Химические: экологически чистое топливо СН 4 + О 2 СО 2 + Н 2 О

Преимущества природного газа как топлива При сгорании выделяется особенно много теплоты. Является экологически более чистым видом топлива по сравнению с другими. Самый дешёвый вид топлива. Легко транспортируется по газопроводам.

Природный газ-«голубое золото» Наша страна занимает первое место в мире по запасам природного газа. Важнейшие месторождения этого ценного топлива находятся в Западной Сибири (Уренгойское, Заполярное), в Волго-Уральском бассейне (Вуктыльское, Оренбургское), на Северном Кавказе (Ставропольское). Природный газ используется без предварительного разделения, потому что подвергается очистке еще до транспортировки. Оставшийся практически чистый метан расходуется, во-первых, как топливо: высокая теплота сгорания; экологично; удобно добывать, транспортировать, сжигать, потому что агрегатное состояние - газ. Метан становится сырьем для получения ацетилена, сажи и водорода; для производства непредельных углеводородов, в первую очередь этилена и пропилена; для органического синтеза: метилового спирта, формальдегида, ацетона, уксусной кислоты и многого другого.

Органическая химия 10 класс 26 Попутный нефтяной газ- «шапка» над нефтью Смесь углеводородов сопутствующие нефти и выделяющиеся при её добыче Состав 30-40% - СН 4 7,5% - С 2 Н 6, 21,8% - С 3 Н 8, 20,5% -С 4 Н 10 Примеси - N 2, CO 2, Н 2 О, Н 2 S Состав 30-40% - СН 4 7,5% - С 2 Н 6, 21,8% - С 3 Н 8, 20,5% -С 4 Н 10 Примеси - N 2, CO 2, Н 2 О, Н 2 S Применение: Раньше сжигали, сейчас улавливают и используют: 1. Топливо 2. Химическое сырье - получая: пластмассы, каучуки, сухой газ, пропан- бутановую смесь, газовый бензин Применение: Раньше сжигали, сейчас улавливают и используют: 1. Топливо 2. Химическое сырье - получая: пластмассы, каучуки, сухой газ, пропан- бутановую смесь, газовый бензин

Попутный нефтяной газ Нефтяной газ по своему происхождению тоже является природным газом. Особое название он получил потому, что находится в залежах вместе с нефтью - он растворен в ней. При извлечении нефти на поверхность он вследствие резкого падения давления отделяется от нее. Россия занимает одно из первых мест по запасам попутного газа и его добычи. Попутный нефтяной газ - ценное химическое сырье, из него можно получить больше веществ, чем из природного газа. Извлекают для химической переработки и индивидуальные углеводороды: этан, пропан, бутан и др. Из них получают непредельные углеводороды реакцией дегидрирования.

Состав природного газа Метан % Этан 0,5-4 % Пропан 0,2-1,5 % Азот и другие газы 2,0-13 % Пентан 0,1-1 % Бутан 0,1-1 % Состав попутного нефтяного газа Метан % Этан 7,5-20 % Пропан % Бутан 7,5-11,5 % Пентан и более тяжёлые углеводороды 5-6,5 % Азот и другие газы 2-28%

Характеристика попутных нефтяных газов название состав применение Газовый бензин Смесь пентана, гексана и др. углеводородов Добавляют к бензину для улучшения запуска двигателя Пропан- бутановая фракция Смесь пропана и бутана Применяют в виде сжиженного газа как топливо Сухой газ По составу сходен с природным газом Используют для получения ацетилена, водорода и др. веществ, а так же как топливо

Важнейшие продукты, получаемые из природного газа и попутного нефтяного газа Природные горючие газы Ацетилен Водород Аммиак Соли аммония Азотная кислота Карбамид Растворители Синтетический каучук Пластмассы Сероводород сера Серная кислота Синтез - газ Кислородсодержащие вещества Гелий Полиэтилен Этиловый спирт

Немного истории Ископаемый уголь известен человеку с незапамятных времен. Первое письменное упоминание о нем мы находим в «Метеорологии» Аристотеля (340 г. до н.э.). В Древнем Китае еще за 100 лет до н.э. уголь широко применялся для выплавки меди, обжига фарфора, выпаривания соли. В Европе добыча угля началась намного позднее, чем в Азии, - в XIII в. в Англии. Но в XIV в. английское правительство запретило пользоваться углем всем, кроме кузнецов, ввиду «зловонности этого вида топлива». Подобные запреты вводились в Англии и в дальнейшем. В России значение ископаемого угля первым высоко оценил Петр I. Многие угольные бассейны России были открыты еще в XVIII в. -Донецкий, Кузнецкий. В XIX-XX вв. продолжалось освоение уже известных бассейнов и были получены сведения о наличии угля в Печерском, Тунгусском, Канско-Ачинском, Южно-Якутском, Таймырском и других бассейнах.

твердое горючее полезное ископаемое растительного происхождения, одна из разновидностей ископаемых углей (средней степени метаморфизма). Представляет собой плотную породу черного, иногда серо-черного цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью Каменный уголь Каменный уголь залегает в виде пластов различной мощности (от долей м до нескольких десятков и более м). Глубина залегания углей различна от поверхностного до м и глубже. Наибольшие запасы (более 90%) сосредоточены в Северном полушарии, к северу от 30° северной широты. Наиболее богата каменным углем Азия, Северная Америка, Европа. Из отдельных стран выделяются Россия, Украина, США и Китай.

Существует 2 основных способа добычи каменного угля: открытый (карьерный) и закрытый (шахтный). Используется в коксохимическом производстве, как энергетическое топливо, а также для полукоксования, газификации, получения жидкого топлива, смазочных масел, пластмасс и т.п.

Состав каменного угля Состав бурого угля Углерод 98 % Углерод 98 % Водород до 6% Азот, сера, кислород до 10% Азот, сера, кислород до 10% Углерод до 75% Углерод до 75% Водород до 6% Азот, кислород до 30% Азот, кислород до 30%

Продукты коксования угля Водород Газообразные Этилен Аммиак Бензол Метан Сульфат аммония Этилен Коксовый газ Бензол Фенол Гомологи бензола и фенола Жидкие Каменно- угольная смола Кокс Твёрдые Каменный уголь

Азотное удобрение (аммиак) Топливо (кокс, коксовый газ) Красители, медикаменты, взрывчатые вещества, пестициды, синтетические волокна (бензол) Применение

Коксование угля (пиролиз). Схема коксовой печи Каменный уголь Камеры для коксования угля Загрузочные отверстия Трубы для выхода летучих продуктов Газосборник Регенераторы для нагревания газа и воздуха Продукты конденсата Сырье t= 900 – 1050 ۫C, без доступа воздуха

Экологические проблемы возникающие при переработке углеводородов

Органическая химия 10 класс 40 Это должен знать каждый При загрузке шихты и выдаче 1 т. угля выбрасывается 0,75 кг. Пыли, 0,55 кг. Сероводорода, 0,07 кг. Аммиака, 0,0004 кг. Цианидов, 0,13 кг. Фенола,0,16 кг. Аренов. Нефть самый стойкий загрязнитель океанических вод. Ежегодно в моря и океаны попадает 6-10 млн. тонн нефти. Одна тонна нефти растекаясь образует на поверхности пятно площадью 12 км 2.

Органическая химия 10 класс 41 Гибель икры, мальков, молоди рыб Экологические последствия нефтяного загрязнения Появление уродливых нежизнеспособных особей Гибель водоплавающих птиц Нарушение фотосинтеза- уменьшение первичной биопродукции на 10% Нарушение обмена в системе океан- атмосфера Накопление канцерогенов по цепям питания

Гибель живых организмов

Загрязнение атмосферы продуктами сгорания

Тестовые задания Вариант 1 1. Перечислите природные источники углеводородов (3 балла) 2. Основным природным источником предельных углеводородов является: А) нефть Б) бурый уголь В) каменный уголь Г) торф (1 балл) 3. Перечислите вещества, входящие в состав природного газа. (6 баллов) 4. Закончите определение: «Нефть – это ……» (1 балл) 5. Перечислите фракции, образующиеся при ректификации нефти. (6 баллов) 6. Закончите определение: «Крекинг – это…..» (1 балл) 7. Коксование – это: А) расщепление углеводородов при высокой температуре Б) прокаливание угля без доступа воздуха при температуре около 1000°С В) расщепление в присутствии катализаторов (1 балл) 8. Экологически чистым топливом является: А) водород Б) нефть В) каменный уголь Г) природный газ (1 балл)

Тестовые задания Вариант 2 1. Энергетически выгодным и дешевым топливом является: А) водород Б) нефть В) каменный уголь Г) природный газ (1 балл) 2. Закончите определение: «Природный газ – это……» (1 балл) 3. Перечислите вещества, входящие в состав каменного угля. (5 баллов) 4. Закончите определение: «Ректификация или …..- это ……» (2 балла) 5. Перечислите способы переработки нефти. (2 балла) 6. Перечислите виды крекинга. (2 балла) 7. Продукты переработки каменного угля: А) кокс, каменноугольная смола, коксовый газ Б) бензин, керосин, мазут, лигроин В) ректификационный газ, дизельное топливо (1 балл) 8. Закончите фразу: «Твердый остаток коксования угля, практически чистый углерод – это…..» (1 балл)

Критерии оценок Вариант 1Вариант % 0-9,8 балла 0-49% 0-7,8 балла 50-70% баллов 50-70% 8-11,2 балла 71-95% 14,2 -19 баллов 71-95% 11,4 – 15,2 балла % 19,2 – 20 баллов % 15,4 – 16 баллов

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ П.10 Приготовить конспект Выполнить тест

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!