Курсовая работа: Развитие понятий о химическом производстве в процессе изучения курса органической химии в средней школе

Была разработана схема утилизации фусов, возвращаемых в угольную шихту, а также технология совместной утилизации кислых смолок, масел с очистных сооружений, кубовых остатков от ректификации бензола, полимеров, сильно загрязненных сточных вод, которая предполагает приготовление водно-масляной эмульсии из смеси отходов. Эту смесь затем дозируют в шихту. При этом эмульгаторами служат полимерные продукты, содержащиеся в отходах. В настоящее время эмульсионный способ утилизации практически всех образующихся химических отходов (кислых и щелочных, органических и неорганических) ' внедрен на большинстве коксохимических предприятий востока и центра РФ.

ГЛАВА 4. УРОКИ

 

Урок на тему: Переработка нефти и природного газа

I. Нефть – это сложная смесь насыщенных (алканов), ароматических углеводородов и циклоалканов с примесью неорганических веществ.

Различают нефти:

·          парафиновые,

·          нафтеновые,

·          ароматические.

Нефть – маслянистая жидкость от светло-бурого до чёрного цвета, с характерным запахом, в воде не растворяется, поэтому образует на её поверхности плёнку, не пропускающую воздух (одна из экологических проблем).

II. Переработка нефти

Цель переработки нефти: получение бензина и сырья для нефтехимии.

Виды переработки нефти:

а)         перегонка (физический процесс) - первичная переработка нефти - выход не более 20%,

б)         крекинг (химический процесс) - вторичная переработка - выход до 80%.

а) Перегонка нефти.

Фракция смесь УВ, кипящих в определённом температурном интервале.

Продукты первичной переработки:

	Фракции нефти	Углеводороды	Температура кипения фракции в ○С	Применение
1	Бензин	С5 С11	20-200	Автомобильный бензин, авиационный бензин
2	Лигроин	С8 С14	150-250	Горючее для автотракторной техники
3	Керосин	С12 С18	180-300	Топливо для самолётов и ракет
4	Газойль	С18 С24	275-400	Топливо для дизельных двигателей
5	Мазут	С19 С53	Более 400	Подвергают вторичной переработке, часть мазута используют в качестве топлива

Прямая перегонка нефти

·           устройство ректификационной колонны (Н = 50 – 60 м, Д = 3 м);

·           сущность перегонки нефти;

·           продукты перегонки (фракции):

1. Бензиновая – С5 С12, tє кипения = 40 – 200о С – состав бензина

2. Лигроиновая – С8 С14, tє кипения = 150 – 250о С – горючее для тракторов

3. Керосиновая – С12 С18, tє кипения = 180 – 300оС – горючее для тракторов, ракет

4. Дизельная – С12 С18, tє кипения = 180 – 350оС – дизельное топливо

5. Гудрон – асфальт

Главный недостаток перегонки нефти – малый выход бензина (20 – 30%).

Крекинг термический 470 – 550о С, р = 2-6 Мпа

С16Н34 С8Н18 + С8Н16

С8Н18 С4Н10 + С4Н8

С4Н10 С2Н6 – С2Н4

Состав бензина разветвленные углеводороды, непредельные (но их меньше, чем в бензине термического крекинга).

Пиролиз – высокотемпературный крекинг – 650 700о С. Получают непредельные углеводороды.

Риформинг – получение ароматических углеводородов (ароматизация нефти)

Химическая переработка углеводородов нефти позволяет получать не только горюче смазочные материалы, но и целый ряд органических веществ (схема).

Виды крекинга:

а)         каталитический:

б)         термический.

Реформинг (ароматизация) - превращение предельных углеводородов в ароматические, что улучшает качество бензина. Сущность риформинга - дегидрирование в присутствии катализатора – платины.

Природный газ

·           состав природного газа;

·           применение метана и его соединений.

Таблица 1 - Состав природного и попутного нефтяных газов (в объёмных процентах)

Компоненты газов	Природный газ Уренгойского месторождения	Попутный газ Суторминского месторождения	Попутный газ Пограничного месторождения
Метан	95,16	63,4	85,85
Этан	1,00	10,5	0,12
Пропан	0,33	11,1	4,75
Бутан и  изобутан	0,07	2,8  1,2	1,4 и выше
Пентан и др.	0,03	2,0	0,72
Азот и редкие газы	3,009	9,0	1,74
Углекислый газ	0,40	-	-

Свойства нефти:

Плотность. Измеряется в кг/м3, по плотности нефти можно судить о её составе, применение нефти зависит от её состава. В нефти с небольшой плотностью меньше тяжелых углеводородов: асфальтенов, битумов, её легче отделить от воды и механических примесей.

Вязкость - свойство нефти оказывать при передвижении сопротивление перемещению частиц относительно друг друга, чем меньше вязкость, тем легче нефть передвигается по трубам при транспортировке, легче поддается переработке.

Газовый фактор количество газа на 1 тонну нефти, газ отделяется на месторождении, либо подается потребителю, либо подается на факел

Виды нефти:

По составу углеводородов:

·          метановые,

·          нафтеновые,

·          ароматические,

·          смешанные.

По плотности:

·           лёгкие - плотность 0,65- 0,87%

·           средние – плотность 0,871-0,910%

·          тяжёлые – плотность 0,910-1,05 г/см3

По содержанию серы:

·          малосернистые до 0,5%

·          сернистые 0,5-2%

·          высокосернистые свыше 2%

По содержанию твёрдых парафинов, растворённых в нефти (нефтяной парафин):

·          высокопарафиновые - до 25%

·          парафинистые или парафиновые - более 1,5%-6%

·          малопарафиновые менее 1,5%

Нефть – это очень ценное полезное ископаемое, но неправильное использование и нарушение технологии добычи нефти приводят к серьёзным последствиям.

Следует отметить основные экологические проблемы:

1. Загрязнение воздуха.

Основными загрязнителями являются:

предприятия нефтегазового комплекса, теплоэлектроцентрали;

транспорт.

2.Загрязнение поверхностных вод.

Основными источниками загрязнений водоёмов являются стоки от буровых скважин, транспортных средств. Химические реагенты, нефть, нефтепродукты, фенолы, тяжёлые металлы являются основными загрязнителями, попадающими в водоёмы. Тяжёлые фракции нефти, оседая на дно рек, способствуют хроническому загрязнению и вызывают гибель данной фауны

3. Нарушение почвенно-растительного покрова.

Почвы подвергаются химическому загрязнению в районах месторождений нефти и газа. В районах пробуренных скважин отмечается повышенное содержание в почве цинка, свинца, никеля, хрома, бора, стронция. Вечная мерзлота способствует накоплению загрязняющих веществ в почве и длительному хранению. В условиях низких температур растительный покров развивается чрезвычайно медленно, поэтому природа более ранима. Чем в других районах планеты.

Длительность восстановления ландшафтов составляет от 15 до 100 лет, но основная их часть вообще не восстанавливается. Из-за бездумного освоения нефтегазовых ресурсов Ямала выведено из оборота 60тыс. км2 оленьих пастбищ, в 1990 году сгорело 14 тыс. км2 ягельников. При существующей практике экосистемы разрушены на 20-30%.

Вопрос: «Что такое парафин, который применяется для изготовления свечей, с химической точки зрения?»

Ответ:

Парафин - это воскоподобное вещество, смесь предельных углеводородов состава С18Н38 – С35Н72, t плавления = 40-600С, получают из нефти. Применяют для приготовления парафинистой бумаги, пропитки древесины в спичечном и карандашном производствах, как изоляционный материал, химическое сырьё и т.д. В медицине используют для парафинолечения.

Вопрос:

Что такое асфальт?

И правда ли, что асфальт встречается в природе

Ответ:

Асфальты и битумы - это природные минералы, образуются в результате окисления нефти. Асфальт был известен ещё в древности. Асфальт (от греческого asphaltеs – горная смола).

Различают асфальты:

·          природные (60-70% битумов): образуются при выветривании нефти в природе

искусственные - производят из нефти и используют для дорожного покрытия дорог, это смесь битумов -13-60% и песка, гравия, щебня.

В природе встречаются асфальтовые озёра, например, озеро на острове Тринидад - редкостное природное образование. По нему можно ходить, даже проложена узкоколейная железная дорога для вывоза асфальта. Но асфальт в озере находится в постоянном движении и такие озёра - настоящий капкан для животных. Птицы, привлекаемые обманчивым блеском поверхности, садятся на озеро и больше уже не взлетают.

·          Что такое этилированный бензин?

·          В нашем городе есть компрессорная станция КС-1. Поясните, пожалуйста, чем занимаются компрессорные станции?

·          Почему во многих учебниках написано, что метан, этан - это газы без запаха; а газ, который применяется в быту, обладает сильным неприятным запахом?

·          Что означают марки бензина, например: А-76, АИ-92, АИ-96, АИ- 96 и др?

·          На каком топливе работают самолёты?

·        Нефть это вещество, или смесь веществ?

·        Какие вещества входят в её состав?

·        Чем отличаются по составу попутный и природный нефтяные газы?

·        Какой газ природный или попутный имеет больше возможностей для нефтехимии?

·        Перегонка это физический или химический процесс? На каком свойстве веществ основана перегонка?

·        Крекинг это физический или химический процесс?

·        Какой бензин более качественный:

бензин, полученный прямой перегонкой, термическим или каталитическим крекингом?

·          Как вы понимаете слова Д.И.Менделеева «Нефть - не топливо, топить можно и ассигнациями»?

Задачи с экологическим содержанием

1. Рассчитайте объем СО2, возвращенного в круговорот углерода в результате деятельности метанокисляющих бактерий, если ими было утилизировано из воздуха 4,8 т СН4. Процесс биологического окисления метана идет ступенчато:

СН4  СН3ОН  НСНО  НСООН  СО2.

Масса СН4 в атмосфере равна 4,3•108 т, а общая масса СО2 – 2,3•1012 т.

2. Один из способов очистки коксового газа от оксидов азота(II) – использование метана.

Какой объем СН4 расходуется в час на взаимодействие с NO на установке по очистке коксового газа производительностью 130 тыс. м3/ч, если в 1 м3 коксового газа содержится 6 см3 NO?

3. На нефтеперерабатывающем заводе негерметичное соединение коммуникаций приводит к утечке бензина или другого нефтепродукта. Например, при утечке одной капли бензина в секунду потери топлива в месяц составляют 130 л, а в год – 1560 л. Сколько километров мог бы пройти автомобиль в месяц и в год, если его расход составляет 15 л на 100 км? Какой вред могут принести окружающей среде потери нефти и нефтепродуктов в нефтеперерабатывающей промышленности?

4. В настоящее время муравьиную кислоту получают из природного газа путем каталитического окисления содержащегося в нем метана. Вычислите объем природного газа (н. у.), необходимого для получения муравьиной кислоты массой 69 т, если объемная доля метана в нем равна 0,95. Определите преимущества данной технологии по сравнению с методом получения муравьиной кислоты путем разложения формиата натрия серной кислотой при охлаждении раствора.

Литература

1.   Борисов И.Н. Об изучении химических производств, жури. «Химия в школе», 1954, № 1.

2.   Шаповаленко С.Г. Вопросы политехнического обучения в процессе преподавания химии, журн. «Химия в школе», 1953, № 2.

3.   Цветков Л.А., ред. Сборник «Производственные экскурсии по химии в школе, 1953.

4.   Павлов Б.А. и др. Технология неорганических веществ. Пособие для учителей средней школы, 1954.

5.   Вольфкович С.И. и др. Общая химическая технология, т. I, 1952.

6.   Борисев М.И. Методика преподавания химии, т. 2, 1954.

7.   Цветков Л.А, Химические опыты при изучении каучука и нефти, М.: «Химия в школе», 1953, № 6.

8.   Терпогосова К.А. Нефть и продукты её переработки, 1952.

9.. Барковский Е.В., Врублевский А.И. Тесты по химии, Минск, 2002.