''Добыча и переработка нефти,их экологические последствия.''

Автор: Дараган Людмила Владимировна

Организация: ГБОУ ЛНР«ЛМБЛИ»

Населенный пункт: г. Луганск

Цели и задачи:

 

-образовательные:

сформировать знания учащихся о составе, физических и химических свойствах нефти, последствиях вмешательства человека в невозобновляемые природные богатства ;

 

-развивающие:

ознакомить учащихся со способами добывания, строением и работой основных аппаратов по перегонке нефти, последствиями нерационального использования природных ресурсов человеком и ущербе, наносимом экосистемам планеты в результате халатного отношения и ошибок, влекущих за собой колоссальные экологические катастрофы;

 

-воспитательные:

продолжить воспитание бережного отношения к природе, ответственного отношения к своим профессиональным обязанностям в будущем, понимания ценности биогеоценозов и биосферы в целом.

 

Тип урока:

изучение нового материала.

 

Оборудование:

Периодическая система Д.И. Менделеева, мультимедийная доска, проектор.

 

Методы и приемы:

Фронтальный опрос, информационно -рецептивный, рассказ учителя, составление опорной таблицы.

 

 

 

 

План урока:

 

I.Организационный момент.

 

II.Мотивация познавательной деятельности (объявление темы урока, целеполагание).

 

III.Актуализация опорных знаний и умений.

 

IV.Изучение нового материала.

 

V.Закрепление полученных знаний.

 

VI.Итог урока.

 

VII.Домашнее задание.

 

Ход урока:

 

I.Организационный момент:

Приветствие, проверка отсутствующих.

 

II.Мотивация:

- На прошлом уроке мы с вами начали изучение новой для вас темы «Природные источники углеводородов». Как вы уже знаете, природный газ, попутные нефтяные газы, нефть и каменный уголь относятся к не возобновляемым природным ресурсам. На этом основании те государства, на территории которых находятся крупнейшие месторождения этих ископаемых являются поставщиками этих ресурсов по всему земному шару. Этих стран, как и самих природных ископаемых, на Земле не так уж и много. Поставщиками природного и попутного нефтяного газа являются Россия, Алжир, Иран, США а нефти и каменного угля – Россия, Саудовская Аравия, Кувейт, Иран, Азербайджан.

 

- В связи с этим, человечеству необходимы разработки все новых и новых месторождений, но, при этом, необходимо учитывать и то обстоятельство, что ранее открытые месторождения необходимо использовать с максимальной пользой и очень рационально. И здесь, конечно же, не обойтись без химической переработки. Об этом, а так же о том, что представляет собой нефть,какова история ее открытия и использования, каковы ее свойства, какими способами ее можно перерабатывать, какие механизмы при этом используются и какую опасность представляет собой нефть для биосферы мы и будем сегодня говорить. Вашим заданием будет самостоятельное ведение конспекта. А теперь мы повторим о том, что вы уже знаете.

 

III.Актуализация:

 

Учитель:

- Давайте вспомним, что такое природный газ? Какой состав он имеет? Где он применяется?

 

Ученик:

 

- Природный газ представляет собой смесь газообразных углеводородов различного происхождения, заполняющие пустоты горных пород.

Его состав: 98% - СН4 (метан) ,2% - С2Н6 (этан), С3Н8 (пропан), С4Н10 (бутан),N2, CO2, Н2, Н2S . Применяется природный газ на 90% как топливо, как химическое сырье - на 10% (сажа, водород, ацетилен, растворители).

 

Учитель:

 

- Хорошо! Следующий ряд вопрос. Что называют попутным нефтяным газом? Каков его состав? В каких сферах он применяется?

 

Ученик:

 

- Попутный нефтяной газ- «шапка» над нефтью, он представляет собой смесь углеводородов, сопутствующие нефти и выделяющиеся при ее добыче. Его состав: 30-40% - СН4 (метан), 7,5% - С2Н6 (этан), 21,8% - С3Н8 (пропан), 20,5% - С4Н10 (бутан), примеси - N2, CO2, Н2, Н2S. Его применяют в различных сферах: прежде всего, как топливо, а так же в виде химического сырья для производства пластмасс, каучуков, сухого газа, пропан – бутановой смеси, газованного бензина.

 

Учитель:

 

- Хорошо!

- Ребята, а что вы знаете о нефти из литературы, газет, телевидения, истории, Интернета?

 

Ученик :

- Слово нефть означает - «нечто исторгаемое (землею)», в русский язык слово «нефть» пришло из турецкого слова «neft». Залежи сырой нефти появились в недрах Земли 100 -200 млн. лет назад. Она имеет осадочное происхождение - она образовалась из органического материала - останков живых организмов. По мнению ученых, исходным материалом для образования нефти служили микроорганизмы, населяющие прибрежные морские воды – планктон, 90% которого составляет фитопланктон. По химическому составу нефть очень похожа на каменный уголь – в нем тоже основным составляющим компонентом является углерод. Поэтому нефть и газ, наряду с углем, торфом и сланцами, ученые относят к одному классу ископаемых – каустобиолитов. В состав сырой нефти входит около 1000 компонентов. Залежи этого ценнейшего полезного ископаемого располагаются на глубине от десятков метров до 5-6 км. В конце XIX века русский ученый В. Д. Соколов предположил, что молекулы углеводородов содержались в газопылевом облаке, из которого образовалась наша планета.

Ученик:

История открытия нефти уходит своими корнями в начало истории всего человечества. Так, сырую нефть выкачивали из-под земли в Китае, в Сычуани еще 2500 лет назад. Китайцы первыми пробурили нефтяную скважину еще в 327 году н.э. Китайские инженеры использовали бамбуковые трубы для бурения на глубину 240 метров под поверхностью земли и добычи первых капель нефти. В то время нефть называлась "горящей водой" и использовалась для испарения морской воды и производства соли. В древнем Вавилоне битум использовался при строительстве зданий и для герметизации морских судов. Древние египтяне и впоследствии греки использовали для освещения примитивные лампы, топливом для которых служили легкие нефти. Нефть использовалась и в Древнем Египте для бальзамирования умерших . А в Древней Греции, нефть использовали в качестве топлива, о чем упоминается в произведениях Плутарха. Во времена Византийской империи ( с VII века н.э.) византийцы использовали «греческий огонь» - зажигательную смесь нефти с негашеной известью -он был грозным оружием, так как попытки потушить его водой только усиливали горение. Эта смесь использовалась против вражеских кораблей: ей смазывали наконечники стрел или изготовляли примитивные гранаты.

Ученик:

Первая в мире нефтяная скважина была пробурена на берегу Каспийского моря в 1846 году. Тогда еще не существовало автомобилей, основным рынком сбыта нефти была фармацевтика. Нефть носила название «каменное масло».Первое разработанное с платформы месторождение начало функционировать в 1891 году на Великом Озере Сент- Мери и велось компанией Riley and Banker's Oil. Озеро расположено в 70 милях к западу от города Колумбус, штат Огайо. В 1900 году в России добывалось больше половины от общемировых объемов добычи нефти. Первое бурение в открытом море было проведено в 1955 году компанией «Шелл Ойл» в Мексиканском заливе к югу от Нового Орлеана. Добыча нефти достигла пика в 2005. Начиная с 2011 года мир теряет около 10% нефти каждый год.

Ученик :

- Предположения о родственных взаимоотношениях между различными горючими полезными ископаемыми — нефтью, газом, углем, торфом и горючими сланцами — делались очень давно, начиная еще с высказываний гениального ученого М. В. Ломоносова – в 1763 году он опубликовал труд «О слоях земли», где он предположил, что и нефть и каменный уголь происходят разными путями из одного и того же органического вещества.

Учитель:

-Молодцы! Вы прекрасно осведомлены в вопросах истории!

 

Проблемный вопрос:

 

- Как вы уже заметили, прологом нашего сегодняшнего урока я выбрала слова Дмитрия Ивановича Менделеева: «Нефть -не топливо, топить можно и ассигнациями!» (Ассигнации -денежные купюры, распространенные в XIX веке в России )

Как вы думаете, почему Д.И.Менделеев высказал такую точку зрения?

 

IV.Изучение нового материала.

 

- На моем столе вы видите свечу, керосиновую лампу, тюбик вазелина, тени для век и губную помаду в виде крема и тарелку с росписью. Что, по вашему мнению, может связывать эти предметы?

 

Ученик :

- Я думаю, что керосин и вазелин получают из нефти, путем ее переработки. На основе вазелина можно получить кремообразную текстуру различных косметических средств. Парафин и основу красящих веществ – масла так же выделяют при переработке нефти и нефтепродуктов.

 

Учитель:

-Абсолютно верно! Все эти вещества не существовали бы, если бы человечество не научилось выделять из нефти вещества, которые ее образуют. Это и углеводороды, и высокомолекулярные соединения, и органические вещества, и, конечно же вода и минеральные соли. В одной ее капле содержится около 1000 соединений! Таким образом, можно сказать, что нефть – природная сложная смесь углеводородов с другими органическими веществами.

В мире ежедневно добывается 85 200 000 баррелей, или 13 546 800 000 литров нефти (по данным на начало 2009 года)

 

- А теперь давайте рассмотрим коллекцию образцов нефти.

В ней вы можете заметить различия в цвете, консистенции и, соответственно, составе нефти, добываемой из различных месторождений на территории Российской Федерации.

 

- В чем, по вашему мнению, может заключаться причина таких различий в составе и физических свойствах нефти?

 

Ученик :

 

- Я думаю, что состав и свойства нефти различных месторождений могут отличаться ввиду разных климатических условий, глубины залегания месторождения, давления и температуры на этой глубине.

 

Учитель:

- Абсолютно верно! Причиной этой разности служат природные условия местности, в которой формировались нефтяные отложения, уровень давления, температуры и влажности на горизонте породы, глубина залегания нефтяных пластов и, конечно же, тот природный материал, из которого за многие миллионы лет природа и сотворила чудо под названием нефть.

Сейчас вашим заданием будет самостоятельное ведение конспекта нашего сегодняшнего занятия.

По физическим свойствам нефть представляет собой маслянистую горючую жидкость, обычно темного цвета со своеобразным, резким запахом, она немного легче воды, в которой не растворима. Нефть представляет собой вещество, не имеющее определенной температуры кипения.

- Процесс добычи и транспортировки нефти очень опасен, энерго- и трудоемок. За добычей нефти следует ее переработка, которая осуществляется с помощью физических и химических способов. К физическим способам относится ректификация, к химическим - крекинг, алкилирование, ароматизация.

Одним из основных способов переработки нефти является физическая (прямая) перегонка или ректификация. Ректификация – разделение многокомпонентных жидких смесей на отдельные компоненты.

Перегонка нефти основана на разности температур кипения углеводородов, входящих в ее состав. Фракция – часть сыпучего или кускового твердого материала либо жидкой смеси, выделенная по определенному признаку.

Основные виды фракций: газовая, бензин, лигроин, керосин, дизельное топливо, мазут.

Наряду с удобством ее использования, существует и значительный недостаток - выход бензина составляет всего 17-20 % :

- Другим способом перегонки является химическая перегонка или крекинг, который был изобретен русским ученым В.Г.Шуховым в 1891 г. Этот способ не утратил своей актуальности и сегодня. Он представляет собой непрямую переработка нефти- процесс расщепления нефтепродуктов на углеводороды с меньшим числом карбоновых атомов.

- А сейчас давайте ознакомиться с основными видами химического крекинга. Первым является термический- расщепление молекул углеводородов на алканы и алкены нормального строения

Условия: t=450°С - 5500°С, р=2-7 МПА.

Продукты крекинга – сырье для получения спиртов, карбоновых кислот, высокомолекулярные соединения.

Второй вид химического крекинга - каталитический – расщепление молекул углеводородов на алканы и алкены разветвленного строения

Условия: t=450°С -5000°С,катализатором выступает Al2O3 и SiO2

Продукты крекинга – углеводороды разветвленного строения являются сырьем для химической промышленности.

Бензин обладает высоким качеством – с большим октановым числом и детонационной стойкостью.

Существенным недостатком этого метода является то, что бензин, полученный при крекинге нефти, малопригоден в виде моторного топлива.

- Следующими способами переработки нефти являются ее алкилирование и ароматизация. Ароматизация представляет собой пиролиз нефти, реформинг, «облагораживание» бензина. Непрямая химическая переработка бензиновых и лигроиновых фракций при t =500°С -5400 °С, c целью получения высокооктановых бензинов.

Результатом является схема: алканы – циклоалканы – ароматические углеводороды. Таким образом, происходит повышение октанового числа бензина.

-Алкилирование- процесс введения в молекулы соединений радикалов -CH3, -C2H5. Этот способ используется для получения высокооктанового топлива, поверхностно - активных веществ, инсектицидов, антиокислителей.

- Конечно же, говоря о добыче и переработке нефти, нельзя не сказать о влиянии последствий нефтяного загрязнения на окружающую среду и биосферу в целом. Среди экологических последствий нефтяного загрязнения - гибель водоплавающих птиц, гибель икры, мальков, молоди рыб, появление уродливых, нежизнеспособных особей, накопление канцерогенов по цепям питания, нарушение фотосинтеза- уменьшение первичной биопродукции на 10%, нарушение обмена в системе океан – атмосфера. И это – далеко не весь перечень последствий человеческой деятельности, связанной с добычей, транспортировкой и перегонкой нефти и ее производных. К примеру, в результате взрыва скважины Macondo, которая бурилась с платформы Deepwater Horizon в Мексиканский залив вылилось примерно 4.9 миллионов баррелей нефти.

Только представьте себе, что всего одна капля нефти делает непригодным для питья 25 литров воды! Все живые организмы, попавшие в нефтяное пятно, которое порой достигает десятков квадратных километров, обречены на мучительную гибель. По всей его поверхности вода покрывается нефтяной пленкой различной плотности, через которую газообмен воздух – вода просто невозможен, помимо этого, нефть очень быстро нагревается под действием солнечных лучей, что, в свою очередь приводит к повышению температуры воды. Животные в таких условиях обречены на гибель. Но, даже если животному удалось спастись от гибели на месте катастрофы, его организм, ткани, ЦНС уже пострадали от токсичных испарений и соединений нефти, ведь она является сильнейшим канцерогеном! Поверхность суши, подвергшаяся поражению нефтяным пятном, так же становится непригодной для дальнейшего использования. Вещество, которое извлечено из недр планеты ,отравляет собой все, к чему прикасается на поверхности… Вот, такой парадокс…

- И, к сожалению, большинство подобных катастроф происходят по вине человека, который пока не в силах ни предотвратить катастрофу, ни справиться с ее последствиями… Лишь высокий профессионализм специалистов, занимающихся добычей, транспортировкой и переработкой нефти и нефтепродуктов может дать шанс на безопасность продолжения подобной деятельности.

 

V.Закрепление нового материала:

 

Учитель:

Как вы уже знаете, нефть и продукты ее перегонки используются в огромном количестве сфер и отраслей человеческой деятельности. Её иногда называют «черным золотом», поскольку она даёт примерно половину энергии, потребляемой сегодня во всем мире. Где же она используется? Перечислите, пожалуйста, все известные вам, сферы и отрасли ее применения.

 

Ученик:

 

- Нефть используется для получения разнообразных видов жидкого топлива: бензина различной степени чистоты, дизельного и авиационного топлива. Также из нефти получают масла и смазки, обеспечивающие работу машин и механизмов, асфальт для дорожных покрытий и огромное количество органических и неорганических соединений, используемых в химической промышленности. Вещества, полученные из нефти, применяются в косметической, фармацевтической, лакокрасочной промышленности, а также для производства удобрений, взрывчатых веществ, синтетических волокон, парафина, чернил, инсектицидов, пластмасс и резины.

 

Учитель:

-Молодец! Нефть уникальна именно комбинацией качеств: высокая плотность энергии -на тридцать процентов выше, чем у самых качественных углей, ее легко транспортировать, по сравнению с газом или углём, например, наконец, из нефти легко получить массу вышеупомянутых продуктов.

А теперь давайте выполним следующие задания :

1. В состав феромона тревоги у муравьев - древоточцев входит углеводород. Каково строение углеводорода, если при его крекинге образуются пентан и пентен, а при его горении - 10 моль углекислого газа. (Ответ: декан).

2. Задача. В лабораторной установке из 120 л ацетилена (н.у.) получили 60 г бензола. Найдите практический выход бензола.

Решение.
3C₂H₂ (650 ^оС, активированный уголь) = C₆H₆
n(C₂H₂) = V(C₂H₂)/ V_M = 120 л : 22,4 л/моль = 5,35 моль
n(C₆H₆)_теор = 1/3 х n(C₂H₂) = 1/3 х 5,35 моль = 1,785 моль
n(C₆H₆)_практ = m(C₆H₆)/ M(C₆H₆) = 60 г : 78 г/моль = 0,77 моль
W = (n_практ : n_теор) х 100% = (0,77 : 1,785) х 100% = 43%

Ответ: 43%.

3. Задача. Какой объем воздуха (н.у.) потребуется для сжигания смеси, состоящей из 5 л метана и 15 л ацетилена?

Решение:

(1) CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O

на 1 моль CH₄ -- 2 моль 2O₂

 

(2) 2C₂H₂ + 5O₂ = 4CO₂ + 2H₂O

на 2 моль 2C₂H₂ -- 5 моль 2O₂

Объем кислорода, который пойдет на сжигание заданного объема метана V₁(O₂) и ацетилена V₂(O₂), составит:
V₁(O₂) = 2V(CH₄) = 2 х 5 = 10 л
V₂(O₂) = 5/2 V(C₂H₂) = 5/2 х 15 = 37,5 л
V(O2) = V₁(O₂) + V₂(O₂) = 10 л + 37,5 л = 47,5 л
Отсюда рассчитаем объем воздуха на сжигание (содержание кислорода в воздухе принимаем равным 21% по объему):
V(воздуха) = V(O₂) : 0,21 = 47,5 л : 0,21 = 226 л

Ответ: V(воздуха) = 226 л.

VI. Итог урока:

 

- Учитель:

 

-Таким образом, на сегодняшнем уроке мы с вами узнали о том, что представляет собой нефть, каковы ее физические свойства, где применяется нефть и продукты ее переработки, каковы основные способы ее переработки, а так же позитивные стороны и недостатки каждого из них, Так же вы узнали о последствиях нефтяного загрязнения для биосферы в целом.

А теперь мне хотелось бы услышать ваш ответ на проблемный вопрос, поставленный мной в начале нашего урока. Почему Д.И.Менделеев считал, что «Нефть –не топливо, топить можно и ассигнациями!»

 

Ученик:

 

- Великий ученый считал, что деньги имеют гораздо меньшую ценность ,чем нефть и продукты ее переработки! Он предвидел колоссальное значение нефти для развития человеческого общества. И теперь, в наше время, нефть действительно называют «черным золотом»! Так же в этом высказывании он говорит о том , что нефть принадлежит к не возобновляемым природным ресурсам ее необходимо использовать, извлекая максимальную пользу с каждой ее капли и делать это нужно крайне рационально и ,самое важное, очень осторожно.

 

Учитель:

-Да, ты абсолютно прав!

 

VII.Домашнее задание:

 

- А сейчас запишите, пожалуйста, домашнее задание: заполните таблицу «Основные фракции нефти»,в которой, опираясь на конспект сегодняшнего урока, укажите фракцию нефти, углеводородный состав, температуру кипения и сферы применения данной фракции.

Вторым заданием будет решение расчетной задачи. Ее условие:

При термическом крекинге пропана объемом 13,44 л. (н.у.) получена смесь метана и этилена. Рассчитайте массу бромной воды, которую могут обесцветить продукты крекинга (массовая доля брома в бромной воде равна 3,2 %) . (Ответ: 3 кг.)

 

- Благодарю за внимание! До свидания.

 

 

Опубликовано: 27.11.2025