Активный раздаточный материал к уроку в 11 классе «НЕФТЬ».

НЕФТЬ

В предгорьях древнего Урала,
Кто ведает, с каких времен,
Дремал под снежным покрывалом
Его величество – Девон.
Сменялись, падали короны,
Вражда губила племена,
В подземных кладовых Девона
Вскипала черная волна.

1. 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. Нефть с древнейших времен известна на Кавказе. При раскопках близ Керчи была найдена амфора, сосуд, которым пользовались около 2000 лет назад. В амфоре находилась высохшая нефть с составом, близким крымской нефти.

Перечисли известные тебе месторождения нефти в Казахстане.

__________________________________________________,

__________________________________________________,

__________________________________________________.

2. Происхождение нефти

Вопросы об исходном веществе, из которого образовалась нефть, о процессах нефтеобразования и формирования нефти в концентрированную залежь, а отдельных залежей в месторождения до сего времени ещё не являются окончательно решёнными. В настоящее время установили, что нефть органического происхождения, т.е. она, как и уголь, возникла в результате преобразования органических веществ.

Ранее выдвигались и другие теории образования нефти.

В конце XIX в., когда в астрономии и физике получило развитие применение спектральных методов исследования и в спектрах различных космических тел были обнаружены не только углерод и водород, но и углеводороды, русский геолог Н. А. Соколов выдвинул космическую гипотезу образования нефти. Он предполагал, что когда земля была в огненно-жидком состоянии, то углеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара, а впоследствии при остывании выделились на его поверхности. Эта гипотеза не объясняет ни географического, ни геологического распределения нефтяных месторождений…

В конце XIX в. Д. И. Менделеевым, обратившим внимание на приуроченность известных тогда месторождений нефти к краевым частям гор, была выдвинута теория неорганического происхождения нефти. Предполагалось, что углеводороды, образующиеся при действии воды на раскалённые карбиды металлов, проходили по трещинам из глубоких слоёв в зону осадочной оболочки земного шара, где путём их конденсации и гидрогенизации образовались нефтяные месторождения.

М. В. Ломоносов первый указал на связь между горючими полезными ископаемыми - углём и нефтью и выдвинул впервые в мире в середине XVIII в. гипотезу о происхождении нефти из растительных остатков.

Академик В. И. Вернадский обратил внимание на наличие в нефти азотистых соединений, встречающихся в органическом мире.

Предшественники академика И. М. Губкина, русские геологи Андрусов и Михайловский также считали, что на Кавказе нефть образовалась из органического материала. По мнению И. М. Губкина, родина нефти находится в области древних мелководных морей, лагун и заливов. Он считал, что уголь и нефть – члены одного и того же генетического ряда горючих ископаемых.

Уголь образуется в болотах и пресноводных водоёмах, как правило, из высших растений. Нефть получается главным образом из низших растений и животных, но в других условиях.

Нефть постепенно образовывалась в толще различных по возрасту осадочных пород, начиная от наиболее древних осадочных пород – кембрийских, возникших 600 млн. лет назад, до сравнительно молодых – третичных слоёв, сложившихся 50 млн. лет назад.

Накопление органического материала для будущего образования нефти происходило в прибрежной полосе, в зоне борьбы между сушей и морем…

По вопросу об исходном материале существовали разные мнения. Некоторые учёные полагали, что нефть возникла из жиров погибших животных (рыбы, планктон и др.), другие считали, что главную роль играли белки, третьи придавали большое значение углеводам. Теперь доказано, что нефть может образоваться из жиров, белков и углеводов, т.е. из всей суммы органических веществ.

И. М. Губкин дал критический анализ проблемы происхождения нефти и разделил органические теории на три группы: теории, где преобладающая роль в образовании нефти отводится погибшим животным; теории, где преобладающая роль отводится погибшим растениям, и, наконец, теории смешанного животно-растительного происхождения нефти.

Последняя теория, детально разработанная И. М. Губкиным, носит название сапропелитовой от слова “сапропель” – глинистый ил – и является господствующей. В природе широко распространены различные виды сапропелитов.

Различие в исходном органическом веществе является одной из причин существующего разнообразия нефтей. Другими причинами являются различие температурных условий вмещающих пород, присутствие катализаторов и др., а также последующие преобразования пород, в которых заключена нефть…

Основные теории происхождения нефти:

Автор	Суть теории

3.Огромные заслуги в разгадывании тайн внутреннего строения нефти принадлежат ученым-химикам: Д.И.Менделееву, плеяде русских ученых – А.М.Бутлерову, В.В.Марковникову, Н.Д. Зелинскому, С.С.Наметкину, Б. A. Казанскому.

Итак, что же такое нефть? Из чего она состоит? Ответить на вопрос частично поможет решение следующей задачи:

На основе данных количественного анализа содержания химических элементов установите формулы углеводородов, входящих в состав казахстанской нефти:
а) массовая доля углерода в данном углеводороде составляет 92,3%, массовая доля водорода – 7,75%, относительная плотность по водороду составляет 39.
б) массовая доля углерода в данном углеводороде составляет 83,7%, массовая доля водорода –16,3%, относительная плотность по водороду составляет 43.
Определи класс углеводородов.

В состав нефти входит более 150 различных углеводородов в разном количественном соотношении. Вот почему нефть является источником углеводородов. Она – смесь жидких углеводородов, поэтому нефть не имеет формулы. На сегодняшний день известно около 27600 месторождений нефти, значит, существует 27600 видов. В состав нефти входит вода, минеральные соли, кислородо- и  серосодержащие органические вещества, глина, песок.

4.Рассмотри образец нефти и сделай вывод о её физических свойствах.

Цвет: _________________

Запах: ____________________

Агрегатное состояние:_________________

Плотность (по отношению к воде): _______________________

Растворимость в воде: _____________________

Это интересно!

В Азербайджане известно Сураханское месторождение белой нефти.

В самых верхних горизонтах нефть была бесцветной.

Нефть переливается на солнце всеми цветами радуги. Нефть обладает свойством светопоглощения. Это свойство используется для контроля движения нефти по пласту в процессе разработки месторождений.

Интересным свойством нефти является ее способность к поверхностному натяжению. Из маленькой капли нефти в воде образуются большие плавающие нефтяные пленки. Этим удивительным свойством нефти нередко пользовались моряки, застигнутые бурей во

время плавания.

С полуострова Мангышлак в Альметьевск в бутылке привезли нефть месторождения Узень и, показывая ее, не могли вылить из бутылки. В Казахстане по остывшей за ночь нефтяной ловушке-озеру ранним утром можно свободно пройти пешком.

Значит, нефть обладает разной вязкостью. Нефть нерастворима в воде, но легко растворяется в бензине, в бензоле. Нефть хорошо растворяет йод, серу и ее соединения, воздух, СО₂, СО, H₂S. Нефть при охлаждении застывает. Температура застывания зависит от содержания в нефти парафина. Легкозастывающая нефть добывается

тяжело, плохо транспортируется и хранится.

Как ты думаешь, чем обусловлены различия в физических свойствах нефти?

5.Трудным и долгим был путь открытий тайн переработки нефти.

После очистки нефти начинается ее перегонка.

Как только вода в чайнике закипит, из чайника со свистом начнёт вылетать пар. Если теперь подставить чайник к окну, то пар тотчас же начнёт конденсироваться на стекле и со стекла станут падать капли дистиллированной, или перегнанной воды. Перегонка нефти основана на том же принципе – сначала нефть испаряется, а затем пары её конденсируют с разделением на погоны – бензиновые, керосиновые и т.д.

Современная установка для переработки нефти состоит из печи и ректификационной колонны. Рассмотри рисунок и ответь на вопросы.

До какой температуры разогревают нефть в печи?

Куда поступает нагретая нефть в виде смеси жидкости и паров?

Что имеется внутри ректификационной колонны?

Что имеет каждая тарелка?

Для чего снизу подается перегретый пар?

Каким образом происходит разделение нефти на фракции? Отчего зависит разделение углеводородов на фракции?

На какие фракции разделяется нефть при переработке?

Немного истории!

Секрет получения светлых продуктов из чёрной нефти человек разгадал очень давно.

Ещё при Петре Первом пользовались очищенной нефтью. Первый завод для очистки нефти был построен в России на Ухтинском нефтяном промысле.

Это было в 1745г., в период царствования Елизаветы Петровны.

В Петербурге и в Москве тогда для освещения пользовались свечами, а в малых городах и деревнях – лучинами. Но уже и тогда во многих церквях горели “неугасимые” лампады. В лампады наливалось гарное масло, которое было не чем иным, как смесью очищенной нефти с растительным маслом.

В конце XVIII столетия была изобретена лампа. С появлением ламп увеличился спрос на керосин.

Когда братья Дубины построили в Моздоке нефтеперегонный завод, свой керосин,

называющийся тогда фотогеном, они отправляли в Россию. И первый, и второй, и все последующие нефтеперегонные заводы получали бензин, керосин и другие продукты

выпариванием нефти.

Завод Дубининых был очень прост. Котёл в печке, из котла идёт труба через бочку с водой в

пустую бочку. Бочка с водой – холодильник, пустая бочка – приёмник для керосина.

6. Качество бензина определяется стойкостью к детонации.

Что понимают под детонацией?

Детонационную стойкость характеризуют октановым числом. Бензин прямой перегонки имеет невысокое октановое число, т.к. в нем много углеводородов нормального строения. Для увеличения октанового числа проводят ароматизацию – риформинг бензинов в определенных условиях:

 

Ароматические углеводороды значительно повышают октановое число.

7. При прямой перегонке нефти выход бензина составляет всего от 5 до 25%. А как удовлетворить потребность в бензине, если каждая третья семья города и района имеет транспортное средство, работающее на бензине? Чтобы не допускать “бензинового голода” ученые нашли, вернее, переоткрыли способ разлагать тяжелый мазут и превращать его в летучий бензин.

Впервые способ превращения бурого тяжелого мазута в светлый бензин был открыт в 1891 году В.Г. Шуховым. Это замечательное изобретение получило название “крекинг”, что значит от английского “расщепление”.

Рассмотри рисунок и сделай вывод – на чем основан данный метод.

Различают термический и каталитический крекинг.

Исходя из названия, скажи, в чем главное различие этих способов переработки?

Во время термического крекинга

высокомолекулярные углеводороды мазута, нагревающиеся до высоких температур (470 - 550ºС), под давлением 20 – 70 атм превращаются в низкомолекулярные углеводороды:

С₁₆Н₃₄ → С₈Н₁₆ + С₈Н₁₈

С₈Н₁₈ → С₄Н₁₀ + С₄Н₈

Этим способом получают

автомобильный бензин.

Бензин содержит ароматические

и ненасыщенные углеводороды изостроения. Поэтому октановое

число бывает выше 70.

Однако наличие ненасыщенных

углеводородов понижает устойчивость бензина.

Каталитический крекинг

осуществляется при 450ºС

и в присутствии катализатора

(алюмосиликатов и AlCl₃ и т.д.).

Этим способом получают

авиационный бензин.

В составе бензина каталитического

крекинга имеется значительное

количество ароматических и

изопарафиновых углеводородов,

поэтому его октановое число

равно78 – 80 %. Добавив

тетраэтилат свинца,

октановое число бензина

можно повысить до 90 – 95%.

Заполни таблицу:

Отличительные признаки процессов термического и каталитического крекинга

Признак	Термический крекинг	Каталитический крекинг
Температура
Катализатор
Скорость
Количество ненасыщенных углеводородов
Детонационная стойкость полученного бензина
Устойчивость бензина при хранении

Реши задачу:

Из нефти получают бензин с массовой долей выхода 25% и мазут с массовой долей выхода 55% от массы нефти. При дальнейшей переработке мазута получают еще некоторое количество бензина с массовой долей выхода 60% от массы мазута. Рассчитайте массу бензина, который будет получен из нефти массой 200 кг.

В 1913 г. изобретение Шухова начали применять в Америке. В настоящее время в США 65% всех бензинов получается на крекинг-заводах.

Нефтяники часто рассказывают о судебной тяжбе двух американских фирм.

Около двадцати пяти лет назад американская фирма Кросса обратилась в суд с жалобой на то, что

фирма Даббса присвоила её изобретение – крекинг.

Фирма Кросса требовала с фирмы Даббса большую сумму денег за “незаконное”

использование изобретения.

Суд встал на сторону Кросса. Даббсу приходилось совсем плохо.

Выручил Даббса адвокат. На суде адвокат заявил:

-Крекинг изобретён не Кроссом, а русским инженером Шуховым.

Шухов тогда был жив. Приехали к нему в Москву американцы и спрашивают:

- Чем вы докажете, что крекинг изобретён вами?

Шухов вынул из стола документы и предъявил американцам. Из документов было ясно, что Шухов

свой крекинг запатентовал за тридцать лет до тяжбы Кросса с Даббсом.

8. ... Нефть, нефть, нефть – черное ты злато,

Коль с тобой поладим, заживем богато.
Много ты умеешь, ты сердца волнуешь,
Ты людей согреешь, ты людей обуешь.
Видно, от природы сильной ты породы:
Двигаешь машины, фабрики, заводы.
В сердце полыхала яркая зарница,
Ты поля вспахала, где растет пшеница
Нaши души греешь и горишь ты жарко
Ты весь день чернеешь, ночью светишь ярко,
Далеко всем виден монумент фонтана
Честь хорошим людям, слава Казахстану!

(Н. Мельников “Ода нефти”)

Нефть – бесценный дар природы. Роль и значение нефти в нашей жизни огромны. Именно поэтому ее называют “черным золотом”, “жидким золотом”, “кровью индустрии”. С отдаленных времен люди применяли нефть и в лечебных целях, и в строительстве, и в военном деле. Известно, что египтяне употребляли нефть при изготовлении особых составов для бальзамирования трупов.
В наши дни нефть – богатейшее сырье для химической промышленности. Не будет преувеличения, если скажем, что современная цивилизация основана на нефти.

А где же применяются нефтепродукты?

Используя коллекцию нефтепродуктов, заполни предложенную таблицу.

Нефтепродукт	Применение в народном хозяйстве