«Нефть» Урок на тему:

МОУ Новопетровская средняя общеобразовательная школа
Урок на тему:
«Нефть»
Разработала :учитель химии
Клюжева Т.И.
с.Новопетровское
Урок на тему: «Нефть и продукт её переработки».
Метод – деловая игра.
Основные задачи:
1) Продолжить формирование экономических знаний учащихся,
связанных с нефтеперерабатывающей промышленностью,
полученных в курсе экономической географии. Обобщить и закрепить
знания учащихся о научных принципах химического производства на
примере процессов нефтехимической переработки. Углубить и
расширить знания учащихся об эффективности каталитических
процессов, о рациональном использовании сырья, о безотходности
производства. Ознакомить учащихся с устройством и работой
установок и аппаратов на данном производстве.
2) Содействовать формированию политехнических знаний, трудовому
воспитанию и профориентации учащихся путем знакомства с
профессиями нефтеперерабатывающего предприятия. Прививать
учащихся чувство ответственности за судьбу природы.
3) Развивать самостоятельность учащихся в работе с литературой в
процессе выполнения творческих заданий, формируя при этом умение
составлять план, конспект, выделять главное, ведущие идеи.
Оборудование урока: макет трубчатой печи, ректификационной колонки.
На столах: нефть в пробирках, коллекция «Нефть», карта химической
промышленности.
Выставка книг: Зелинский. Волокна из нефти и газа. Менделеев. Наша нефть.
Химическая технология.
Перед началом урока учащимся с целью активизации познавательной
деятельности, контроля и самоконтроля были предложены вопросы, схемы,
словарь новых слов (см. приложения).
Учитель представляет директора предприятия, а тот участников игры:
главного инженера, инспектора по охране окружающей среды, начальника
отдела научно – технической информации, начальника отдела кадров,
представителей прессы.
Директор: Нефть представляет собой смесь углеводородов (алканов,
циклопарафинов, аренов – ароматических углеводородов). Кроме этого в
состав нефти входят сернистые, азотные и кислородные соединения.
Основные сорта нефти содержат от 80 – 87 % углерода, от 10 – 14 %
водорода, до 5 % серы, до 3 % кислорода и до 2 % азота.
Каждая нефть имеет свой неповторимый букет запахов. Запах нефти
Апшерона нельзя спутать с запахом нефти Ухты. Нефть даже отдаленно не
напоминает по запаху бензин или керосин. Аромат нефти предает
сопутствующий ей сероводород, остатки растительных и животных
организмов. Каждая нефть имеет только ей присущий цвет: темно – зеленая
нефть Кавказа, желтоватая нефть Сибири, розоватая нефть Белоруссии,
абсолютно черная нефть Мангышлака и даже белая или прозрачная, как
вода, нефть Суруханского месторождения в Баку.
Когда же была открыта нефть?
Скорее всего, на самых первых шагах цивилизации Земли, когда методом
проб и ошибок человек искал для себя полезные вещества. Сведения о нефти
пришли к нам с Ближнего Востока. Археологические раскопки
свидетельствуют о том, что ещё в долине р. Ефрат нефть и её продукты
окисления (асфальты и др.) люди добывали 8 – 6 тысячелетий назад. Древние
шулеры использовали битум вместо связующего раствора в кладке, как клей
для закрепления кремневых лезвий в орудиях труда, для украшений и
аппликаций в великих городах индийской цивилизации. Битум применяли
для покрытия дна бассейнов, для предохранения от гнения деревянных
барок, дверных и оконных блоков. Знаменитые круглые блюдце образные
лодки Междуречья – гуффы, с незапамятных времен плели из прутьев, а
затем обмазывали асфальтом для водонепроницаемости. В Древнем Египте
асфальт применялся для бальзамирования мумий. Вавилонские и египетские
жрецы использовали нефть для огненных надписей и знаков на стенах своих
обителей. Нефть применялась в древней медицине как средство для
заживления ран и язв, для лечения глазных болезней и т.д. В Вавилоне
нефтью освещали улицы. Она применялась для поджога стен и домов во
время штурмов городов ещё древними греками, римлянами и индейцами. В
истории известен так называемый «греческий огонь» - смесь нефти с
селитрой, - использовавшийся византийцами для огнемётов. Существует
легенда о том, как воины Александра Македонского впервые увидели в
Прикаспии на берегу р. Амударьи нефть. Это была, по словам летописца,
густая и жирная жидкость. Когда вычерпали поверхностный слой, из
источника забила чистая и светлая струя, ни по запаху, ни по вкусу не
отличавшаяся от оливкового масла. В этом «чуде» А. Македонский увидел
одно из величайших предзнаменований, когда - либо полученным от
божества.
Вероятно с того дня, когда человек впервые столкнулся с нефтью и стал
использовать её в своих целях, его интересовал вопрос, что же такое нефть и
откуда она появилась. Прошли сотни лет, но на этом вопрос так и не найден
ответ. Проблема происхождения нефти перекликается с нерешенными
вопросами происхождения нашей планеты, жизни на Земле. Существует
несколько теорий происхождения нефти: неорганическая, органическая,
космическая и др. У истоков создания органической теории стоял М. В.
Ломоносов, Н. Д. Зелинский. В этой области работали также и др. ученые:
Карл Энглер, Н. М. Губкин, Вернадский. Основоположником
неорганического происхождения нефти был Агрикола (1546 г.). Его труды
продолжил Д. И. Менделеев.
В. Д. Соколовым в 1889 г. была изложена космическая теория
происхождения нефти. По этой теории исходным материалом для
возникновения нефти служили углеводороды, содержащиеся в газовой
оболочке Земли, ещё во времена её звездного состояния.
Как же происходила добыча нефти?
В раннем средневековье нефть уже добывалась из колодцев, затем
появляются первые скважины глубиной 200 – 300 м в Северной и Средней
Италии, в Германии. (В Китае бурение известно было ещё до н.э). В 1848 г. в
Баку появляется первая нефтяная скважина. Добыча нефти растет, требуя
усовершенствования переработки. В 1745 г. на р. Усте на севере России Р. С.
Прядунов построил первый в мире нефтеперегонный завод, на котором
ежегодно перерабатывалось до 27т вязкой ухтинской нефти, из которой
получалось 16т керосина. В 1823 г. создается другой способ переработки
нефти, его авторы братья Дубинины. В качестве топлива для перегонки
нефти использовались дрова. Из 30 ведер нефти получали 16 ведер керосина,
остальные продукты были бесполезны. Принцип Дубининых использовался
очень долго. Но потребность в нефтепереработки росла и на смену
установкам братьев Дубининых трубчатые печи.
Главный инженер: Задача состояла не только в повышении добычи
нефти, но и в более полной ее переработки. И вскоре на смену установкам
братьев Дубининых пришли трубчатые печи. Трубчатые печи используются
в промышленности и по сей день. Современное устройство для перегонки
нефти состоит из трубчатой печи и ректификационной колонки. В трубчатой
печи происходит нагрев нефти до определенной температуры. Нефть идет по
трубам, общая длина которых достигает 2 км. Топливо для трубчатой печи –
мазут. Шухов сконструировал газовую форсунку, применяемую и в
настоящее время. Жидкость и пар поступает в ректификационную колонку,
где разделяются: жидкость стекает вниз, пары поднимаются вверх. Снизу в
колонну вводят нагретый водяной пар с температурой 200 – 300 градусов С,
который способствует более полному выделению пара из жидкого остатка.
Поднимаясь вверх, пары постепенно охлаждаются. Верха колонны достигает
только бензиновые углеводороды и водяной пар. Пары бензина и водяного
пара конденсируют, отделяются друг от друга, бензин направляют на
дальнейшую переработку. Стекая с тарелки на тарелку, жидкость постепенно
обогащается веществами кипящими при более высокой температуре.
Поэтому из колонны на разных уровнях выводятся жидкие продукты:
лигроин, керосин, газойль, на дно колонны стекает мазут.
Длительное время не могли найти применение бензину. Пробовали
подмешивать его к керосину, но это приводило к взрывам, поэтому бензин
нередко спускали в море. Лишь небольшие его количества использовались в
лакокрасочной промышленности.
Экономист: Главный инженер рассказал нам о разных видах тарелок.
Вот один из примеров. Разработка и внедрение высокопроизводительной
клапанной перемоточной тарелки дает экономический эффект 250 млрд. руб.
Начальник отдела кадров: Я познакомлю с профессиями
нефтеперегонного предприятия. Профессия аппаратчик широкого профиля
является ведущей в химической и нефтехимической промышленности. К
предметам труда аппаратчика относится сырье, полуфабриканты,
вспомогательные материалы (катализаторы). Средства труда – реакторы,
типовые технологические аппараты, машины. Продуктами труда являются
продукты основной химии и нефтепереработки. Основная цель, стоящая
перед аппаратчиками – обеспечить получение определенного продукта в
требуемом количестве и заданного качества. Он должен знать, что нужно
сделать, если пошла плохая продукция (изменить температуру, давление). Он
рассчитывает и регулирует подачу сырья, полуфабрикантов, электроэнергии
и обеспечивает тем самым нормальные условия для протекания химических
реакций, выполняет несложный ремонт.
Приборы контроля и регулирования обслуживают прибористы и
киповцы. Они должны знать в деталях устройство всех приборов, основы их
функционирования, знать электронику, физику. Легко представить, что
произойдет, если показания приборов окажутся неверными. Это накладывает
на киповцев особую ответственность. Механики следят за исправной работой
всего оборудования – печей, колонн, емкостей, реакторов, насосов. Для этого
они должны овладеть глубокими познаниями в области конструкций
аппаратов и оборудования, хорошо знать конструкционные материалы, их
свойства и поведение при различных условиях, правила ремонта.
Главный инженер: В начале ХХ века был изобретен карбюраторный
двигатель внутреннего строения. Уже в начале первого десятилетия
потребление бензина выросло в 13 раз. Того бензина, который можно было
получить посредством перегонки, не стало хватать. Тогда и был реализован
крекинг тяжелых нефтепродуктов, разработанный ещё в начале 90х годов
Шуховым. Им была спроектирована установка для нагревания без доступа
воздуха до 500 градусов С под повышенным давлением мазута и солярных
масел. Процесс получил название крекинга. Новый способ переработки
позволил повысить выход бензина с 10 – 15 % до 50 % и более от массы
переработанной нефти.
Термический крекинг – процесс разложения углеводородов нефти под
действием температуры и давления. В настоящее время развития не получил
из – за следующих недостатков: большая энергоемкость, жесткие условия
реакции, плохое качество получаемого бензина из – за присутствия большого
количества непредельных углеводородов. В настоящее время применяется
пиролиз: высокотемпературный крекинг (более 700 градусов С). Этим
способом получают этилен и ацетилен.
Экономист: Один из важнейших процессов современной нефтехимии –
это пиролиз углеводородов с получением этилена и пропилена. Мировая
мощность этиленовых заводов составляет 35 млн. т. этилена.
Главный инженер: Из – за множества недостатков от этого процесса
отказались и перешли к более прогрессивному – каталитическому крекингу.
Каталитический крекинг – разложение углеводородов нефти под действием
высокой температуры, давления, катализатора (амомосиликаты). Крекинг –
процесс предназначен для получения высокооктанового бензина,
ароматических углеводородов, технического водорода. Каталитический
крекинг осуществляется в реакторе. Снизу в реактор вводят катализатор,
перемешанный с сырьем. Реакция происходит в кипящее слое, а продукты
реакции выводятся из верхней части реактора. При каталитическом крекинге
выход кокса составляет до 8 % от массы перерабатываемой нефти. Кокс
является каталитическом ядом – он осаждается на катализаторе и мешает
нормальному течению реакции. Процесс очистки катализатора идет
непрерывно. Непрерывно в реактор поступает чистый катализатор и
выводится загрязненный катализатор, который направляется в регенератор,
где очищается кокс. Но при каталитическом крекинге образуется мало
ароматических углеводородов, а потребность в них велика, поэтому был
разработан процесс ароматизации углеводородов – риформинг. При
риформинге получается технический водород, высокооктановый бензин и
ароматические углеводороды.
Начальник отдела кадров: Чтобы продукты, получаемые при крекинге
пустить на дальнейшую переработку, их необходимо исследовать. Этим
занимаются лаборанты. Они в совершенстве владеют техникой
качественного и количественного анализа, знают все методы анализа
продуктов, лабораторное оборудование, которое состоит не только из
химической посуды, но и из сложнейших современных приборов.
Инспектор по охране труда: Ведущими профессиями
нефтеперерабатывающих заводов являются операторы, машинисты насосов
компрессоров, замерщики уровней, рабочие по ремонту основного
технологического оборудования. Для нефтеперерабатывающей
промышленности характерным является воздействие на работающих,
химических факторов в сочетании с физическими – значительная
теплоотдача, резко переменная температура и давление. Определенное
значение на отдельных участках (компрессорные, насосные) имеют
интенсивный шум и вибрация. Возможно, также действие пыли или контакт
кожи с нефтью, кислотами, щелочами, растворителями. Степень загрязнения
воздуха рабочей занос парами токсических веществ и состав последних
зависит от параметров температуры и давления, при которых протекают
технологические процессы. В процессе каталитического крекинга
применяются более низкие температуры и давление, что создает условия для
меньшего количества газовыделений. В воздухе рабочей зоны
обнаруживаются углеводороды предельные, непредельные, ароматические,
толуол, сероводород. Содержание ароматических углеводородов может
превышать допустимые нормы в десятки раз. Чтобы не допускать
загрязнения рабочего места необходимо четко следить за показаниями
приборов, не допуская малейшего отклонения от нормы. Общая
заболеваемость в нефтеперерабатывающей промышленности с временной
утратой трудоспособности по сравнению с другими отраслями имеет
относительно невысокий уровень.
Директор: В наше время трудно переоценить роль, которую нефть
играла в жизни человека за последние 100 лет. Со времени своего развития
нефть использовалась, прежде всего, для освещения, а также как топливо.
Однако значительно техника освещения улучшилось лишь только после того,
как в 1854 г. путем несложной перегонки и очистки нефти стали получать
керосин. В настоящее время из нефти получают бензин, керосин, смазочные
масла, битум, мазут, тракторное горючие, различные фармацевтические
вещества, моющие средства, технические спирты, пластмассы,
искусственные волокна. Нефть также служит основным сырьем топливной
промышленности.
Начальник отдела научно – технической информации: Основные пути
развития научно – технического прогресса в нефтеперерабатывающей
промышленности осуществляется в следующих основных направлениях:
- комплексное использование углеводородного сырья;
- строительство крупных нефтеперерабатывающих заводов, укрупнение и
комбинирование технологических установок;
- комплексная автоматизация производства, создание автоматизированных
систем управления;
- техническое переоборудование и реконструкция действующих
предприятий;
- использование электронно – вычислительных машин.
Предоставим слово экономисту.
Экономист: Главный инженер рассказал нам о разных видах тарелок
используемых при переработки нефти. Вот один пример. Разработка и
внедрение высокопроизводительной клапанной перемоточной тарелки дает
экономический эффект 2,5 млрд. руб. в год.
Один из важнейших процессов современной нефтехимии – это
пиролиз углеводородов с получением этилена и пропилена. Мировая
мощность этиленовых заводов составляет сегодня 35 млн. тонн этилена.
Технический уровень современной цивилизации имеет коэффициент
полезности 2 – 4 %. Это значит, что из 100 тонн сырья мы получаем 2 – 4
тонны полезного продукта. В отвалах же остается в 25 – 50 раз больше, чем
получено. Нефтяники предлагают использовать отхода производства
смазочных масл. Раньше для получения 1 т. синтетического каучука
расходовалось 8 т. зерна или 22 т. картофеля, теперь в Нижнекамске
используют 4,5 т. попутного газа. За счет новой технологии Нижнекамские
нефтяники сберегут около 3-х млн. тонн зерна.
Директор: Земля – наш общий дом. Начальник службы по охране
окружающей среды расскажет, как живется людям, зверям, птицам и другим
живым существам в этом доме.
Начальник службы по охране окружающей среды: Окончательным
местом стока всех продуктов человеческой деятельности, находящихся в
жидком состоянии, могущих растворяться или смываться с поверхности
земли, является океан. Океан уже сильно загрязнен и положение его
ухудшается. Одним из основных загрязняющих океан веществ является
нефть. Долгое время нефтью загрязнялись моря. Естественная утечка нефти
из разломов на дне океанов, оценивается примерно в половину того
количества, которое загрязняет моря. Человек удвоил это загрязнение в
результате несчастных случаев: включая аварии танкеров и нефтевозов,
неумелой транспортировки нефтяного груза, незаконного слива в океан воды,
которой моют танки нефтеналивных судов, аварий в районах морской
нефтедобычи. Эти источники дают около 20 % нефти, загрязняющей моря.
Более 2/3 загрязняющей наши воды нефти поступает в результате сброса
отходов нефтепродуктов, используемых автомобилями и машинным
оборудованием. Мировой спрос на нефтепродукты вызывает более
интенсивное морское бурение, транспортировку нефти танкерами и с
помощью подводных трубопроводов. По континентальному шельфу
проложено 20 тыс. миль ржавеющих трубопроводов, несущих в себе угрозу
катастрофических утечек нефти.
Нефть представляет собой скопление сотен веществ,
взаимодействующих с окружающей средой. Когда нефть попадает в воду,
она покрывает её поверхность тонкой пленкой. Более легкие фракции
испаряются или абсорбируются твердыми частицами и погружаются на дно,
некоторые из них растворяются в воде.
Разливы нефти убивают огромное количество морских птиц, наиболее
очевидных жертв нефтяного загрязнения. Нефть убивает растительную и
животную жизнь в зоне приливов – казарки, крабы, растения на камнях.
Процесс восстановления такой нарушенной территории может занять от двух
до десяти лет. Песчаные пляжи пропитываются нефтью. Здесь она убивает
песчаных обитателей. На дне нефть при прямом воздействии убивает многие
формы морской жизни, а те которые выживают, приобретают очень
неприятный вкус и запах. Эти загрязнения изменяют пути миграции рыбы, не
давая ей пройти на нерест. Нефтяное загрязнение пресных и соленых вод
разрушает фитопланктон и зоопланктон, оказывая тем самым чрезвычайно
сильное влияние на пищевые цепи.
В Арктике нефтяное загрязнение создало ряд новых проблем.
Арктические
экосистемы характеризуются низкими температурами, а это сказывается на
чрезвычайно низких темпах его биологического разложения. Нефть в месте с
водой Северно – Ледовитого океана циркулирует по часовой стрелке как
отдельный слой или линза. Темный цвет способствует высокой способности
поглощения солнечной радиации, при этом ускоряется процесс таяния льда.
Если этот процесс зайдет слишком далеко, он может оказать значительное
влияние на мировой климат. Слово предоставляется начальнику отдела
сбыта.
Большая часть нефтеносных районов мира сосредоточены в США,
Канаде, Мексике, Южной Америке, Карибском регионе, на Среднем Востоке,
в России, Восточной Европе, Северном море и Индонезии. Исторически
сложилось так, что масса месторождения нефти значительно удалена от мест
ее потребления и переработки. Вероятно, первые дороги нефти пролегали на
караванных путях в перелитых сумках и амфорах. Затем их сменил гужевой
транспорт. Так в XVI веке впервые нефть была доставлена в Москву. По мере
того, как нефть и нефтепродукты приобретали все большее значение,
становилось очевидным, что проблема их транспортировки становилось все
более острой.
С момента поступления нефть на мировой рынок, т. е. с начала XIX
века, основным видом земных дорог нефти стали железно – дорожные
цистерны. Конкуренция нефтеперерабатывающих форм за более дешевые
виды транспорта дала толчок строительству нефтепроводов. Крупнейшей в
мире нефтепровод «Дружба» его протяженность 5327 км. Нефтепровод
Самотлор – Тюмень – Куйбышев протянулся на 2119 км. Общая длина всех
трубопроводов Западной Европы составляет 2500 км.
История морских дорог нефти связана с техническими средствами
обеспечения более экономической транспортировки сырой нефти. Поставки
нефти осуществлялись парусниками, снабженными цистернами. Резко
возросшие потребности в нефти дали импульс к созданию паровых танкеров
– нефтевозов. В этих судах нефть заливалась в отсеки, именуемые танкерами.
В 1878 г. на Каспии стал курсировать танкер «Зодиак», а в 1879 г. на линии
Филадельфия – Гавр появился нефтевоз «Шарлес».
В настоящее время на первое место выходит супертанкерный флот
Японии. К повышению цен на нефть и нефтепродукты ведет, значительная
удаленность нефти от мест переработки и потребления, транспорт,
переработка, экологическая обстановка в мире.
Нефтяные магнаты вкладывают миллиарды долларов в нефтяной
бизнес, каждую минуту подвергаясь стать банкротами или
мультимиллионерами.
Директор: Почти 100 лет нефть связана с событиями международной
жизни. Ведь борьба за нефть это и есть борьба «за дележ мира». Около 2/3
ныне разведанных запасов нефти приходится на Ближний Восток. Отсюда
нефть, как из гигантского источника, растекается в страны Западной Европы,
Америки, Японию.
Прессконференция.
Ответы участников конференция на вопросы, которые задают представители
прессы, санитарно – эпидимелогической службы.
Приложение № 1.
Технологическая карта урока (учащиеся заполняют ее во время урока).
1. Основные месторождения нефти. Найдите их на карте.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2. Физические свойства нефти.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3. Какие способы переработки нефти вы знаете?
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4. Какие фракции получаются при перегонке нефти?
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5. Что такое крекинг нефтепродуктов?
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------6. При каких условиях происходит крекинг?
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------7. Что такое реформинг?
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------8. Что такое октановое число. Как его повысить?
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------9. Чем отличается бензин, получаемый при перегонки от бензинов
вторичной переработке?
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Приложение №2
1.
2.
3.
4.
5.
Нефть и ее переработка.
Ректификация – перегонка на фракции.
Крекинг – процесс разложения углеводородов нефти на более летучие
вещества.
Пиролиз – это процесс разложения органических соединений при
высокой температуре без доступа воздуха.
Реформинг – это ароматизация бензинов (добавление в бензин
ароматических углеводородов).
Детонация – это взрыв смеси газов в двигателях внутреннего сгорания
при сжатии.
6. Октановое число – содержание в бензине изооктана (2, 2, 4
триметилпентана).