Презентация по химии "Свойства и переработка нефти" (10 класс)

Физические свойства и состав нефти      Нефть   –   маслянистая   жидкость   от   светло­бурого   до   чёрного   цвета   с характерным запахом, нерастворимая в воде. Она легче воды и практически в ней не растворяется. Нефть не имеет определённой температуры кипения.    Это легковоспламеняющаяся и горючая жидкость.      Нефть  – самое    эффективное  топливо.  Используя  лишь 1  мг  нефти  можно нагреть на один  градус  целое  ведро воды,  а для того  чтобы нагреть ведерный самовар   нужно   менее   половины   стакана   нефти.   По   концентрации   энергии   в единице   объёма  нефть  занимает   первое   место  среди  природных  веществ.  Даже радиоактивные руды уступают ей.     Но великий русский ученый предупреждал: «Топить нефтью, значит топить ассигнациями». Он считал, что нефть является ценным сырьем для производства многих органических веществ.    Давайте разберемся с этим.            Нефть   ­   природная   сложная   смесь   углеводородов,   в   основном   предельных линейного, разветвленного и циклического строения, содержащих в молекулах от 5 до 50 атомов углерода, с другими веществами. В составе нефти находят до 200 соединений. Помимо предельных нефть содержит ароматические углеводороды и другие органические и неорганические соединения.                    Нефть Минеральные  Алканы                                                                                  вещества                 (парафины)                                                                        (Fe, Ni, V и т.д.)    CnH2n+2                                                                                S и H2S            30 ­ 50%                                                        Циклоалканы                       Арены                                         CnH2n                                  CnH2n­6                                      50 – 75%                              3 – 15%     Элементный состав показывает, что больше всего в нефти атомов углерода (до 88%), водорода (14%), есть сера, кислород, азот и другие элементы.       В   зависимости   от   месторождения   нефть   имеет   различный   качественный   и количественный состав. Так, например, бакинская нефть богата циклопарафинами и   сравнительно   бедна   предельными   углеводородами.   Значительно   больше предельных углеводородов в грозненской и ферганской нефти. Пермская нефть содержит ароматические углеводороды.     Очистка и переработка нефти Предварительно  нефть  очищают   от   механических   примесей,   воды,     Многие, должно быть, видели в кино или по телевизору, как добывают нефть, когда толстый, черный поток неочищенной нефти через скважину бьет фонтаном из под земли.  Это сырая нефть (нефть­сырец), которая никогда не используется ни в виде топлива, ни в виде сырья для химических процессов. Она должна быть переработана.   серосодержащих соединений в специальных отстойниках «амбарах».      Далее следует сама переработка. Это  – сложный многоступенчатый процесс. Существует первичная и вторичная переработка нефти.    Первичная переработка – это  фракционная перегонка, или ректификация ­ это физический  способ разделения смеси компонентов, основанный на различии их температур кипения. Эта операция позволяет разделить нефть на фракции.      В промышленности нефть перегоняют на непрерывно действующих трубчатых установках. Основные аппараты – трубчатая печь и ректификационная колонна.      Печь  обогревается   горящим   мазутом.   Внутри   в   виде   змеевика   расположен трубопровод,  по   которому   подается   нефть   и   нагревается   до  350º  С.   Частично нефть   возгоняется   в   пар,   затем   в   виде   смеси   жидкости   и   паров   поступает   в ректификационную колонну.       Ректификационная   колонна  представляет   собой   стальную   башню   до   40м высоты, внутри которой расположены горизонтальные перегородки с отверстиями – так называемые тарелки, на которых происходит конденсация фракций нефти. Проходя через отверстия в тарелках, нефтяной пар постепенно конденсируется. На более высоких тарелках скапливаются легкокипящие фракции, на нижних – высококипящие.       Углеводороды   менее   летучие   сжижаются   уже   на   первых   тарелках,   образуя газойль, более летучие собираются выше и образуют керосин, еще выше лигроин, а затем бензин.    Жидкая часть нефти, поступающая в колонну, стекает по тарелкам вниз, образуя мазут. Итак, нефть полностью разложили на фракции.    Фракции – это смеси углеводородов, кипящих в близких интервалах температур.   Теперь, рассмотрим, какие составляющие фракции получают из нефти, подвергая ее фракционной перегонке в ректификационных колонках.     Фракции Температура кипения, С◦ Состав Бензин Лигроин Керосин Газойль Мазут    Выделяют ещё легчайшую фракцию –  ректификационные газы  – состоящую преимущественно   из   пропана   и   бутана,   с   температурой   кипения   до   40ºС,   в последствии используются как газообразное топливо. 40 ­ 200 150 ­ 250 180 ­ 300 250 ­ 350 от 350 С5 – С11 С8 – С14 С12 – С18 С14 – С20 от С20 ­ горючее для дизелей, т.е. для авиационного и водного транспорта.  ­ горючее для тракторов ­  горючее   для   тракторов,  самолетов,  ракет,  реактивных   двигателей,    Все жидкие фракции также чрезвычайно необходимы: Бензин   ­   горючее   для   автомашин,   для   поршневых   самолетов,   растворитель каучуков. Лигроин  Керосин  используется в керосиновых лампах. Газойль       Выход бензина при перегонке составляет всего 15 – 20%, а тяжелой фракции мазута   получается   до   70%.   Бензин   прямой   перегонки   содержит,   в   основном, предельные   углеводороды   неразветвленного   строения.   А   такой   бензин   имеет малую детонационную стойкость. Необходимо иметь дополнительные источники бензина и керосина. Нельзя ли для этих целей использовать мазут?    Оказывается, можно. Мазут подвергают дальнейшей переработке.       Часть   мазута   в   подобной   ректификационной   установке   перегоняют   при повышенном   давлении   и   выделяют   из   него   твердые   фракции,   очень   нужные   в разных областях человеческой деятельности: Соляровые масла – дизельное топливо; Смазочные масла  (авиатракторные, авиационные, индустриальные и др.) – для разной техники; Вазелин ­ основа для косметических средств и лекарств; Парафин – свечи, средство для натирания трущихся поверхностей. Гудрон – твердый остаток, из которого получают битум и асфальт, используемые для изготовления дорожных покрытий.     Остальную часть мазута подвергают переработке в бензин.  Это,   так   называемый   процесс  вторичной   переработки   нефти.  Этот   процесс является   чисто   химическим,   т.к.   нужно   расщеплять   углеводороды     мазутной фракции   с   длинной   цепью   на   углеводороды   с   меньшей   относительной молекулярной   массой.   Такой   процесс   называется  крекингом  (от   англ.   Crack­ расщеплять).     Крекингом называется процесс расщепления углеводородов, изобретен русским инженером  В.Г.   Шуховым  в   1891г.   Расщепление   углеводородов   приводит   к образованию смеси предельных и непредельных углеводородов, например: С16Н34   С→ 8Н18 + С8Н16                                                                                 гексадекан          октан         октен С8Н18   С→ 4Н10 + С4Н8      Крекинг в промышленности осуществляют двумя путями ­ термическим (при высокой температуре и повышенном давлении) и каталитическим (в присутствии катализаторов   –   алюмосиликатов).   Каталитический   крекинг   наиболее распространен. Он идет с большей скоростью, при более щадящей температуре. А главное   –   в   присутствии   катализаторов   идут   реакции   изомеризации,   т.е. углеводороды нормального строения превращаются в разветвленные, например: СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН3   СН→ 3 – СН – СН2 – СН3                                                                                       I                                                                                      CH3      Разветвленные  углеводороды сильно повышают  качество  бензина. На слайде макет установки для проведения крекинга.       Продукты   крекинга   могут   обесцвечивать   бромную   воду,   что   подтверждает присутствие   непредельных   углеводородов.   Наличие   таких   веществ   дает   свои плюсы   и   минусы.   С   одной   стороны,   непредельные   углеводороды   увеличивают детонационную стойкость бензина, с другой – они, являясь химически активными веществами, уменьшают срок хранения бензина.      Детонационная  стойкость —   параметр,   характеризующий   способность   углеводородного   топлива   противостоять   самовоспламенению   при   сжатии,   т.е. устойчивость к самовоспламенению.       Способность бензина к детонации измеряется октановым числом. Октановое число определяется содержанием изооктана и н­гептана.    Детонация изооктана (2,2,4­триметилпентана)  равна 100, н­гептана равна 0.         Октановое число бензинов  ­ показывает стойкость бензина к детонации (взрывному сгоранию топлива)    Марки бензина: А­80 (для грузовых автомобилей и УАЗ) А­92 (для легковых отечественных авто)  А­95 (для автомобилей ВАЗ 2112, 2115) А­98 (для импортных автомобилей)    Номер и есть октановое число. Число 98 показывает, что данный бензин обладает такой же детонационной стойкостью, что и смесь 98% изооктана с 2% н­гептана.      Углеводороды разветвленные, а так же непредельные и ароматические более устойчивы   к   детонации.       Наименьшей   стойкостью   к   детонации   обладают парафины нормального строения. Значит бензин с этими углеводородами будет иметь низкое октановое число.       Такой   бензин   можно   превратить   в   более   высокосортный   путем   следующих операций:       Риформинг  (ароматизация)   ­   превращение   предельных   углеводородов   в ароматические.   Сущность   риформинга   –   дегидрирование   в   присутствии катализатора – платины.        Гидроочистка  –   обработка   нефтепрдуктов   водородом   при   нагревании   и давлении в присутствии катализатора. Это делается с целью удаления сернистых и азотосодержащих   веществ.   Под   действием   водорода   они   разрушаются,   образуя сероводород H2S и аммиак NH3.