Программа Интенсивной школы «Анализ нефти и нефтепродуктов»

Программа Интенсивной школы «Анализ нефти и нефтепродуктов» Место проведения: МБОУ «СОШ №2» Дата проведения: 6­8 ноября Количество часов: 6 Руководитель (ФИО, должность): Жукова Т.А., учитель химии Педагоги (ФИО, должность):    Дата проведения Время  проведения Тема занятия 6­8 ноября 1000 – 1200 Анализ нефти и нефтепродуктов. Качественное определение воды в нефтепродуктах Качественное определение серы в нефти и некоторых видах топлива Качественное определение минеральных кислот  и щелочей в битуме Экологические вопросы добычи и переработки  нефти. ВСЕГО:    9 часов Количество часов теория практика 1 0,5 0,5 0,5 2,5 1 2,5 1,5 1,5 6,5 Занятие №1. «Методы определения содержания воды в нефти». Методы   определения   воды   в   нефти   и   нефтепродуктах   делятся   на   две   группы: качественные и количественные. Качественные   испытания позволяют   определять   не   только   эмульсионную,   но   и растворенную воду. К этим методам относятся пробы на прозрачность, Клиффорда, на потрескивание  (наиболее  часто)  и  на реактивную  бумагу.  Первые  два  из   этих  методов используют для определения воды в прозрачных нефтепродуктах. а) Проба   Клиффорда.   Метод   применим   только   для   светлых   нефтепродуктов   – газоконденсатов,   бензинов,   керосинов,   реактивных   и   дизельных   топлив.   Испытуемый нефтепродукт   встряхивают   в   делительной   воронке   с   порошкообразным   перманганатом калия. При наличии воды происходит окрашивание нефтепродукта в розоватые цвета. б) Проба на потрескивание. Пробу нефти или нефтепродукта с низким содержанием воды нагревают в стеклянной пробирке до заданной температуры. Имеющиеся в образце следы влаги переходят в парообразное состояние, поднимаются к поверхности углеводородного образца, разрываются и потрескивают. Количественное определение воды в нефтепродуктах  и нефти чаще всего проводят с использованием методов: а) дистилляции (Дина­Старка), который заключается в нагреве пробы в колбе   с   обратным   холодильником   в  присутствии   не   смешивающегося   с водой растворителя, который перегоняется вместе с водой, находящейся в образце, при этом конденсированная вода собирается в градуированной части   ловушки   (Дина–Старка),   а   растворитель   возвращается   в   колбу. Метод определения воды по Дину­Старку с использование экстракционно­ дистилляционного аппарата для определения воды в сырой нефти. ASTM D4006   отличается   от   близких   методов   ASTM   D95,   ГОСТ   Р   51946   в основном   тем,   что   для   предотвращения   конденсации   влаги   в   верхнюю часть холодильника Либиха устанавливают  осушительную трубку и для переноса сконденсировавшейся на стенках холодильника влаги используют смыв ксилолом. Метод   не   применим   для   определения   содержания   растворенной   или   любой   воды, присутствующей в количествах менее 0,5 % об. Для этого используются более точные методы, например, газометрический. Рис. Прибор для определения содержания воды в нефти и н/продуктах: 1 – колба; 2 – насадка Дина–Старка; 3­холодильник (обратный) б) газометрический   метод ­   химического   взаимодействия   воды,   присутствующей   в нефти   (нефтепродукте),   с   реактивами   (металлическими   натрием,   кальцием,   гидридом кальция, реактивом Карла–Фишера), сопровождающийся выделением водорода. Полевой   (газометрический   метод)   определения   содержания   воды   относится   к международному стандарту ИСО 9114, применим при содержании воды в сырой нефти от 0,05 до 2 % об. в тех случаях, когда нет возможности использовать лабораторные методы. Сущность   метода   заключается   в   том,   что   предварительно   пробу   гомогенизируют   с помощью смесителя, берут аликвоту и переносят в реакционный сосуд, где вода реагирует с   гидридом   кальция   (CaH2)   или   со   щелочными   металлами   (натрием,   кальцием),   затем измеряют объем выделяющегося водорода: CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 в) Определение воды и осадка в сырой нефти методом центрифугирования по ASTM D 96, D 91. Термостатируемая центрифуга оснащена ротором для четырех пробирок на 100 мл. Диапазон температур +5...+70°С/ 1°C. Встроенный таймер 1– 60 мин. Занятие №2. Определение серы в нефтепродуктах. Органические соединения серы являются природным компонентом сырой нефти. При термическом  воздействии в процессе переработки нефти сера и ее соединения попадают в нефтепродукты в  различных концентрациях.  Основные формы присутствия серосодержащих соединений в нефтепродуктах следующие:  – сероводород H2S, образующийся при термическом разложении серосодержащих соединений;  – элементарная сера, продукт окисления сероводорода;  – меркаптаны R­SH;  – сульфиды или тиоэфиры R­S­R; – дисульфиды и политиоэфиры R­S…S­R;  – тиофен C4H4S и его производные;  – тиофан или тетрагидротиофен C4H8S и его производные;  – бициклические и полициклические серосодержащие соединения;  – кислые и средние эфиры серной кислоты и сульфокислоты, образующиеся в процессе очистки  нефтяных дистиллятов. Присутствие этих соединений нежелательно, т.к. они придают нефтепродуктам неприятный запах, вызывают коррозию оборудования и загрязняют атмосферу при сгорании. Соединения серы отравляют дорогостоящие катализаторы переработки нефти и, выделяя в атмосферу оксиды серы при сгорании, создают экологические проблемы. Выброс в атмосферу  соединений серы, образующихся при сгорании нефтепродуктов, является предметом  экологического контроля во всех развитых странах. Нормы предельной токсичности отработавших  газов, принятые в Европе, базируются на Директивах R15 ЕЭК и 70/220 ЕЭС, а также последующих дополнениях к этим документам. В соответствии со стандартами Евро 3/Евро 4 (Директива 98/69  ЕС, дополнения 2002/80 ЕС) максимальное содержание серы, как в бензине, так и в дизельном  топливе, должно составлять 10 мг/кг в 2005­2011 годах (табл. 1).  В США Агентством по Защите Окружающей Среды (Environmental Protection Agency, EPA) также  приняты жесткие нормы, ограничивающие содержание серы в топливах (табл. 2).  Табл. 2. Нормы содержания общей серы в бензине и дизтопливе в США (в скобках – для штата Калифорния), мг/кг Методы определения серы можно условно разделить на 3 группы:  1. Методы, основанные на окислении серы и последующем определении оксидов.  2. Методы, основанные на восстановлении серы до H2S.  3. Спектральные методы: а) основанные на рентгеновском излучении. Практическая работа  «Качественное определение серы в нефтепродуктах (проба на медную пластинку)». В нефтепродуктах наряду с оорганическими соединениями серы могут присутствовать  сероводород,  получающийся при термической переработкенефти, и свободная сера.  Соединения этого элемента обладают высокой корродирующей способностью, особенно  при повышенных температурах. Поэтому при производстве и применении нефтепродуктов  необходимо осуществлять контроль за содержанием серы. Наиболее распространенным  способом качественного определения активных сернистых соединений является проба на  медную пластинку.  Качественное определение серы проводиться с целью предотвращения коррозионного  разрушения карбюраторной и топливнопадающей систем двигателей внутреннего сгорания. Горючее испытывают при температуре 500С, наиболее соответствующей условиям его  применения.  Оборудование: Медная пластинка длинной 40 см, шириной 10 мм, толщина 2мм; шлифовальная шкурка,  пробирка (15­20мл), с корковой пробкой, водяная баня. Реагенты: диэтиловый эфир или этанол, ацетон. Ход работы. Возьмите медную пластинку, зачистите её шлифовальной шкуркой, промойте диэтиловым  эфиром или этанолом, высушите и опустите в пробирку, заполненную анализируемым  топливом до высоты 60мм. Пробирку закройте плотно и поместите в водяную баню,  нагретую до 50 0С. Через 2­3 часа извлеките пластинку, промойте ацетоном и внимательно рассмотрите. Если  она покрылась налетом любого цвета или пятнами, топливо считается не выдержавшим  испытания.  Занятие №4 «Экологические вопросы добычи и переработки нефти». Задания для самостоятельной работы Вариант 1 Задача №1. Оцените экономические последствия от разлива нефти в результате аварии танкера, если из пробоины вытекло 10 тыс. тонн нефти:         а)   рассчитайте   площадь   морской   поверхности,   покрытой   нефтью,   если   1   тыс.   т     нефти покрывает площадь в 20 км2;         б)   определите   количество   морской   воды,   лишенной   кислорода,   если   1   кг   нефти закрывает доступ   кислорода в 40 м3 морской воды;         в) предложите пути выхода из этой ситуации. Задача №2. В 1976 г. в результате взрыва танкера "Уирколо" у берегов Испании было выброшено в море 100 тыс. т нефти. Какая площадь воды (S) была при этом покрыта нефтяной пленкой, если толщина пленки (L) примерно 3 мм, а плотность нефти (800 кг/м3)? Задача   №3.   При   аварии   супертанкера   было   выброшено   в   море   250   тыс.   т   нефти. Рассчитайте   объем   воды,   в   котором   погибла   рыба,   если   гибель   рыбы   происходит   при концентрации нефти 15 мг/л. Задача №4. При сгорании 1 л этилированного бензина в атмосферу выбрасывается 1 г свинца. Какой объем воздуха будет загрязнен, если автомобиль проехал 300 км? Расход бензина составляет 0,15 л на 1 км, ПДК свинца ­ 0,0007 мг/м3. Задача №5. В одном из районов Крайнего Севера районная рыбохозяйственная инспекция обнаружила на поверхности водоема крупное нефтяное пятно. проверка показала, что оно образовалось   в   результате   течи   из   цистерн   горюче­смазочных   материалов. Территориальный   комитет   по   водным   ресурсам   предъявил   иск   о   возмещении   вреда, причиненного окружающей природной среде. Ответчик иска не признал, ссылаясь на то, что технология хранения топлива не нарушалась. Экспертиза, назначенная арбитражным судом, установила, что течь в цистерне возникла вследствие непригодности материала, из которого она была изготовлена, для эксплуатации в условиях Крайнего Севера. Однако цистерны были изготовлены и установлены на складе согласно проекту.         Проанализировав ситуацию, ответьте на следующие вопросы:         1. Какие предусмотренные законом меры могут применять органы государственного экологического контроля?         2. Кто должен нести ответственность в данном случае? Отчет по проведению интенсивной школы осень 2017 по теме «Анализ нефти и нефтепродуктов»   вязкость, Учащиеся   познакомились   с   физическими   свойствами нефти   (плотность,   наличие   влаги), химическим   составом   нефти,   пытались   решать некоторые   экологические   ситуации,   связанные   с разливом нефти на водоемах, твердом грунте. Работа с коллекцией   по   нефти   позволила   ребятам   увидеть продукты   переработки   нефти:   топливо,   смазочные материалы,   лекарственные   препараты,   косметические средства,   пластмассы,   волокна   и   многое   другое. Рассмотрели вопросы состояния нефтегазовой промышленности ЯНАО. Учащиеся с увлечением собирали модели молекул веществ, которые содержаться в нефти, и те, которые получают из неё.    С   большим   интересом   школьники   провели   ряд   экспериментов:   «Определение   состава нефти»,   «Качественное   определение   воды   в   нефти   и   нефтепродуктах»,   «Качественное определение серы в нефти и некоторых видах топлива». Учащиеся рассказывали об удивительных свойствах и областях применения нефти, начиная с древних времен (например «греческий огонь», для освещения в лампах,) и до наших дней. Данные   занятия   носили   профориентационный   характер,   позволяющий   познакомить учащихся     с   основами   работы   химика­лаборанта   нефтедобывающей   и нефтеперерабатывающей отрасли промышленности.   Конструирование моделей молекул, входящих в состав нефти. Определение  серы в образцах нефти и нефтепродуктах. Нефть, газ,  знания, наука!