http // bioximi4ka . wordpress . com

Урок ділова гра «Переробка нафти»Форма проведення – виробнича нарада.Дійові особи: директор заводу, головний інженер, відділ постачання(2 робітника), технологічний відділ (6 робітників), економічний відділ (головний економіст), відділ охорони природи (3 еколога), відділ збуту (1 робітник), завідуючий біохімічною лабораторією, лаборант, історик.Всі інші учні виконують роль журналістів, представників засобів масової інформації, які готують питання учасникам наради, представників науково-дослідницьких інститутів, які пропонують нові ідеї.Історик. Нафта була відома ще в античні часи та використовувалась для освітлення та опалювання. В 1854 році шляхом перегонки та очищення із нафти почали добувати гас. Гасова лампа маже сто років була найдоступнішим джерелом світла (після скіпки!).

В 1900 році добування нафти у всьому світі складало 20млн. тон, а в теперішній час близько 3 млрд. тон. Більша частина добутої нафти (80-90%) витрачається на різні види палива та мастил і тільки 8% витрачається на добування інших органічних речовин.

Весь транспорт – літаки, водні судна, автомобілі використовують нафтопродукти у своїх двигунах.

А із цих 8% добувають полімери, каучук, синтетичні волокна, миючі засоби, добрива, ліки та багато інших речовин.

Прав був Менделєєв, коли говорив, що спалювати нафту, все одно що палити асигнаціями.(асигнація – цінний папір, паперовий грошовий знак)

В усіх країнах шукають альтернативні джерела енергії, але поки що нафта – головне джерело енергії.Можна сказати, що сучасна цивілізація основана на нафті. Із-за нафти відбувається багато таємних та явних воєн. Економіка всіх країн залежить від нафти більше, ніж від будь-якого іншого продукту.Співробітники відділу постачання. перший - по карті відзначає найбільші родовища нафти, близькі до України;другий – робить повідомлення (Вся нафта різних родовищ розрізняється по складу. Наприклад, нафта Мангишлака багата алканами, нафта Баку - циклоалканами, нафта Румунії – метаном).Завідувач лабораторією. Перед вами хімічний елементний склад нафти по елементах:

Органічна маса, всього 98%в тому числі: С 83%

N 13%O+N 0,2-0,3%Сульфур 0,1-0,7%Сажа 0,1-,5%

Зрозуміло, що нафта – це природна суміш вуглеводнів. До її складу входить більше 150 різних вуглеводнів. Із них приблизно половину складають рідкі та розчинені н-алкани, половину – ароматичні (бензин, толуен та ксилоли)Головний інженер. Кожна речовина, що входить до складу нафти, має свою температуру кипіння. Чим більша молекулярна маса, тим вища температура кипіння.

Перший етап переробки нафти: довести нафту до кипіння, слідкуючи за температурою, зібрати пар в окремі приймальники. В кожному із приймальників знаходиться рідина, що кипить при певній температурі або в певному інтервалі температур. Така процедура називається перегонкою. Отже, суть першого етапу переробки нафти – розділення її на фракції – групи речовин з близькими температурами кипіння та молекулярними масами.

Розглянемо перегонку нафти в лабораторії.Лаборант. (демонструє лабораторну установку для перегонки нафти (див. мал..) та пояснює принципи перегонки нафти на фракції:

1) нагрівання нафти;2) відгонка компонентів з певним інтервалом температур кипіння, фракцій;3) конденсація парів у холодильнику;4) збір фракцій в приймальники.В лабораторній установці процес відбувається періодично. В промисловості такий процес не вигідний, він приводить до значних втрат тепла та зниженню продуктивності праці.

Директор заводу. В промисловості необхідно створити таку установку, в якій одночасно буде здійснюватись випаровування всіх фракцій та безперервна перегонка – ректифікація.(директор заводу пропонує співробітникам технічного відділу розповісти про цю установку)Робітники технологічного відділу.Перший – установка для безперервної перегонки нафти (див. мал..) складається із печі для нагрівання нафти. В печі проходить труба-змійовик, в яку постійно подається нафта. Піч зігрівається теплом, що виділяється при згоранні мазуту або газу. Нафта в змійовику нагрівається до 320-3500С (не вище!!). При більш високих температурах відбувається не бажане руйнування молекул.

Ректифікаційна колона – це стальний циліндричний апарат висотою 40м. Вона містить всередині декілька десятків горизонтальних перегородок з отворами – тарілок. Пари нафти потрапляють в колону і піднімаються вгору. Вони проходять через отвори в тарілках, поступово охолоджуються і частково конденсуються. Другий – вуглеводні важчі та менш леткі зріджуються вже на перших тарілках. Так утворюється перша фракція - газойль С13-С15. Більш леткі вуглеводні С12-С18 збираються вище і утворюють фракцію – гас; іще вище збирається третя фракція – лігроїн С8-С14. Найбільш леткі вуглеводні С5-С11 виходять у вигляді парів із колони, проходять через холодильник і після конденсації утворюють бензин. Всі ці фракції називаються світлими продуктами перегонки.Третій – Рідка частина нафти, яка не кипить при температурі 3500С стікає вниз колони, утворюючи чорний мазут. Щоб повніше «вигнати» із мазуту розчинені в ньому вуглеводні, знизу назустріч мазуту, що стікає, подають перегрітий пар.

Із мазуту можна отримати багато цінних речовин, але він розкладається при температурі вище 3500С. Технологи використали властивість речовин закипати при більш низьких температурах і зниженому тиску. Тому мазут переганяють у вакуумних ректифікаційних колонах і добувають мастила, парафін, вазелін. Те, що не пере ганяється, називається гудроном. Його використовують при асфальтуванні доріг.Директор заводу. Бензину, добутого ректифікацією нафти, не вистачає. Крім того, необхідно покращити якість бензину – підвищити його октанове число. Лаборант. Пригадаємо, що для характеристики стійкості до вибуху (детонаційної стійкості) бензинів була вироблена октанова шкала.

Ізооктан С8Н18 (2,2,4-триметилпентан) має дуже високою детонаційною стійкістю, її оцінили на 100. н-гептан дуже легко детонує, отримав октанове число 0. Суміші октану та ізооктану мають октанові числа, що дорівнюють вмісту ізооктану в них: н-гептан 0 5% 24%ізооктан 100% 95% 76%Октанове число 100 95 76Користуючись такою шкалою, визначають октанове число бензинів. Наприклад,бензин-95 має октанове число 95. Це значить, що він допускає таке стискування в циліндрі без детонації, як суміш із 95 % ізооктану і 5 % н-гептану.Головний інженер. Для збільшення виходу бензину, необхідно навчитись переробляти гас, газойль, мазут в бензин.

В ректифікаційній колоні не допускається підвищення температури вище 3500С. Інакше молекули вуглеводнів почнуть руйнуватись.

А якщо піддати всю нафту термічній обробці при температурі 400-7000С, то вуглеводні нафти розщепляться до менших молекул, відбудеться розщеплення молекул – крекінг. Так народилась друга важлива ідея переробки нафти – крекінг нафти. Процеси при крекінгу можна описати рівняннями:

С16Н34→ С8Н18+ С8Н16

гексадекан октан октента далі С8Н18→ С4Н10+ С4Н8

октан бутан бутенЯк видно, карбоновий ланцюг ділиться навпіл, тому що зв’язок посередині лінійної молекули

найслабший.В продуктах крекінгу з’являються алкени, крім того, отримуються ароматичні вуглеводні. Все це

призводить до підвищення октанового числа бензинів.Розроблені два види крекінгу – термічний та каталітичний.

Історик. Процес крекінгу людина давно спостерігає при горінні парафінової свічки, але про це не здогадується. Парафін біля гніту плавиться, розкладається, продукти розкладу випаровуються та згорають в полум’ї свічки.Четвертий робітник технологічного відділу. Термічний крекінг проводять в трубчатій печі. Через піч пропускають нафтопродукти, наприклад, мазут, при температурі 470-5500С під тиском в декілька мегапаскалей, щоб продукти – легкі вуглеводні – залишились в рідкому стані. Продути крекінгу направляють в ректифікаційну колону на розділення.

Головний недолік такого бензину – він легко окислюється при зберіганні, полімеризується, забруднює бензопроводи, утворює нагар на стінках циліндрів двигунів. Для усунення цього недоліку в бензин додають антиокисники.

При більш високих температурах 650-7500С проводять крекінг (піроліз) для добування газоподібних ненасичених вуглеводнів.П’ятий робітник технологічного відділу. Каталітичний крекінг проводять в присутності природних або синтетичних алюмосилікатів в якості каталізаторів (див. мал..) Процес відбувається при більш низьких температурах 450-5000С, але з більшою швидкістю. При цьому утворюється бензин більш високої якості. Підвищення октанового числа такого бензину відбувається за рахунок ізомеризації алканів: із лінійних алкінів утворюються більш цінні розгалужені.Шостий робітник технологічного відділу. Крекінг – це вторинний процес нафтопереробки, тобто переробки не самої нафти, а нафтопродуктів.

До вторинних процесів відносяться також риформінг та гідро очистка нафтопродуктів.Риформінг бензинів – це процес, який відбувається в присутності каталізатора (платини) і призводить до перетворення лінійних та розгалужених алканів в ароматичні вуглеводні. При цьому значно зростає октанове число пального.Гідроочищення – це обробка нафтопродуктів воднем під тиском при нагріванні та в присутності каталізатора. При цьому сульфуро- та нітрогеновмісні органічні речовини руйнуються та перетворюються на сірководень та аміак.Директор заводу. Така комплексна переробка нафти забезпечує більш повне її використання та повинна забезпечити охорону навколишнього середовища. Тому заслухаємо економістів та екологів.Головний економіст. Комплексна переробка нафти – це процес, при якому із нафти вилучаються всі цінні компоненти: нафтопродукти використовуються в якості пального та сировини для хімічної промисловості. Із сірководню добувають сірку та сульфатну кислоту, яку використовують для очищення нафти.

Із амоніаку добувають амоній сульфат – цінне добриво. Із сажі нафти гідро каталітичним способом вилучають дефіцитні метали: ванадій, нікель, титан, олово.Перший еколог. В пальному не повинні міститись сірчисті та азотисті речовини. Утворення оксидів сульфуру та нітрогену при роботі двигунів транспорту визиває великі забруднення навколишнього середовища. Ось чому так важливе гідроочищення нафтопродуктів, які випускає наш завод.Другий еколог. Важливо відмітити про транспортування нафти на нафтопереробні заводи та нафтопродуктів до споживача.

Щорічно в світовий океан потрапляє 5-10 млн. тон сирої нафти та нафтопродуктів в результаті аварій на судах, зливі баластних вод танкерами, при добуванні та розвідці нафти. Це наносить непоправну шкоду природі. Один літр нафти забруднює 40000 літрів води. Гине планктон, риба, водні тварини, птахи.Третій еколог. Частина нафти (5%) розчиняється у воді, при чому ароматичні вуглеводні, які є найбільш токсичними, розчиняються краще за інші. В морській воді вони перетворюються в сполуки з канцерогенними та мутагенними властивостями, в тому числі і особливо шкідливий бензопірен.Завідуючий лабораторією. З цим лихом можна боротись біохімічними методами. Уже відомо більше 1000 мікроорганізмів, здатних переробляти вуглеводні. Наприклад, культури дріжджів роду Candida живляться парафінами нафти і дають вихід біомаси з більшим вмістом (50%) білка та вітамінів.Робітник відділу збуту. (розповідає про застосування нафти та нафтопродуктів)Бензин – пальне для автомашин, розчинник жирів, масел, канчуків.Лігроїн – пальне для тракторів.Гас – пальне для тракторів, реактивних літаків та ракет.Газойль – пальне для дизелів.Директор заводу. (надає слово журналістам для питань та співробітникам дослідницьких інститутів для висловлення нових ідей)

ДодаткиДодаток №1

Як впливає нафта на добробут народу?Впливає те, яку політику проводить держава і як економічно розвинена країна. Зараз з продуктів

нафти роблять дуже багато різних товарів, так що представити життя без нафти роблять дуже багато різних товарів, так що представити життя без нафти буде дуже важко. Отже наявність нафти у якої-небудь країни, поза сумнівом, складає її стратегічний запас, наявність продукту на експорт (продаж), щоб отримати необхідні гроші, так і поступають багато країн з великими запасами нафти. У них вся економіка побудована на добуванні і продажі нафти (країни Персидської затоки). Іншими словами наявність запасів і родовищ буде для країни позначатися все-таки позитивно

З чим пов'язана криза, чому так багато говорять про нафту?Криза пов'язана з крахом фінансової піраміди США, а оскільки з США пов'язана практично вся економіка дуже багатьох країн, криза стала світовою (нафта - банки).Зараз ціна на нафту різко знизилася, і країни ОПЕК домовляються між собою її підвищити і контролювати ціни за нафту, знижуючи добування і тим самим, підвищуючи вартість за барель.

Додаток №2

ЕкологіяЕкологічною катастрофою може закінчитися розробка нафтового родовища Кашаган на Каспії.

Про це заявили казахстанські екології після того, як вивчили проект по його освоєнню. Більше 200 бурових будуть побудовані в заповідній зоні Каспійського моря.

Технологічні лінії по підготовці нафти і газу пройдуть безпосередньо в житлах осетрових риб і морського тюленя. Більш того, проектом вже заздалегідь передбачені аварії. У разі неполадки в морі може вилитися до 30 тисяч тонн нафти. Подія такого масштабу стане справжньою катастрофою для всієї екосистеми Каспію.

За словами голови Екосоюзу «Табігат», одна аварія здатна знищити всю біологію Каспію. «Концепцію потрібно змінити повністю», - переконаний еколог.

Рекорды Гиннеса. Экология.«25 марта 1989г. нефтяной танкер Вальдес компании «Эксон» сел на мель в заливе Принс-

Уильям у побережья Аляски, в результате чего в воду вылилось свыше 30000 тонн нефти. От загрязнения пострадало более 2400 км побережья».

«19 июля 1979г. в Карибском море недалеко от о.Тобаго Повелительница Атлантики столкнулась с Эгейским капитаном. В результате в воду вылилось 280000 тонн нефти».

«Амоко», «В марте 1978г. в 96,6 км от побережья полуострова Бретань, Франция, разбился принадлежавший компании «Амоко» танкер Кадис, и в воду вылилось 220000 тонн нефти.

«Сильнейшее загрязнение суши»; «Республика Коми»; «С февраля по октябрь 1994г. вследствие разрыва трубопровода тысячи тонн сырой нефти вылилось на нетронутые пространства арктической тундры в Республике Коми (Россия). По оценкам, количество вылившейся нефти колеблется между 60000 и 280000т. В результате катастрофы нефтяная планка покрыла участок длиной 18 км».

Исследования по накоплению нефтепродуктов в организме рачка Эпишуры и влияние этого процесса на среду были проведены в начале июля этого года. Об этом Телеинформу сообщил ведущий научный сотрудник института, кандидат биологических наук Михаил Саксонов.

Рачок Эпишура - эндемик Байкала, то есть, находится только в этом озере. Рачок составляет до 80% биомассы зоопланктона озера и является важнейшим звеном в пищевой цепи водоема. Он выполняет функцию фильтра: пропускает через себя воду, очищая ее. Накопление в организме этого животного нефтепродуктов даже в небольших концентрациях может иметь негативные последствия для живого мира Байкала. Ученые утверждают, что уже из визуальных наблюдений можно сделать вывод о значительном накоплении нефтепродуктов в жировых включениях Эпишуры.

По словам Михаила Саксонова, нефть является самым опасным загрязнителем для всех водоемов, в том числе и для Байкала. Эпишуру же можно рассматривать, как живой индикатор присутствия в байкальской воде нефтепродуктов.

Как будет выглядеть мир без нефти в качестве топлива? По заказу журнала «Тайм» писатель-фантаст Айзек Азимов в 1977 г. описал ситуацию из

будущего 1997 г.:

«Те, кому больше 10, могут еще помнить автомобили. Но они исчезают. Сначала жутко подскочили цены на бензин. В конце концов только состоятельные люди могли позволить себе пользоваться автомобилем, и скоро само его наличие начало свидетельствовать о большой толщине кошелька хозяина. Окружающие этого, естественно, стерпеть не могли, и в результате все машины, оставленные без присмотра на улице, были перевернуты и сожжены. Жесткие квоты, введенные "для обеспечения равных возможностей", пересматривались в сторону сокращения каждые три месяца. Очень быстро автомобили просто исчезли с улиц и превратились в металлолом. При желании можно найти и преимущества этого положения. В 1997 году газеты постоянно обращали на них внимание читателей. Стал чище воздух, и как будто ослабли морозы. Против ожидаемого упала преступность. Автомобильное патрулирование стало слишком дорого (а автомобили — слишком хорошей мишенью), и полицейские стали ходить пешком. Но главное — улицы заполнились народом и даже ночью не оставались пустыми. Парки постоянно были полны людей, которые всегда могли прийти друг другу на помощь. Что же касается зимы, — конечно, мерзнуть довольно неприятно. Печки осенью покрывались инеем. Свитера стали обычной домашней одеждой, а душ, в конце концов, это роскошь — принимать душ каждый день. Можно обойтись и влажным обтиранием. Нельзя сказать, конечно, что воздух рядом с человеком уж очень свеж, но, по крайней мере, выхлопные газы автомобилей полностью исчезли».

(Кошмар жизни без топлива, «Тайм», 1977, 25 апреля, с. 33)

ЕкологіяАкватории морских и речных портов, места стоянки и бункеровки судов зачастую загрязняются

нефтяным топливом. Особенно остро проблема сбора нефтепродуктов с поверхности воды встает в случае аварий танкеров. Один из путей ликвидации таких загрязнений — высыпание на нефтяное пятно легких материалов, впитывающих нефть (пенька, древесные опилки, гранулы пористых полимеров). Далее эти материалы необходимо собрать и отжать из них топливо в специальные емкости, чтобы потом использовать вновь.

Изобретатель А. А. Шахназаров рекомендует использовать для сбора устройство, давно известное в других областях техники, — ленточный транспортер. Его следует установить на борту судна-нефтесборщика таким образом, чтобы один его конец был опущен в воду, а другой находился у приемника нефти. На ленте транспортера закреплен впитывающий нефть материал, например пенька. Около приемной цистерны лента обжимается двумя валиками, топливо стекает в цистерну, а пенька вновь готова к сбору нефти.

Поскольку нефтепродукты горючи, очистку от них водной поверхности можно было бы проводить путем сжигания нефтяной пленки. Такой способ, конечно, неэкономичен, он связан с потерей топлива, но охрана природы, сохранение морской фауны и флоры важнее, чем экономия нефти. Трудность сжигания нефтяной пленки заключается в том, что поджечь можно только относительно толстый слой плавающей на поверхности воды нефти. Если же пленка тонкая (а в большинстве случаев так и бывает), поджечь ее не удается.

Предложите способ сжигания тонкой пленки нефтепродуктов на поверхности воды.Есть оригинальный способ их сжигания. Под загрязненную поверхность подводят форсунку, из

которой под давлением вырывается горючий газ — метан, пропанбутановая смесь или просто природный газ. Газовый факел поджигают, и в пламени газа сгорают нефтепродукты из пленки. Но ликвидация нефтяных загрязнений — дело дорогое и хлопотное.

Применение нефтиМасла Топливо

Тяжелые фракции нефти используются как смазочные масла.

Самая легкая фракция нефти — бензин.

Моторное масло – смесь высококипящих

углеводородов, полученных из нефти.

Керосин обладает более высокой температурой кипения

по сравнению с бензином. Вазелин – смесь твердых и

жидких углеводородов, полученных из нефти.

Другие продукты

Многие растворители — продукт перегонки нефти.

Вещества, выделяемыеиз нефти, идут на производство лекарственных препаратов.

Фракция твердых углеводородов,

выделяемая из нефти, называется парафином.

Синтетический каучук,из которого изготавливают автомобильные покрышки,

получают из продуктов переработки нефти.