Каменный уголь и продукты его переработки

 ХОД УРОКА

1. Организационный этап
2. Проверка домашнего задания. АКТУАЛИЗАЦИЯ ОПОРНЫХ ЗНАНИЙ.

Оценка за урок будет состоять из суммы баллов, полученных за тестирование и лабораторную работу. Всего 12 баллов

Компьютерное экспресс-тестирование(за каждый правильный ответ 1 балл)

1. Укажите основной продукт переработки нефти:
   1. бензин
   2. каменноугольная смола
   3. газоконденсат
   4. бензол
2. Укажите соединения, составляющие основную часть нефти:
   1. алкены и алкины
   2. арены, алкины, алкадиены
   3. алканы, алкены, алкины
   4. алканы, циклоалканы, арены
3. Среди приведенных фракций нефти отметьте наиболее тяжелокипящую:
   1. бензин
   2. лигроин
   3. авиационный бензин
   4. мазут
4. Укажите способ, который применяется для повышения октанового числа бензина:
   1. риформинг
   2. дистилляция
   3. коксование
   4. полимеризация
5. Укажите отрасль с преобладающим использованием продуктов переработки нефти:
   1. производство жидкого топлива
   2. металлургия
   3. производство пластмасс
   4. переработка древесины
6. Среди приведенных фракций отметьте наиболее легкокипящую:
   1. бензин
   2. авиационный бензин
   3. мазут
   4. асфальт
7. Укажите способ, который применяют для переработки нефти
   1. коксование
   2. крекинг
   3. полимеризация
   4. сжигание
8. Установите фракции перегонки нефти в порядке увеличения их средней молярной массы:
   1. лигроиновая фракция
   2. газовая фракция
   3. мазут
   4. бензиновая фракция

3. МОТИВАЦИЯ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Беседа по вопросам

1. Какие источники углеводородного сырья вам известны?
2. Какие из них мы уже изучили?
3. Что вы знаете об угле?
4. Назовите месторождения угля в Украине. (Один учащийся показывает их на карте Украины) Слайд 1

Объявление темы урока и формулирование цели. (Слайд 2)

4. ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Учебная лекция с использованием компьютерной презентации «Каменный уголь»

Слайд 3

Уголь — твердое горючее полезное ископаемое органического про­исхождения. (запись в тетрадь)

Слайд 4

Согласно биогенной гипотезе происхождения угля, он образовался из отмерших растений в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Уголь дешевле нефти, он более равномерно рас­пределен в земной коре. Его природные запасы намного превосходят запасы нефти и, по прогнозам ученых, не будут исчерпаны еще в те­чение века.

Слайд 5

Образование угля из растительных остатков (углефикация) проис­ходит в несколько стадий:

торф → бурый уголь → каменный уголь → антрацит. (запись в тетрадь)

Процесс углефикации состоит в постепенном повышении относи­тельного содержания углерода в органическом веществе вследствие его обеднения кислородом и водородом. Образование торфа и бурого угля происходит в результате биохимического разложения расти­тельных остатков без доступа кислорода. Переход бурого угля в ка­менный происходит под воздействием повышенных температур и дав­ления, связанных с горообразующими и вулканическими процессами.

Современные запасы ископаемого угля сформировались в камен­ноугольном периоде палеозойской эры (около 300 млн лет назад).

• Почему сейчас не происходит процесс образования каменного угля? (Ответ: т.к. образование угля происходило во время изменения климата и при повышенной влажности. Сейчас эти факторы отсутствуют)

Характеристика основных видов угля (Слайд 6)

Слайд 7

ПЕРЕРАБОТКА УГЛЯ И ПОЛУЧАЕМЫЕ ПРОДУКТЫ, ИХ ПРИМЕНЕНИЕ.

Слайд 8 – 12

Основными методами переработки угля являются сухая перегонка и газификация.

Сухая перегонка угля заключается в его химическом разложении при нагревании без доступа воздуха. Различают два варианта сухой перегонки угля — полукоксование (швелевание) и коксование; пер­вый процесс осуществляется при 500 - 550 °С, второй - при 900 - 1050°С.

Главная задача полукоксования каменного угля - получение жид­ких углеводородов (бензина); попутно образуются полукокс и смесь газов (СО, СО₂, Н₂, N₂, СН₄ и др.). Полукокс нельзя применять в металлургии, его используют в производстве карбида кальция и для газификации угля. Температура, при которой ведется полу­коксование, не должна превышать 550 °С, поскольку при более вы­сокой температуре выход жидких углеводородов уменьшается. Из 1 т каменного угля получают 110 м³ газа, 750 - 800 кг полукокса, 8 кг смолы и дегтя.

Коксование каменного угля имеет большее промышленное значе­ние. Процесс коксования осуществляется на коксохимических заво­дах, где перерабатывают жирный уголь (с выходом летучих веществ 10 - 30 %), и на газовых заводах, где перерабатывают газовый уголь (с выходом летучих веществ 35 - 40 % ). Процесс проводят в плотно закрытых камерных печах, вмещающих 30 - 40 т угля; печи выло­жены изнутри жаростойким силикатным кирпичом. Между камера­ми находятся каналы-топки, в которых сжигают часть отходящих газов для поддержания высокой температуры.

Основные продукты коксования каменного угля:

коксовый газ, из которого путем контакта с каменноугольной смо­лой получают технический бензол — жидкую смесь легкокипящих аренов;

надсмольная вода, из нее путем обработки известковым молоком (водной суспензией гидроксида кальция) извлекают аммиак;

каменноугольная смола, ее разделяют перегонкой на арены, фено­лы и производные пиридина, являющиеся ценным сырьем для про­изводства красителей, растворителей, взрывчатых веществ, лекар­ственных и душистых препаратов, пестицидов и т. д.; кубовый остаток перегонки смолы — каменноугольный пек — используется для из­готовления асфальта и уплотняющих средств;

кокс, полученный из жирного угля, используется в металлургии, а полученный из газового угля применяется как топливо и в произ­водстве синтез-газа и карбида кальция.

Полукоксование бурого угля проводят с целью получения дегтя. Уголь нагревают разогретыми газами в режиме противотока до 600 - 700 °С.

Основные продукты полукоксования бурого угля:

полукоксовый газ, используется для нагревания печей в процессе полукоксования. Теплотворная способность полукоксового газа не­велика, и его применение в качестве топлива в других отраслях промышленности нерационально;

буроугольный деготь используется при производстве алканов;

легкое масло, содержащее бензин низкого качества, используется как растворитель смазок или как моторное масло;

среднее масло, содержащее фенол, пригодно в качестве дизельного топлива;

тяжелое масло, из него выделяют смесь высших гомологов ряда алканов (парафин);

буроугольный кокс с теплотворной способностью 25 100 - 29 300 кДж/кг;

подсмольная вода, из нее выделяют фенолы, кетоны и аммиак.

Газификация — это превращение органической части ископаемого угля в горючие газы при высокотемпературном (1000 - 2000 °С) вза­имодействии с окислителями (О₂, воздух, водяной пар, СО₂). При этом уголь почти полностью переходит в генераторный и водяной газы (твердый остаток — зола). Для газификации используют бу­рый уголь и продукт переработки каменного угля — кокс.

Газификацию угля проводят в газогенераторах; через слой кокса (толщиной 3 м) снизу вверх попеременно пропускаются воздух (го­рячее дутье) и водяной пар (холодное дутье).

При горячем дутье протекает экзотермический процесс:

2С + О₂  → 2СО; ΔН° = -220 кДж.

Отходящие газы — СО и N₂ (из воздуха); такая смесь называется генераторным, или воздушным, газом. Его теплотворная способность составляет 4300 кДж/м³, что незначительно по сравнению с тепло­той сгорания природного газа (38 000 кДж/м³), поэтому генератор­ный газ используют как топливо только в металлургическом произ­водстве и на коксохимических заводах.

При холодном дутье протекает эндотермический процесс:

С + Н₂O → СО + Н₂; ΔН^o = +132 кДж.

Смесь СО и Н₂ называется водяным газом. Его теплотворная способность 11 500 кДж/м³. Водяной газ используется во многих промышленных синтезах, например при получении метанола и ам­миака.

Слайд 14

Учащиеся оформляют работу, заполняя таблицу с использованием коллекции «Каменный уголь» и текстов для самостоятельной работы (за правильно выполненную работу учащиеся получают 4 балла)

5. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Слайд 15

• Изучить § 15
• Выучить схему в тетради

6. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА

Слайд 16 - 24

Мини-викторина

1. Какие виды источников углеводородного сырья вам известны?
2. Какие виды природных углеводородов выгоднее использовать как топливо?
3. Изложите теорию происхождения угля. В какой геологический период образовались основные запасы угля?
4. Какие основные методы переработки угля вы знаете?
5. Какие продукты образуются при сухой перегонке угля?
6. Где используются продукты сухой перегонки угля?
7. Какие продукты образуются при газификации угля?
8. Где используются продукты газификации угля?