Кам'яне вугілля, продукти його переробки

ТЕМА УРОКУ: "Кам'яне вугілля, продукти його переробки"

МЕТА УРОКУ: З'ясувати роль кам'яного вугілля як джерела різних хімічних речовин. Ознайомити з основними принципами коксування кам'яного вугілля. Показати галузі використання продуктів коксування

ХІД УРОКУ

I.Організація класу.

Перевірка присутності і готовності учнів до уроку. Відповіді на запитання учнів.

II.Мотивація уроку.

В курсі хімії 11 класу ми будемо продовжувати вивчення курсу органічної хімії і зупинимось на природних джерелах вуглеводнів та їх переробці.

III.Повідомлення теми, мети уроку.

Тема фіксується на дошці, мету учні записують в зошитах у вигляді плану.

IV.Актуалізація знань учнів.

Перевірка домашнього завдання.

Бесіда по основних питаннях попередньої теми.

V.Вивчення нового матеріалу.

1. ВИДИ І ПОХОДЖЕННЯ ВУГІЛЛЯ.

Вугілля - тверда горюча корисна копалина органічного похо­дження. Згідно з біогенною гіпотезою походження вугілля, він утворився з відмерлих рослин в результаті життєдіяльності мікроорганіз­мів. Вугілля дешевше за нафту, воно більш рівномірно розподілене в земній корі. Його природні запаси набагато перевищують запаси нафти і, за прогнозами вчених, не будуть вичерпані ще протягом століття.

Утворення вугілля з рослинних залишків (вуглефікація) відбува­ється через кілька стадій:

торф → буре вугілля → кам'яне вугілля → антрацит.

Процес вуглефікації полягає в поступовому підвищенні відносно­го вмісту Карбону в органічній речовині внаслідок її збіднення Оксигеном і Гідрогеном. Утворення торфу і бурого вугілля відбуваєть­ся в результаті біохімічного розкладу рослинних останків без доступу кисню. Перехід бурого вугілля в кам'яне відбувається під впливом підвищених температур і тиску, які пов'язані і вулканічними процесами.

Сучасні запаси викопного вугілля сформувались в кам'яновугіль­ний період палеозойської ери (близько 300 млн. років тому).

Вугілля широко використовують як паливо, воно служить також вихідною сировиною для одержання різних хімічних продуктів.

2.  ПЕРЕРОБКА ВУГІЛЛЯ І ПРОДУКТИ, ЯКІ ОДЕРЖУЮТЬ З НЬОГО, ЇХНЄ ЗАСТОСУВАННЯ.

Основними методами переробки вугілля є суха перегонка і гази­фікація.

Суха перегонка вугілля полягає в його хімічному розкладі при нагріванні без доступу повітря. Розрізняють два варіанти сухої пе­регонки вугілля – напівкоксування (швелювання) і коксування, перший процес здійснюється при 500–550 °С, другий – при 900– 1050 °С.

Головне завдання напівкоксування кам'яного вугілля— одержан­ня рідких вуглеводнів (бензину); супутно утворюються напівкокс і суміш газів (CO, СО2, Н2, N2, CH4 та ін.). Напівкокс неможна застосовувати в металургії, його використовують у виробництві каль­цій карбіду і для газифікації вугілля. Температура, при якій прово­диться напівкоксування, не повинна перевищувати 550 °С , оскільки при вищій температурі вихід рідких вуглеводнів зменшується. З 1т кам'яного вугілля одержують 110 м3 газу, 750-800 кг напів­коксу і 8 кг смоли і дьогтю.

Коксування кам'яного вугілля має велике промислове значення. Процес коксування здійснюється на коксохімічних заводах, де пе­реробляється жирне вугілля (з виходом летких речовин 10–30 %), і на газових заводах, де переробляється газове вугілля (з виходом летких речовин 35–40 %). Процес проводять у щільно закритих камерних печах, які вміщають 30–40 т вугілля; зсередини печі викладені жаростійкою силікатною цеглою. Між камерами знахо­дяться канали-топки, в яких спалюють частину газів, що відходять, для підтримки високої температури.

Основні продукти коксування кам'яного вугілля:

коксовий газ, з якого шляхом контакту з кам'яновугільною смо­лою одержують технічний бензол - рідку суміш легкокиплячих аренів;

надсмольна вода, з неї шляхом обробки вапняним молоком (вод­ною суспензією кальцій гідроксиду) вилучають аміак;

кам'яновугільна смола, їі розділяють перегонкою на арени, фено­ли й похідні піридину, які є цінною сировиною для виробництва барвників, розчинників, вибухових речовин, лікарських і запаш­них препаратів, пестицидів і т. д.; кубовий залишок перегонки смо­ли – кам'яновугільний пек – використовується для виготовлення асфальту і ущільнюючих засобів;

кокс, одержаний із жирного вугілля, використовується в металур­гії, а одержаний з газового вугілля застосовується як паливо й у ви­робництві синтез-газу й кальцій карбіду.

Напівкоксування бурого вугілля проводять з метою одержання дьогтю. Вугілля нагрівають розігрітими газами в режимі протитоку до 600 – 700 °С.

Основні продукти напівкоксування бурого вугілля: напівкоксовий газ використовується для нагрівання печей в про­цесі полукоксування. Теплотвірна здатність напівкоксового газу не дуже велика і застосування як паливо в інших галузях промислово­сті недоцільне; буровугільний дьоготь використовується у виробництві алканів; легке масло, яке містить бензин низької якості, використовуєть­ся як розчинник мастил або як моторне масло; середнє масло, яке містить фенол, придатне як дизельне паливо; важке масло - з нього виділяють суміш вищих гомологів ряду алканів (парафін); буровугільний кокс із теплотвірною здатністю 25 100 - 29 300 кДж/кг;

підсмольна вода - з неї виділяють феноли, кетони й аміак.

Газифікація - це перетворення органічної частини викопного вугілля на горючі гази при високотемпературній (1000-2000 °С) взаємодії його з окисниками (О2, повітря, водяна пара, СО2). При цьому вугілля майже повністю переходить у генераторний і водяний гази (твердий залишок - зола). Для газифікації вико­ристовують буре вугілля і продукт переробки кам'яного вугіл­ля - кокс.

Газифікацію вугілля проводять у газогенераторах; через шар кок­су (товщиною 3 м) знизу вгору поперемінно пропускається повітря (гаряче дуття) і водяна пара (холодне дуття).

При гарячому дутті протікає екзотермічний процес: 2С + О2 ↔2СО ; ∆Н° = -220 кДж .

Гази, що відходять - CO і N2 (з повітря) ; така суміш називаєть­ся генераторним, або повітряним, газом. Його теплотвірна здат­ність складає 4300 кДж/м3, що дуже мало порівняно з теплотою згоряння природного газу (38 000 кДж/м3), тому генераторний газ використовують як паливо тільки в металургійному виробництві й на коксохімічних заводах.

При холодному дутті протікає ендотермічний процес: С + Н2О ↔CO + Н2 ; ∆Н° = +132кДж.

Суміш CO і Н2 називається водяним газом. Його теплотвірна здатність 11 500 кДж/м3. Водяний газ використовується в бага­тьох промислових синтезах, наприклад при одержанні метанолу й аміаку.

Спрощено переробку кам'яного вугілля можна подати схемою (с. 251).

Лабораторна робота. Виконуються лабораторні роботи 8, 9 «Ознайомлення зі зразками нафтопродуктів і продуктів коксування кам'яного ву­гілля».

VI.Закріплення знань учнів.

Бесіда.

Які види природних вуглеводнів вигідніше використовувати як паливо?

Розповісти теорію походження вугілля. У який геологічний період утворилися запаси вугілля?

Які основні методи переробки вугілля ви знаєте?

Які продукти утворюються при сухій перегонці вугілля? Де вони використовуються?

Які продукти утворюються при газифікації вугілля? Де вони використовуються?

VII.Завдання додому.

Опрацювати § Виконати завдання

VIII.   Підсумок уроку.

Учитель підсумовує роботу учнів на уроці, визначає змістовні і вказує на слабкі відповіді, виставляє оцінки.