gototopgototop

Задачи по химии для бакалавров нефтегазового дела как средство формирования профессиональных компетенций

Денисова Янина Вячеславовна – кандидат биологических наук, доцент кафедры Геологии и нефтегазового дела Технического нефтегазового института Сахалинского государственного университета.

Сторожева Мария Евгеньевна – старший преподаватель кафедры Геологии и нефтегазового дела Технического нефтегазового института Сахалинского государственного университета.

Аннотация: Разработаны задачи по химии для студентов направления подготовки 21.03.01 «Нефтегазовое дело» очного и заочного обучения. Материалы использованы при проведении лабораторных занятий и выполнения контрольных работ. Применение задач, основанных на информации производственных процессов в области нефтегазового дела, данных месторождений нефти и газа острова Сахалин в учебном процессе вызывает активизацию познавательной деятельности студентов и способствует формированию у них профессиональных компетенций.

Ключевые слова: Задачи по химии, нефтегазовое дело, образовательный процесс бакалавров, профессиональные компетенции.

Современное развитие нефтегазового дела базируется на химических основах нефтедобычи и нефтепереработки. Теоретическим и практическим фундаментом изучения основ нефтегазового дела являются основные закономерности химии [1]. Подготовка бакалавров по направлению 21.03.01 «Нефтегазовое дело» предусматривает изучение базовых терминов и понятий общей химии, коллоидной химии и разделов химии нефти и газа.

Дисциплина «Химия» входит в блок естественно-научных дисциплин учебного плана бакалавров по направлению подготовки «Нефтегазовое дело» (1 курс) и является обязательной для изучения. Общий объем часов, предусмотренных для изучения химии, составляет 144 часов (36 ч лекций, 18 ч лабораторных занятий, 90 ч самостоятельная работа). Данный курс направлен на изучение закономерностей строения, состава, химических свойств простых и сложных веществ, а также способов получения и областей применения изучаемых веществ. Дисциплина необходима как предшествующая для изучения коллоидной химии, химии нефти и газа, дисциплины по выбору «Борьба с аварийными разливами нефти».

Изучение химии включает в себя теоретический и практический блоки (лекции, лабораторные работы, самостоятельная работа). У студентов заочной формы обучения предусмотрено выполнение контрольной работы. Все виды занятий взаимосвязаны и дополняют друг друга.

Программа дисциплины «Химия» предусматривает изучение студентами следующих блоков тем: Основные понятия и законы химии, Строение вещества, Закономерности протекания химических реакций, Растворы.

Разработанные задачи по химии в области нефтегазового дела вошли в состав учебно-методического информационного комплекса по химии для студентов первого курса очного и заочного обучения, а также включены в учебно-методическое пособие «Химия в нефтегазовом деле. Часть 1. Химия» (авторы Я. В. Денисова и М. Е. Сторожева). Учебно-методическое пособие предназначено для проведения лабораторных занятий, выполнения самостоятельной работы и контроля знаний по основным разделам дисциплины «Химия» для студентов направления 21.03.01 – Нефтегазовое дело очного и заочного обучения. Пособие включает пояснительный текст, задания, контрольные вопросы для каждой темы лабораторных работ. Усвоение материала упрощается наличием в пособии глоссария.

Второй раздел пособия включает описание 10 лабораторных занятий. Выполнение их позволит студентам закрепить теоретический материал, сообщаемый в лекциях. Для выполнения заданий необходимо изучить теорию вопроса и решить ряд задач, предлагаемых преподавателем.

Лабораторное занятие по теме «Чистые вещества и смеси» включает решение задач по определению массы или объема углеводородов месторождений о. Сахалин: «Найти необходимые величины по результатам исследования группового состава нефтей сахалинских месторождений: а) массу (г) асфальтенов в 100 г образца нефти месторождения «Центральная Оха», содержащего 1,8 % примесей; б) массу смол в 250 г образца нефти месторождения «Эхаби», содержащего 13,3 % смол и 56 % примесей; в) массу парафинов в образце нефти месторождения «Восточное Эхаби» массой 500 г, представленное 1,9 % парафинов и 34,5 % примесей» или «Состав природного газа (объемные доли) Южно-Луговского месторождения о. Сахалин: 92,0 % метана, 1,04 % пропана, 0,09 % бутана, 0,02 % пентана, 6,75 % балластных примесей. Какой объем каждого компонента можно получить из 1000 м3 этого газа?».

При изучении химических свойств кислот можно использовать следующий вариант задачи: «С какими из перечисленных ниже веществ будет реагировать соляная кислота при солянокислотном способе обработки призабойной зоны: CaCO3, MgCO3, CaMgCO3, CaSiO3, Al2O3, SiO2. Написать уравнения химических реакции». В продолжение этой темы можно использовать такие задачи как: «Для солянокислотной обработки скважин используют 12% раствор соляной кислоты. Какую массу воды необходимо взять для приготовления 100 л 12% раствора из 68 л 40% раствора соляной кислоты?» или «Какой объем 4% раствора плавиковой кислоты (ρ=1,012 г/мл) необходим для обработки скважины в призабойной зоне, содержащей карбонат кальция, если в результате обработки выделилось 192 л углекислого газа?».

При изучении темы «Электролитическая диссоциация» студенты анализируют следующие задания:

1. Используя сокращённые ионно-молекулярные уравнения реакций написать полные ионно-молекулярные и молекулярные уравнения реакций химических процессов, происходящих при подготовке воды для закачки в пласт:

а) Ca2+ + 2HCO3- + Ca(OH)2

б) Mg2+ + 2HCO3- + Ca(OH)2

в) Fe3+ + Ca(OH)2

г) Fe2+ + Ca(OH)2

2. В результате кислотной обработки плавиковой кислотой призабойной зоны происходит растворение песчаника и глинистого раствора, попавших в поры пласта во время бурения или глушения скважины. Напишите полные ионно-молекулярные и молекулярные уравнения реакций химических процессов.

Окислительно-восстановительные процессы лежат в основе многих производств и процессов (коррозия, электролиз, электрокрекинг, нефтепереработка и др.) [2]. Интерес у студентов вызывают следующие задачи:

1. Для удаления серосодержащих соединений нефти используют процесс гидрирования в присутствии катализатора и температуры 400-420 °С. При этом образуется углеводород и выделяется сероводород. Напишите окислительно-восстановительные реакции гидрирования меркаптанов: а) СН3-SH, б) C2H5-SH, в) C4H9-SH.

2. Получение углеводородов из СО и Н2 носит название синтеза Фишера-Тропша (ФТ-синтез). Напишите две реакции восстановления водородом: 1) углекислого газа до угарного газа; 2) угарного газа до метана.

3. Метан при сжигании в присутствии незначительного количества воздуха в специальных установках образует очень ценный промышленный продукт — газовую сажу, которая применяется в резиновой промышленности. Напишите уравнения химических реакций. Укажите окислитель и восстановитель.

4. Процесс электрокрекинга заключается в том, что метан пропускают через электрическую дугу, где он распадается на ацетилен и водород. Напишите уравнения химических реакций. Укажите окислитель и восстановитель.

5. Синтез-газ применяют для получения метилового спирта. Реакция проводится при температуре 200-260 °С и при давлении 67-100 атм. Напишите уравнения химических реакций. Укажите окислитель и восстановитель.

6. Метан служит сырьём для получения синильной кислоты. Напишите уравнения химических реакций. Укажите окислитель и восстановитель.

Одной из важных и актуальных тем в области нефтегазового дела является «Коррозия и защита от коррозии». Авторы предлагают следующие задачи:

1. Напишите уравнение окислительно-восстановительной реакции, продукт коррозии, образующийся при контакте стальной трубы с диоксидом серы и кислородом. Укажите окислитель и восстановитель.

2. Напишите продукты коррозии железного изделия в среде окислительных газов – кислорода и хлора.

3. Напишите примеры окислительно-восстановительных реакций коррозии металлических изделий из железа, меди, серебра и алюминия в жидких неэлектролитах (в нефти, в сере, в органических веществах).

4. Напишите уравнение окислительно-восстановительной реакции кислородной коррозии железной трубы, пролегающей во влажной почве. Укажите окислитель и восстановитель.

5. Микроорганизмы грунтов значительно ускоряют коррозию. Так, наибольшую опасность представляют сульфатредуцирующие бактерии, развивающиеся в илистых, глинистых и болотистых грунтах. Напишите реакцию восстановления сульфата магния водородом.

6. В результате деятельности сульфат-восстанавливающих бактерий образуется H2S, который хорошо растворяется в нефти и взаимодействует с железом, вызывая его коррозию. Напишите уравнение окислительно-восстановительного процесса.

7. Одним из видов антикоррозионной защиты трубопровода является анодная химзащита. Функцию анода в коррозионной среде выполняет заглубленный магниевый блок. Напишите анодные и катодные реакции. Объясните принципы защиты.

8. Напишите окислительно-восстановительные реакции коррозии подземных трубопроводов: 1) по электрохимическому механизму; 2) в результате действия блуждающим током от источников постоянного тока (например, электросварочных аппаратов, железной дороги на постоянном токе и т.д.); 3) в результате действия блуждающего тока от источников переменного тока;4) в результате коррозионного растрескивания под напряжением (КРН) или стресс-коррозии.

9. Присутствие солей в закачиваемых в пласт водах может стать причиной образования коррозионно-активных компонентов. Так, при взаимодействии сульфата кальция с метаном образуется сероводород. Напишите уравнение химической реакции.

Таким образом, использование профессионально-ориентированных химических задач способствуют формированию у бакалавров соответствующих профессиональных компетенций.

Список литературы

  1. Коршак А.А., Шаммазов A.M. Основы нефтегазового дела [Текст]. – Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2002. – 544 с.
  2. Рябов В.Д. Химия нефти и газа [Текст]. – М.: ИД «Форум», 2009. – 336 с.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail

Отправить статью

...

Форма оплаты

Номер статьи, присвоенный редакцией
Количество страниц в статье
Количество экземпляров журнала
Доставка: РФСНГ
Скидка (%)
Заказать свидетельство о публикации
1. Стоимость публикации каждой страницы статьи составляет 200 рублей.
2. Стоимость каждого экземпляра журнала, включая его печать и доставку, составляет 300 рублей для России и 500 рублей для стран СНГ.
3. Стоимость свидетельства о публикации составляет 100 рублей

Реквизиты для оплаты через банк