Химия горючих ископаемых

Кафедра «Геология и геохимия горючих ископаемых»

Аннотация

Во введении в историческом плане рассмотрено использование горючих ископаемых человеком, возникновение науки органическая геохимия, место органической геохимии в ряду других направлений геологии и геохимии, развитие аналитических методов исследования свойств и состава горючих ископаемых, предмет, методы и основные задачи курса «Химия горючих ископаемых», основные современные проблемы геохимии горючих ископаемых: генетические, поисковые, классификационные, терминологические и т.д.

В основной части охарактеризованы строение атомов, основные свойства, изотопия, распространение в земной коре органогенных элементов – углерода, кислорода, водорода, серы, азота – основы живого вещества и горючих ископаемых, круговорот углерода в природе и  место горючих ископаемых в нем, состав живого вещества основных биопродуцентов – высшей растительности, бактерий, фито- и зоопланктона, прослежена связь молекулярного состава живого вещества с составом каустобиолитов – хемофоссилии и их предшественники. Подробно рассматриваются свойства и состав нефти, нафтидов, нафтоидов, природного газа и твердых горючих ископаемых на разных аналитических уровнях – от элементного до молекулярного, а также представления о методах их исследования.  Рассмотрены вещественные и генетические классификации каустобиолитов.

Лекционный курс иллюстрирован лабораторными занятиями, знакомящими с методами изучения свойств и состава горючих ископаемых и способами интерпретации аналитических данных.

Цели освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Химия горючих ископаемых» являются теоретическое ознакомление с составом вещества природных газов, нефтей, каменных углей, их предшественников в биосфере и продуктов изменения в различных обстановках земных недр. Освоение дисциплины направлено на приобретение знаний освойствах и составе каустобиолитов – основных источников энергетического сырья. Информация о веществе, возможных способах его образования и оценка его значимости необходима для понимания, с одной стороны, фундаментальных проблем генезиса и формирования скоплений горючих ископаемых, а с другой, использования данных о составе для решения конкретных задач поиска, разведки и рациональной эксплуатации промышленных залежей. Правильное понимание геохимических процессов образования ОВ горючих ископаемых и преобразования его на всех стадиях литогенеза невозможно без знания молекулярного состава живого вещества, органического вещества современных и древних отложений, а также состава самих горючих ископаемых.

Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины «Химия горючих ископаемых»  составляет 4 зачетных единиц или 144 часов: 48 часов лекции, 24 практические занятия, 72 самостоятельная работа.

№ п/п

Раздел

дисциплины

Семестр

Неделя семестра

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам

Лекции Практические занятия Семинары. Самостоятельная работа студ.
1. Введение 3 1 2 1
2. БИОСФЕРА, РОЛЬ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА В ФОРМИРОВАНИИ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ 3 1-2 6 4 Контрольная Реферат, Доклад
3. ОРГАНОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ 3 3 4 2 Контрольная Собеседование
4. СОСТАВ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА 3 4 4 4 Контрольная Собеседование
5. СОСТАВ И СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ 3 5 2 2 3 Прием практических задач. Собеседование
6. СОСТАВ И СВОЙСТВА НЕФТЕЙ 3 6-10 16 16 11 Прием практических задач. Собеседование
7. НАФТИДЫ И НАФТОИДЫ 3 12 2 2 3 Прием практических заданий. Собеседование
8. ТВЕРДЫЕ ГОРЮЧИЕ ИСКОПАЕМЫЕ 3 13-15 8 4 5 Контрольная Прием практических заданий. Собеседование
9. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ВЕЩЕСТВЕННЫХ И ГЕНЕТИЧЕСКИХ КЛАССИФИКАЦИЙ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ. 3 16 4 3 Собеседование
10. Промежуточная аттестация 3-й семестр 3 17 36 Зачет Экзамен

Рекомендуемые образовательные технологии

При реализации программы дисциплины «Химия горючих ископаемых»   используются различные образовательные технологии – аудиторные занятий проводятся в виде лекций (48 часов) с презентациями с использованием  компьютера и компьютерного проектора и  практических занятий, которые проводятся в химической лаборатории кафедры Геологии и геохимии горючих ископаемых, где студенты под руководством преподавателя исследуют разными аналитическими методами состав и свойства природного газа, нефти, угля (24 часа). Самостоятельная работа студентов подразумевает работу под руководством преподавателей (консультации и помощь в подготовки к сдаче теоретических основ методов исследования горючих ископаемых, подготовки к контрольным (42 часа) и индивидуальную работу студента в компьютерном классе кафедры Геологии и геохимии горючих ископаемых и библиотеке (30 часов).

Рекомендуемые задачи практических лабораторных занятий

Задача №1 Определение фракционного состава нефти (фракционная разгонка нефти)
Задача №2 Определение показателя преломления нефтяных фракций
Задача №3 Определение плотности нефти и нефтяных фракций
Задача №4 Определение молекулярной массы нефти и нефтяных фракций
Задача №5 Определение температуры застывания (потери текучести) нефти
Задача №6 Определение содержания серы в нефти
Задача №7 Определение группового состава нефти методом жидкостно-адсорбционной хроматографии
Задача №8 Групповой состав углеводородов бензиновых фракций
Задача №9 Структурно-групповой анализ нефтяных фракций
Задача №10 Анализ бензиновых фракций нефти методом газожидкостной хроматографии
Задача №11 Анализ средней части нефти методом газожидкостной хроматографии
Задача №12 Анализ газов методом газовой хроматографии
Задача №13 Хромато-масс-спектрометрический анализ нефти
Задача №14 Технический анализ угля
Задача №15 Химический анализ угля

Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

Примерные темы рефератов по разделам дисциплины

Введение (история возникновения направления – органическая геохимия) Биосфера (роль живого вещества в образовании горючих ископаемых),Состав и свойства горючих ископаемых (свойства и состав нефти природного газа и угля на разных аналитических уровнях):

1. История формирования направлений органическая геохимия, нефтяная геохимия и этапы развития.
2. История изучения твердых горючих ископаемых.
3. Роль живого вещества в генерации нефти и угля
4. Место горючих ископаемых в круговороте углерода
5. Изменения и вариации основных физико-химических характеристик нефти
6. Плотность нефти – величина аддитивная
7. Методы исследования состава нефти и природного газа.
8. Принципы классификаций горючих ископаемых
9. Молекулярные фоссилии – биомаркеры
10. Полициклические нафтеновые углеводороды нефти

Контрольные вопросы и задания для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

В течение преподавания курса «Химия горючих ископаемых» в качестве форм текущего контроля успеваемости студентов используются такие формы, как заслушивание и оценка доклада по теме реферата, контрольные работы по темам лекций с оценкой, собеседование при приеме результатов лабораторных практических работ с оценкой. По итогам выполнения и сдачи практических работ проводится зачет, а по итогам обучения во время зимней экзаменационной сессии проводится экзамен, на который выделяется 36 часов.

Контрольные вопросы и задания

1. Органогенные элементы – углерод, водород, сера, кислород и азот.
2. Место горючих ископаемых в круговороте углерода в природе
3. Основные физическо-химические параметры свойств и состава нефти
4. Основные классы углеводородов нефти
5. Молекулярный состав природного газа
6. Хемофоссилии и их связь с горючими ископаемыми
7. Гетероатомные соединения нефти и газа.
8. Процесс карбонизации угля
9. Гумусовые и сапропелевые угли
10. Классификация нефти по составу алканов

Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

а) основная литература:
1. Камнева А.И., Платонов В.В. Теоретические основы химической технологии горючих ископаемых. М.: Химия, 1990.
2. Камьянов В.Ф., Аксенов В.С., Титов В.И. Гетероатомные компоненты нефтей. Новосибирск: Наука, 1983.
3. Перельман А.И. Геохимия элементов в зоне гипергенеза. М.: Недра, 1972.
4. Петров Ал.А. Углеводороды нефти. М.: Недра, 1984.
5. Русьянова Н.Д. Углехимия. М.: Наука, 2003.
6. Соболева Е.В., Гусева А.Н., Химия горючих ископаемых. М.: МГУ, 2010.
7. Соболева Е.В., Гусева А.Н., Практикум но геохимии горючих ископаемых. М.: МГУ, 2004.
8. Тиссо Б., Вельте Д. Образование и распространение нефти. М.: Мир,1981.
9. Peters K.E., Walters C.C., and Moldowan J.M. The biomarker guide. Second edition. Cambridge University Press, 2005.
10. Stephen D Killops, Vanessa J Killops. An Introduction to Organic Geochemistry, Longran Group UK Ltd, 1993.

б) дополнительная литература
Биологический энциклопедический словарь. М., «Советская энциклопедия», 1989.
Гюльмалиев А.М., Головин Г.С., Гагарин С.Г. Классификация горючих ископаемых по структурно-химическим показателям и основные пути использования ископаемых углей. М.: ООО «НТК «Трек», 2007.
Забродина М.Н., Арефьев О.А., Макушина В.М., Петров Ал.А. Химические типы нефтей и превращение нефтей в природе. Нефтехимия, т. ХУШ, №2, 1978.
Калинко М.К. Геология и геохимия нафтидов. М.: Недра, 1987.
Сафиева Р.З. Физикохимия нефти. М.: Химия, 1998.
Сауков А.А. Геохимия. М.: Наука, 1975.
ТугариноА.И. Общая геохимия. М.: Атомиздв ат, 1973.
Муратов В.Н. Геология каустобиолитов. М.: Высшая школа, 1970.
Современные методы исследования нефтей. Справочно-методическое пособие. /Под ред. А.И.Богомолова и др./. Л.: Недра, 1984.
Соколов В.А., Бестужев М.А., Тихомолова Т.В. Химический состав нефтей и природных газов в связи с их происхождением. М.: Недра, 1972
Хант Дж. Геохимия и геология нефти и газа. М.: Мир, 1982.

Материально-техническое обеспечение дисциплины

Для материально-технического обеспечения дисциплины «Химия горючих ископаемых» используются: аналитические приборы геохимической лаборатории кафедры Геологии и геохимии горючих ископаемых, компьютерный класс кафедры Геологии и геохимии горючих ископаемых, специализированная аудитория с ПК и компьютерным проектором и библиотека Геологического факультета МГУ.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПООП ВПО по направлению Геология 020300 и профилю подготовки Геология и геохимия горючих ископаемых.

Разработчик

МГУ имени М.В.Ломоносова, Геологический факультет, кафедра геологии и геохимии горючих  ископаемых.

Доцент Е.В.Соболева