课题3石油、煤和天然气的综合利用

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1、课题课题3 3 石油、煤和天然气的综合利用石油、煤和天然气的综合利用 必修必修2 2内容：内容： 石油主要是由各种石油主要是由各种烷烃、环烷烷烃、环烷烃烃和和环烷烃环烷烃所组成的混合物。石油的大部分所组成的混合物。石油的大部分是液态烃，同时在液态烃里溶有少量的气态是液态烃，同时在液态烃里溶有少量的气态烃和固态烃。石油主要含有碳和氢两种元素，烃和固态烃。石油主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元素同时还含有少量的硫、氧、氮等元素。 一方面是将石油中的混合物进行一定程度一方面是将石油中的混合物进行一定程度的分离使它们物尽其用；另一方面。的分离使它们物尽其用；另一方面。将含碳原将含碳

2、原子数较多的烃转变为含碳原子数较少的烃作为子数较多的烃转变为含碳原子数较少的烃作为化工原料，以提高石油的利用价值。化工原料，以提高石油的利用价值。汽油汽油 C5C11煤油煤油 C11C16柴油柴油 C15C18常压蒸馏塔常压蒸馏塔重油重油 C20以上以上减压蒸馏塔减压蒸馏塔燃料油燃料油沥青沥青石蜡石蜡润滑油润滑油燃料油燃料油石蜡石蜡润滑油润滑油燃料油燃料油石蜡石蜡润滑油润滑油催化裂化催化裂化石油气石油气 C4以下以下Liquid petroleum gasLPG原油原油 石油通过分馏获得的汽油、煤油、柴油等轻质油石油通过分馏获得的汽油、煤油、柴油等轻质油的产量比较低，仅占石油总产量的的产量比较

3、低，仅占石油总产量的2525左右。但社会需左右。但社会需求量大的正是这些轻质油，为了提高轻质油的产量，特求量大的正是这些轻质油，为了提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量，还可以采用裂化的方法从重油中别是提高汽油的产量，还可以采用裂化的方法从重油中获取轻质油获取轻质油。 裂化就是在一定的条件下，将相对分子质量较裂化就是在一定的条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程。点较低的烃的过程。例如，在加热、加压和催化例如，在加热、加压和催化剂存在的条件下，十六烷裂化为辛烷和辛烯：剂存在的条件下，十六烷裂化为辛烷和辛烯：

4、裂化有裂化有热裂化热裂化和和催化裂化催化裂化。热裂化热裂化催化裂化催化裂化目的目的:提高汽油的质量和产量提高汽油的质量和产量目的目的:提高汽油的产量提高汽油的产量缺点：温度过高，发生结焦现象缺点：温度过高，发生结焦现象催化剂：硅酸铝，分子筛催化剂：硅酸铝，分子筛（铝硅酸盐）（铝硅酸盐）实验实验 为获得有机化工的基本原料。在石油化工生产过程里，为获得有机化工的基本原料。在石油化工生产过程里，常用石油分馏产品（包括石油气）作原料，常用石油分馏产品（包括石油气）作原料，采用比裂化更采用比裂化更高的温度（高的温度（700800，有时甚至高达，有时甚至高达1000以上），使以上），使具有长链分子的烃断裂

5、成各种短链的气态烃和少量液态烃，具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃，以提供有机化工原料。工业上把这种方法叫做石油的裂解。以提供有机化工原料。工业上把这种方法叫做石油的裂解。所以说裂解就是深度裂化，以获得短链不饱和烃为主要成所以说裂解就是深度裂化，以获得短链不饱和烃为主要成分的石油加工过程。石油裂解的化学过程是比较复杂的，分的石油加工过程。石油裂解的化学过程是比较复杂的，生成的裂解气是一种复杂的混合气体，它除了主要含有乙生成的裂解气是一种复杂的混合气体，它除了主要含有乙烯、丙烯、丁二烯等不饱和烃外，还含有甲烷、乙烷、氢烯、丙烯、丁二烯等不饱和烃外，还含有甲烷、乙烷、氢气、硫化氢等

6、。裂解气里烯烃含量比较高。因此，常把乙气、硫化氢等。裂解气里烯烃含量比较高。因此，常把乙烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志。把裂解产物烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志。把裂解产物进行分离，就可以得到所需的多种原料。这些原料在合成进行分离，就可以得到所需的多种原料。这些原料在合成纤维工业、塑料工业、橡胶工业等方面得到广泛应用。纤维工业、塑料工业、橡胶工业等方面得到广泛应用。裂解裂解定义：定义：使具有长链分子的烃在使具有长链分子的烃在700度以度以上高温时断裂成短链的烃的过程叫裂解上高温时断裂成短链的烃的过程叫裂解目的：目的：生产短链不饱和烃如工业生产短链不饱和烃如工业“三烯三烯”乙烯的

7、产量作为衡量石油化工发展水乙烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志平的标志用途：用途：合成纤维，塑料，橡胶等合成纤维，塑料，橡胶等裂化、催化裂化、裂解的对比裂化、催化裂化、裂解的对比石油的炼石油的炼 制制方法方法分馏分馏裂化裂化石油的裂解石油的裂解常压常压 减压减压热裂热裂化化催化催化裂化裂化原理原理用蒸发冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物在加热或催化剂存在的条件下，把相对分子质量大，沸点高的烃断裂成相对分子质量小，沸点低的烃在高温下，把石油产品中具有长链分子的烃断裂 成为各种短链的气态烃或液态烃。主要原料主要原料原油重油重油含直链烷烃的石油 分馏产品（含石油气）主要产品主要产品溶剂油

8、汽油煤油柴油重油润滑油凡士林石蜡沥青石油焦抗震性能好的气油和甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯等乙烯、丙烯、丁二烯 结合在必修化学所学内容，与同学交流：以乙结合在必修化学所学内容，与同学交流：以乙烯为原料合成那些产品：体会乙烯在工业合成中烯为原料合成那些产品：体会乙烯在工业合成中的价值。的价值。合成：乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、氯乙烷、聚乙烯等等合成：乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、氯乙烷、聚乙烯等等学习第学习第40页第一自然段回答：天然气的来源用途。页第一自然段回答：天然气的来源用途。2 2、天然气的利用、天然气的利用合成氨所需的氢气、制乙烯合成氨所需的氢气、制乙烯、制甲醇、合成液体燃料、制甲醇

9、、合成液体燃料、石油化工厂的景观无无烟烟煤煤泥煤泥煤褐褐煤煤 阅读课本阅读课本4040页第二段，说页第二段，说出煤的主要元素，目前煤的出煤的主要元素，目前煤的综合利用方法。综合利用方法。 煤除了主要含碳外还含有少量的煤除了主要含碳外还含有少量的S、P、N、H、O等元素以及无机等元素以及无机矿物质（主要有硅、铝、钙、铁等矿物质（主要有硅、铝、钙、铁等元素）煤是有机物和无机物组成的元素）煤是有机物和无机物组成的复杂混合物复杂混合物 1 、煤的干馏、煤的干馏（ ） 的过程的过程叫煤的干馏。是一个（叫煤的干馏。是一个（ ）过程）过程 。把煤隔绝空气加强热使它分解把煤隔绝空气加强热使它分解 石油的分馏是

10、物理变化、煤的干馏是化石油的分馏是物理变化、煤的干馏是化学变化过程学变化过程。化学变化化学变化石油的分馏和煤的干馏的区别：石油的分馏和煤的干馏的区别： 为了预防或减少煤燃料对环境和人体健康带来为了预防或减少煤燃料对环境和人体健康带来的危害，近二三十年来，世界各国大力开展了对煤的危害，近二三十年来，世界各国大力开展了对煤利用新技术的研究，其中主要包括对煤的液化和汽利用新技术的研究，其中主要包括对煤的液化和汽化技术。煤的汽化和液化就是使煤变成清洁能源的化技术。煤的汽化和液化就是使煤变成清洁能源的有效途径，与此同时煤的燃烧效率等也得到提高有效途径，与此同时煤的燃烧效率等也得到提高 2 2、煤的汽化与

11、液化、煤的汽化与液化（1 1）汽化）汽化 煤的汽化就是将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。煤的汽化就是将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。煤汽化的主要化反应是指碳和水蒸气的反应。煤汽化的主要化反应是指碳和水蒸气的反应。 C+HC+H2 2O = COO = COH H2 2 这是一个吸热反应，所需热量一般都由同时进行的碳的这是一个吸热反应，所需热量一般都由同时进行的碳的燃烧反应来提供。燃烧反应来提供。 C CO O2 2 =CO =CO2 2 碳燃烧时可以使用空气，也可以使用氧气，但得到的煤碳燃烧时可以使用空气，也可以使用氧气，但得到的煤气成分、热值及用途都不同，分别叫低热值气和中热值气。

12、气成分、热值及用途都不同，分别叫低热值气和中热值气。中热值气在适当催化剂的作用下，又可以转变成高热值气。中热值气在适当催化剂的作用下，又可以转变成高热值气。即把中热值煤气里的即把中热值煤气里的COCO和和H H2 2用催化剂合成甲烷。用催化剂合成甲烷。 COCO3H3H2 2 CH CH4 4H H2 2O O 把煤粉和煤液化过程中产生的油跟氢气混合，在高把煤粉和煤液化过程中产生的油跟氢气混合，在高温下经催化剂催化，进行加氢解聚反应，同时脱去硫、温下经催化剂催化，进行加氢解聚反应，同时脱去硫、氮、氧等原子，生成固氮、氧等原子，生成固- -液混合物的油、液化的煤以及液混合物的油、液化的煤以及含有

13、未液化的煤和炭等固态物质。经过分离可以得到油，含有未液化的煤和炭等固态物质。经过分离可以得到油，成为低氢、低硫的重质液体燃料。成为低氢、低硫的重质液体燃料。 (2)(2)液化液化 煤的液化是将煤转化为液体燃料的过程。煤的煤的液化是将煤转化为液体燃料的过程。煤的液化可以分为直接和间接两个途径。液化可以分为直接和间接两个途径。 间接液化的气化间接液化的气化- -液化法液化法 首先把煤气化为首先把煤气化为H2H2、COCO和和CH4CH4。用催化剂把气态物质转变为液态。用催化剂把气态物质转变为液态。 nCOnCO2nH2nH2 2(CH(CH2 2)n)nnHnH2 2O O 2nCO 2nCOnH

14、nH2 2(CH(CH2 2)n)nnCOnCO2 2 煤的液化是否能得到发展，决定于石油是否能煤的液化是否能得到发展，决定于石油是否能满足不断增长的需要、煤跟石油的比价以及煤的满足不断增长的需要、煤跟石油的比价以及煤的液化技术的成熟程度。从世界范围来看，由于石液化技术的成熟程度。从世界范围来看，由于石油价格的增长，液化技术的日臻成熟，煤液化工油价格的增长，液化技术的日臻成熟，煤液化工业的再度兴起是可能的。对我国来说，目前汽油业的再度兴起是可能的。对我国来说，目前汽油和煤的比价比国外更有利于发展以合成高级汽油和煤的比价比国外更有利于发展以合成高级汽油为主要目的的煤的液化。在有煤地区发展煤的液为

15、主要目的的煤的液化。在有煤地区发展煤的液化还是可以探索的。化还是可以探索的。碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物如碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等) )为原料，为原料，用化工的方法制造一系列化工原料和燃料的化学。用化工的方法制造一系列化工原料和燃料的化学。 2 CO =2COC+H2O = COH2 CO+H2O = CO2H2 高温条件，天然气重整： CH4H2O = CO3H2煤汽化的主要反应：三、煤化工和天然气化工的发展三、煤化工和天然气化工的发展碳化学碳化学 大量的化工产品可以以合成气作为起始原料。使用不大量

16、的化工产品可以以合成气作为起始原料。使用不同的催化剂，可以从合成气制出不同的有机化合物产物，同的催化剂，可以从合成气制出不同的有机化合物产物，这就组成了所谓的合成气化学。由这就组成了所谓的合成气化学。由CH4CH4、CH3OHCH3OH等含一个碳等含一个碳原子的分子，也可以通过催化反应直接生成新的化合物。原子的分子，也可以通过催化反应直接生成新的化合物。这就形成了所谓的甲烷化学和甲醇化学，它们都是由一系这就形成了所谓的甲烷化学和甲醇化学，它们都是由一系列典型的化学合成反应所组成的。列典型的化学合成反应所组成的。由CO加氢合成一系列化合物的化学称合成气化学 由甲烷直接合成的称甲烷化学 由甲醇为原

17、料合成一系列下游产品的为甲醇化学 典型例题 例1：工业上合成氨的原料气之一H2有一种来源是取自石油气，如丙烷。 （1）有人设计了以下反应途径（假设反应都能进行），你认为最合理的是 A、 D、 B、 C、 （2）按照所选反应途径，理论上用1mol丙烷最多可制得氨 A、4mol B、4.7mol C、10mol D、2.7mol283HCHC 极高温26383HHCHC高温脱氢2283HCOOHHC催化剂22283HCOOHC （3）所选反应途径最显著的特点是 A、简单易行 B、所得H2纯度高 C、所得H2产量高 D、可获得大量热能例2：如何用化学方法检验一瓶裂化汽油里是否含有甲苯、二甲苯等芳香烃？写出实验步骤。取约5ml汽油，滴加溴水至溴水不褪色为止，再加入适量NaOH溶液除去剩余Br2，分液。取油层液体，滴加酸性KMnO4稀溶液，振荡。若KMnO4溶液褪色，则说明含有苯的同系物（甲苯、二甲苯）。 例3： C8H18在一定条件下受热裂化，可生成CH4、C2H6、C2H4、C3H6、C4H8五种混合气体，此混合气体的平均分子量为 A、14 B、57 C、38 D、无定值 作业作业 P45 8P45 8、9 9再再 见见