课题3　石油、煤和天然气的综合利用

1、江西省教育信息技术研究“十二五”规划2012年度课题基于网络的高中化学课件库的建设与应用研究（课题编号：GDK-2012-G-72883）,主持人：桂耀荣,第二章 化学与资源开发利用,第三节 石油、煤和天然气的综合利用,第1课时,新课标人教版高中化学课件系列,选修2 化学与技术,教学目标,知识与能力： 1.掌握煤、石油和天然气等综合利用中基本的化学原理。 2.通过调查讨论煤、石油和天然气等综合利用的最新进展。3.了解我国基本化工的生产资源、基本化工产品的主要种类和发展概况。 教学重点、难点： 煤、石油和天然气等综合利用中基本的化学原理。 探究建议： 1.收集资料：海水、煤、石油和天然气等资源的

2、综合利用。 2.绘制图表：石油化工或其他化工的主要原料、过程和产品 3.讨论：资源的循环利用、能源的优化应用、环境的源头治理对可持续发展的意 义。 4.调查当地固体废弃物（如粉煤灰）的回收和利用情况，讨论存在问题的解决途径。 课时划分：一课时,石油、煤和天然气的综合利用,必修2内容： 石油主要是由各种烷烃、环烷烃和环烷烃所组成的混合物。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。,思考与交流,石油炼制目的是什么？ 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。将含碳原子数较多的烃转变为含碳原子

3、数较少的烃作为化工原料，以提高石油的利用价值。,石油和天然气,石油和天然气,汽油 C5C11,煤油 C11C16,柴油 C15C18,常压蒸馏塔,重油 C20以上,减压蒸馏塔,燃料油,沥青,石蜡,润滑油,催化裂化,石油气 C4以下,Liquid petroleum gas,LPG,原油,石油和天然气,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25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。,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、沸点较低的烃的过程

4、。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：,裂化有热裂化和催化裂化。,石油和天然气,热裂化,催化裂化,目的:提高汽油的质量和产量,目的:提高汽油的产量,缺点：温度过高，发生结焦现象,催化剂：硅酸铝，分子筛（铝硅酸盐）,石油和天然气,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，采用比裂化更高的温度（700800，有时甚至高达1000以上），使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。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

5、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。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。,阅读,石油和天然气,裂解,定义：使具有长链分子的烃在700度以上高温时断裂成短链的烃的过程叫裂解,目的：生产短链不饱和烃如工业“三烯”,乙烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志,用途：合成纤维，塑料，橡胶等,总结,石油和天然气,裂化、催化裂化、裂解的对比,归纳,石油和天然气,思考与交流,

6、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的价值。,合成：乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、氯乙烷、聚乙烯等等,学习第40页第一自然段回答：天然气的来源用途。,2、天然气的利用 合成氨所需的氢气、制乙烯 、制甲醇、合成液体燃料、,石油和天然气,石油化工厂的景观,石油和天然气,二、煤的综合利用,无烟煤,泥煤,褐煤,思考与交流,阅读课本40页第二段，说出煤的主要元素，目前煤的综合利用方法。,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复杂混合物,煤的综合利用,1 、煤的干馏 （ ） 的过程

7、叫煤的干馏。是一个（ ）过程 。,把煤隔绝空气加强热使它分解,石油的分馏是物理变化、煤的干馏是化学变化过程。,化学变化,石油的分馏和煤的干馏的区别：,煤的综合利用,煤的综合利用,煤的综合利用,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有效途径，与此同时煤的燃烧效率等也得到提高,2、煤的汽化与液化,煤的综合利用,（1）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。煤汽化的主要化反应是指碳和水蒸气的反应。 C+H2O = COH2 这是一个吸热反应，所需热量一

8、般都由同时进行的碳的燃烧反应来提供。 CO2 =CO2 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。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CO和H2用催化剂合成甲烷。 CO3H2 CH4H2O,煤的综合利用,直接液化是把煤和适当的溶剂混合后，在高温、高压和有催化剂的条件下，使煤与氢气作用生成液体燃料。 间接液化是先把煤转化成一氧化碳和氢气，然后再经过催化合成得到烃类燃料、醇类燃料及化学品等。,(2)液化 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。,煤的综合利用,把煤粉和煤液化过

9、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、氮、氧等原子，生成固-液混合物的油、液化的煤以及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。,煤的综合利用,间接液化的气化-液化法 首先把煤气化为H2、CO和CH4。用催化剂把气态物质转变为液态。 nCO2nH2(CH2)nnH2O 2nCOnH2(CH2)nnCO2 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，煤液化工业的再度兴起是可能的。对我国来说，目前汽油和煤的比价

10、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化还是可以探索的。,煤的综合利用,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)为原料，用化工的方法制造一系列化工原料和燃料的化学。,2 CO =2CO C+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一碳化学,煤化工和天然气化工的发展一碳化学,煤化工和天然气化工的发展一碳化学,科学视野 生物质资源 P42,石油、煤和天然气的综合利用,典型例题,例1：工业上合成氨的原料气之一H2有一

11、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. B. C. D. （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. 2.7mol,C,B,石油、煤和天然气的综合利用,（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,C,石油、煤和天然气的综合利用,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5 mL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）。,石油、煤和天然气的综合利用,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,石油、煤和天然气的综合利用,解析 C8H18裂化时可发生下列分解：C8H18 =C4H10+C4H8 C4H10 =C2H6+C2H4C4H10 =CH4+C3H6设有1 mol C8H18发生上述分解反应。经过反应生1