石油-煤和天然气的综合利用

人教版新课标·必修2·选修507石油、煤和天然气的综合利用第1页，共8页第二章烃和卤代烃第五节石油、煤和天然气的综合利用【三维目标】1．知识与技能（1）使学生了解石油的分馏和煤的干馏及其产品的组成和用途。（2）使学生了解石油的裂化和裂解的原理和目的。（3）使学生了解天然气综合利用的常见方式。2．过程与方法（1）通过石油分馏流程图的展示使学生掌握工业炼制石油的基本流程和方法。（2）通过表格归纳、对比总结的方式使学生了解石油、煤和天然气化工生产的相同点和不同点。（3）通过了解石油、煤和天然气化工生产的过程使学生初步掌握学习化工生产的一般步骤和方法。3．情感、态度和价值观（1）认识三大化石能源在现代社会发展中的作用。（2）使学生建立起持续、合理、环保地使用自然资源的科学能源观。【教学重点】石油的分馏和煤的干馏及其产品组成和用途【教学难点】石油裂化的原理。【教学过程】第1课时石油的用途示意图一、石油的炼制和石油化工1．石油的物理性质石油是古代动植物遗体埋藏于地底下，经过几百万年、非常复杂的物理、生物和化学变化而形成的。地下开采出来的石油是一种黑褐色的黏稠状液体（溶有少量气态和固态物质），常有绿色或蓝色荧光，比水稍轻，不溶于水，有特殊气味，无固定沸点。2．石油的成分(1)元素组成：主要含C和H（质量分数达97%～98%），还含少量S、O、N等元素。人教版新课标·必修2·选修507石油、煤和天然气的综合利用第2页，共8页(2)物质组成：石油的化学成分随产地不同而不同。一般石油含各种烷烃、环烷烃和芳香烃，不含烯烃。(3)状态组成：大部分是液态烃，同时在液态烃里溶有气态烃和固态烃。3．实验室蒸馏石油(1)装置：(2)原理：利用原油中各种成分沸点的不同，采用加热蒸发、冷凝液化的方法把不同沸点范围的成分分离成各种馏分的方法。(3)注意：①装置的组装顺序：自下而上，从左到右。②蒸馏烧瓶下应垫石棉网使之受热均匀，蒸馏烧瓶内应加碎瓷片（或沸石）防暴沸。③温度计水银球位置：水银球应与蒸馏烧瓶支管口相平齐。④冷凝水进出原则：低进高出。⑤实验开始，先通冷凝水后点燃酒精灯；实验结束，先灭酒精灯后停通冷凝水。4．石油的炼制开采出来的未经加工的石油叫做原油，不能直接利用。要经过一系列的加工处理后才能得到适合不同需要的各种成品，如汽油、柴油等，这个过程叫做石油的炼制。石油炼制的目的是将混合物进行一定程度的分离，使之物尽其用，另一方面，将含碳原子较多的烃转变为含碳原子较少的烃，做为基础有机化工原料。原油含水和无机盐类。含水多，在炼制时要浪费燃料，含盐多会腐蚀设备。所以，原油必须先经脱水、脱盐等处理过程才能进行炼制。石油的炼制分为：石油的分馏、裂化和裂解、重整三种方法。(1)石油的分馏人教版新课标·必修2·选修507石油、煤和天然气的综合利用第3页，共8页(2)裂化和裂解①裂化：通过分馏得到的汽油、煤油、柴油等轻质油仅占石油总产量的25%，还不能满足社会需求。为了获得更多的轻质油，特别是提高汽油的产量，常采用裂化的方法，在一定条件下，将分子量较大、沸点较高的烃分解为分子量较小、沸点较低的烃，这个过程叫做裂化。裂化过程举例：1634818816CHCH+CH¾¾¾¾®催化加、加十六烷辛烷辛烯剂热压按此原理，辛烷能继续裂化：Δ81841048Δ410436Δ4102624CHCH+CHCHCH+CHCHCH+CH¾¾®¾¾®¾¾®辛烷丁烷丁烯丁烷甲烷丙烯丁烷乙烷乙烯②裂解：为了获得有机化工的基本原料，石油化工生产中，以比裂化更高的温度（700～1000℃）将石油分馏产物进一步裂解（深度裂化），使长链烃断裂成乙烯、丙烯、丁烯等短链烃的过程。裂解过程举例：700900C61442232CHCH+CHCH+CHCHCH(15%)(40%)(20%)(25%)°====+¾¾¾¾®:其他己烷甲烷乙烯丙烯(3)催化重整所谓“重整”就是把汽油里直链烃类的分子的结构“重新进行调整”，使它们转化为芳香烃或具有支链的烷烃异构体。目的是提高汽油质量和获得芳香烃。重整需特定的催化剂：一般选用铂（Pt）或铼（Re），故称铂重整或铼重整或铂铼重整。人教版新课标·必修2·选修507石油、煤和天然气的综合利用第4页，共8页(4)对比小结分类原理原料目的变化主要产品常压分馏原油石油气、汽油、煤油、柴油、重油分馏减压分馏用蒸发和冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物重油得到不同沸点范围的馏分物理变化柴油、润滑油、石蜡、燃料油、沥青热裂化裂化催化裂化在一定条件下，把分子量大、沸点高的烃断裂为分子量小沸点低的烃重油、石油分馏产物提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量化学变化裂化汽油裂解深度裂化在高温下，把长链分子的烃断裂为各种短链的气态烃和液态烃石油分馏产物获得短链不饱和烃化学变化乙烯、丙烯、丁烯重整铂重整铼重整把汽油里直链烃类的分子的结构重新调整，使它们转化为芳香烃或具有支链的烷烃异构体直溜汽油提高汽油质量和获得芳香烃化学变化高质量汽油、芳香烃二、天然气的利用1．天然气的成分天然气（naturalgas）又称油田气、石油气、石油伴生气。天然气的化学组成及其理化特性因地而异，主要成分是甲烷，还含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等。无硫化氢时为无色无臭易燃易爆气体，密度多在0.6～0.8g/cm3，比空气轻。通常将含甲烷高于90%的称为干气，含甲烷低于90%的称为湿气。2．天然气的主要用途用作燃料；制造炭黑、合成氨、制乙烯、甲醇和其他许多有机化合物。3．天然气化工以天然气为原料的化学工业简称天然气化工。其主要内容有：①天然气制碳黑，如42CHC2H+¾¾¾®高温；②天然气提取氦气；③天然气制氢，如4222CH2HOCO4H++¾¾¾®高温；④天然气制氨（合成氨）；⑤天然气制甲醇，如42223CHHOCO3HCO2HCHOH+++¾¾¾®¾¾¾®高高，温压；⑥天然气制乙烯、乙炔、四氯化碳、硝基甲烷、二硫化碳、硫磺等。42422CHCH+2H¾¾¾®高温1500C422CHHCCH3H¾¾¾¾®+ºo以上隔绝空气（深度裂解）人教版新课标·必修2·选修507石油、煤和天然气的综合利用第5页，共8页第2课时三、煤的综合利用1．煤的分类和组成(1)分类：85%~95%70~85%50~70%50%ìïïíïïî煤：含碳量左右煤：含碳量褐煤：含碳量泥煤：含碳量无烟烟约(2)组成：煤除主要含碳外，还含少量的S、P、H、O、N等元素以及无机矿物质（主要含Si、Al、Ca、Fe）。因此，煤是由有机物和无机物所组成的复杂的混和物。2．煤的干馏(1)定义：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程，叫做煤的干馏（也叫煤的焦化）。(2)实验：注意：①加热一会儿，用火柴点燃导管尖嘴处有何现象？说明什么？尖嘴处有淡蓝色火焰燃烧；说明产生了可燃气体。②用酚酞试纸检验U形管内上层无色液体有何现象发生？说明有何物质生成？使酚酞试纸变红说明其中溶有碱性物质——氨。③玻璃管中的烟煤粉最后变成什么颜色？它是什么物质？烟煤粉最后变成黑灰色固体物质，这是焦炭。④U形管底部还有什么液体积聚？U形管底部还有一种黑褐色粘稠的油状物生成，这是煤焦油。(3)煤干馏的产品及用途人教版新课标·必修2·选修507石油、煤和天然气的综合利用第6页，共8页3．煤的气化(1)定义：煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。(2)气化条件：煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。(3)气化反应：2222222C+O2COC+HO(g)CO+HCO+HO(g)CO+H燃高高点温温(4)煤气的成分及用途4．煤的液化(1)定义：把煤转化成液体燃料的过程，煤的液化分直接液化和间接液化。(2)类型①直接液化：把煤炭制成煤浆，然后在高温、高压和催化剂条件下，使煤与氢气作用生成液态碳氢化合物，即“合成石油”。主要产品有优质汽油、柴油、芳香烃和其他化工原料。副产品有液化石油气、硫黄和氨气等。②间接液化：把煤炭在高温下与水蒸气作用气化，产生合成气CO、H2等，然后合成气通过催化合成得到性能优良的液态烃类、醇类等。优点：操作条件温和，几乎不依赖于煤的种类，关键是选择合适催化剂。缺点：投资及运行成本过高，不利用工业化生产。煤煤气化粗煤气净化合成产品回收、分离产品精制、改质H2SCO2H2+CO2(合成气)重整CH4O2H2O(g)O2H2O(g)液化石油气乙烯汽油柴油燃料油其他化学品煤油煤的间接液化典型流程人教版新课标·必修2·选修507石油、煤和天然气的综合利用第7页，共8页(3)前景：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。5．对比小结煤的液化煤的干馏煤的气化直接液化间接液化原理将煤隔绝空气加强热使其分解把煤中的有机物转化为可燃性气体高温、高压下，与溶剂混合，使煤与H2作用生成液体燃料把煤气化成CO和H2，经催化合成液体燃料（CH3OH等）产品焦炭、煤焦油、焦炉气、出炉煤气低热值气：CO、H2、N2、中热值气：CO、H2、少量CH4高热值气：CH4优质汽油、柴油、芳香烃和副产燃料气、液化石油气等合成汽油、甲醇等液体燃料四、煤化工和天然气化工的发展——一碳化学1．定义：一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物如CO、CH4、CH3OH等为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。CO是从煤的气化或合成气得到的，而CH4是天然气的主要成分，所以也可以说，一碳化工就是新一代的煤化工和天然气化工。2．煤气化的主要反应式2222222C+O2COC+HO(g)CO+HCO+HO(g)CO+H燃高高点温温天然气重整：422CH+HO(g)CO+3H高温3．合成气化学：大量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，这就组成了所谓的合成气化学。由CH4、、CH3OH等含一个碳原子，通过催化反应直接生成新的化合物，叫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。232242CO+2HCHOH====2CO+4HCH+2HO====人教版新课标·必修2·选修507石油、煤和天然气的综合利用第8页，共8页4．几组易混淆概念的比较(1)工业三馏蒸馏——将液态物质加热到沸腾变为蒸气，又将蒸气冷凝为液体的联合操作过程。用蒸馏方法分离混合组分时要求被分离组分的沸点差在30℃以上才能达到有效分离或提纯的目的。蒸馏是分离和提线液态有机物常用方法之一；也可用来测量液态物质的沸点（常量法）。分馏——装置上比蒸馏多一个分馏柱，在分馏柱内反复进行蒸汽冷凝回流过程，相当于是多次的简单蒸馏，最终在分馏柱顶部出来的蒸气为高纯度的低沸点组分，这样能把沸点相差较小的混合组分有效的分离或提纯出来。蒸馏和分馏都是利用相同的物理原理分离混合物的一种物理分离方法。干馏——对煤强热分解得到新产物，为化学变化。(2)煤炭、木炭、焦炭：煤是以碳为主的复杂有机物和无机物的混合物，而木炭、焦炭的成分就是碳单质，所以木炭、焦炭易于燃烧，而煤一般相对不易燃烧。(3)天然气——天然气是一种化石燃料，它蕴藏在地层内，从气井上开采的可燃性气体，其主要成分是CH4、C2H6、C3H8等小分子烷烃，主要是CH4，它既是一种重要能源，又是一种重要的工业资源。焦炉气——焦炉气是煤干馏所得产物之一，其主要成分是H2、CH4、CO、C2H4等，它也是重要的气体燃料和化工原料。石油气——原油分馏所得4C以下烷烃及常压分馏产品经裂化而得到的4C以下烷烃、烯烃的混合气体。该气体经加压液化就得到液化石油气，其主要成分为丙烷、丁烷、丙烯、丁烯。裂解气——石油裂解所得的气体，