1、石油、煤和天然气的综合利用石油、煤和天然气的综合利用 第二单元 课题三 石油主要是由各种石油主要是由各种烷烃、环烷烃烷烃、环烷烃和和环烷烃环烷烃所所 组成的混合物。石油的大部分是液态烃，同组成的混合物。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。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。将含碳原将含碳原 子数较多的烃
2、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 gas LPG 原油原油 石油通过分馏获得的汽油、煤油、柴油等轻质油的产石油通过分馏获得
3、的汽油、煤油、柴油等轻质油的产 量比较低，仅占石油总产量的量比较低，仅占石油总产量的2525左右。但社会需求量左右。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
4、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： 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（
5、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
6、、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。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
7、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“三烯”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 制方法制方法 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 热裂化热裂化 催化裂化催化裂化 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
8、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 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
9、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、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、
10、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
11、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
12、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。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 CHCH4 4H H2
13、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
14、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H H2 2、 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 2nCO2nCOnHnH2 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
15、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
16、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 =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
17、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、2.7mol 283 HCHC 极高温 26383 HHCHC 高温脱氢 2283 HCOOHHC 催化剂 22283 HCOOHC （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）。
