化学石油煤和天然气的综合利用新人教版选修用.ppt

2.3石油、煤和天然气的综合利用1-教学目教学目标标v知知识识与能力与能力v1.掌握煤、石油和天然气等综合利用中基本的化学原理。v2.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、教学重点、难难点：点：v煤、石油和天然气等综合利用中基本的化学原理。v探究建探究建议议：v1.收集资料：海水、煤、石油和天然气等资源的综合利用。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。v课时课时划分划分：一课时2-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烷烃、环烷烃环烷烃和和环烷烃环烷烃所所组组成的混合物。石油的大部分是液成的混合物。石油的大部分是液态烃态烃，同，同时时在液在液态烃态烃里溶有少量的气里溶有少量的气态烃态烃和固和固态烃态烃。石油主要含有碳和。石油主要含有碳和氢氢两种两种元素，同元素，同时还时还含有少量的硫、氧、氮等元素含有少量的硫、氧、氮等元素。石油石油炼炼制目的是什么？制目的是什么？一方面是将石油中的混合物一方面是将石油中的混合物进进行一定程度的分离使行一定程度的分离使它它们们物尽其用；另一方面。物尽其用；另一方面。将含碳原子数将含碳原子数较较多的多的烃转烃转变为变为含碳原子数含碳原子数较较少的少的烃烃作作为为化工原料，以提高石油化工原料，以提高石油的利用价的利用价值值。3-4-汽油汽油C5C11煤油煤油C11C16柴油柴油C15C18常常压压蒸蒸馏馏塔塔重油重油C20以上以上减减压压蒸蒸馏馏塔塔燃料油燃料油沥沥青青石蜡石蜡润润滑油滑油燃料油燃料油石蜡石蜡润润滑油滑油燃料油燃料油石蜡石蜡润润滑油滑油催催化化裂裂化化石油气石油气C4以下以下LiquidpetroleumgasLPG原油原油5-石油通石油通过过分分馏获馏获得的汽油、煤油、柴油等得的汽油、煤油、柴油等轻质轻质油的油的产产量比量比较较低，低，仅仅占石油占石油总产总产量的量的2525左右。但社会需求量大的正是左右。但社会需求量大的正是这这些些轻轻质质油，油，为为了提高了提高轻质轻质油的油的产产量，特量，特别别是提高汽油的是提高汽油的产产量，量，还还可以可以采用裂化的方法从重油中采用裂化的方法从重油中获获取取轻质轻质油油。裂化就是在一定的条件下，将相裂化就是在一定的条件下，将相对对分子分子质质量量较较大、沸点大、沸点较较高的高的烃烃断裂断裂为为相相对对分子分子质质量量较较小、沸点小、沸点较较低的低的烃烃的的过过程。程。例如，在加例如，在加热热、加加压压和催化和催化剂剂存在的条件下，十六存在的条件下，十六烷烷裂化裂化为为辛辛烷烷和辛和辛烯烯：裂化有裂化有热热裂化裂化和和催化裂化催化裂化。6-热热裂化裂化催化裂化催化裂化目的目的:提高汽油的提高汽油的质质量和量和产产量量目的目的:提高汽油的提高汽油的产产量量缺点：温度缺点：温度过过高，高，发发生生结结焦焦现现象象催化催化剂剂：硅酸：硅酸铝铝，分子，分子筛筛（铝铝硅酸硅酸盐盐）实验实验7-为获为获得有机化工的基本原料。在石油化工生得有机化工的基本原料。在石油化工生产过产过程里，常用石程里，常用石油分油分馏产馏产品（包括石油气）作原料，品（包括石油气）作原料，采用比裂化更高的温度（采用比裂化更高的温度（700800，有，有时时甚至高达甚至高达1000以上），使具有以上），使具有长链长链分子的分子的烃烃断裂断裂成各种短成各种短链链的气的气态烃态烃和少量液和少量液态烃态烃，以提供有机化工原料。工，以提供有机化工原料。工业业上上把把这这种方法叫做石油的裂解。种方法叫做石油的裂解。所以所以说说裂解就是深度裂化，以裂解就是深度裂化，以获获得短得短链链不不饱饱和和烃为烃为主要成分的石油加工主要成分的石油加工过过程。石油裂解的化学程。石油裂解的化学过过程是比程是比较较复复杂杂的，生成的裂解气是一种复的，生成的裂解气是一种复杂杂的混合气体，它除了主要含有的混合气体，它除了主要含有乙乙烯烯、丙、丙烯烯、丁二、丁二烯烯等不等不饱饱和和烃烃外，外，还还含有甲含有甲烷烷、乙、乙烷烷、氢氢气、硫气、硫化化氢氢等。裂解气里等。裂解气里烯烃烯烃含量比含量比较较高。因此，常把乙高。因此，常把乙烯烯的的产产量作量作为为衡衡量石油化工量石油化工发发展水平的展水平的标标志。把裂解志。把裂解产产物物进进行分离，就可以得到所行分离，就可以得到所需的多种原料。需的多种原料。这这些原料在合成些原料在合成纤维纤维工工业业、塑料工、塑料工业业、橡胶工、橡胶工业业等等方面得到广泛方面得到广泛应应用。用。8-裂解裂解定定义义：使具有使具有长链长链分子的分子的烃烃在在700度以上度以上高温高温时时断裂成短断裂成短链链的的烃烃的的过过程叫裂解程叫裂解目的：目的：生生产产短短链链不不饱饱和和烃烃如工如工业业“三三烯烯”乙乙烯烯的的产产量作量作为为衡量石油化工衡量石油化工发发展水展水平的平的标标志志用途：用途：合成合成纤维纤维，塑料，橡胶等，塑料，橡胶等9-裂化、催化裂化、裂解的裂化、催化裂化、裂解的对对比比石油的石油的炼炼制制方法方法分分馏馏裂化裂化石油的裂解石油的裂解常常压压 减减压压热热裂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）主要主要产产品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10-结结合在必修化学所学内容，与同学交流：以乙合在必修化学所学内容，与同学交流：以乙烯为烯为原料合成那些原料合成那些产产品：体会乙品：体会乙烯烯在工在工业业合成中的合成中的价价值值。合成：乙醇、乙合成：乙醇、乙醛醛、乙酸、乙酸乙、乙酸、乙酸乙酯酯、氯氯乙乙烷烷、聚乙、聚乙烯烯等等等等学学习习第第40页页第一自然段回答：天然气的来源用途。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合成氨所需的氢氢气、制乙气、制乙烯烯、制甲醇、合成液体燃料、制甲醇、合成液体燃料、11-石油化工厂的景观12-无无烟烟煤煤泥煤泥煤褐褐煤煤 阅读课阅读课本本4040页页第二段，第二段，说说出煤的主要元素，目前煤的出煤的主要元素，目前煤的综综合利用方法。合利用方法。煤除了主要含碳外煤除了主要含碳外还还含有少量的含有少量的S、P、N、H、O等元素以及无机等元素以及无机矿矿物物质质（主要有硅、（主要有硅、铝铝、钙钙、铁铁等等元素）煤是有机物和无机物元素）煤是有机物和无机物组组成的成的复复杂杂混合物混合物13-1、煤的干、煤的干馏馏（）的的过过程叫煤的干程叫煤的干馏馏。是一个（。是一个（）过过程程。把煤隔把煤隔绝绝空气加空气加强强热热使它分解使它分解石油的分石油的分馏馏是物理是物理变变化、煤的干化、煤的干馏馏是化是化学学变变化化过过程。程。化学化学变变化化石油的分石油的分馏馏和煤的干和煤的干馏馏的区的区别别：14-15-为为了了预预防或减少煤燃料防或减少煤燃料对环对环境和人体健康境和人体健康带带来来的危害，近二三十年来，世界各国大力开展了的危害，近二三十年来，世界各国大力开展了对对煤煤利用新技利用新技术术的研究，其中主要包括的研究，其中主要包括对对煤的液化和汽煤的液化和汽化技化技术术。煤的汽化和液化就是使煤。煤的汽化和液化就是使煤变变成清成清洁洁能源的能源的有效途径，与此同有效途径，与此同时时煤的燃煤的燃烧烧效率等也得到提高效率等也得到提高2 2、煤的汽化与液化、煤的汽化与液化16-（1 1）汽化）汽化 煤的汽化就是将煤中的有机物煤的汽化就是将煤中的有机物转转化化为为可燃性气体的可燃性气体的过过程。程。煤汽化的主要化反煤汽化的主要化反应应是指碳和水蒸气的反是指碳和水蒸气的反应应。C+H C+H2 2O=COO=COH H2 2 这这是一个吸是一个吸热热反反应应，所需，所需热热量一般都由同量一般都由同时进时进行的碳的行的碳的燃燃烧烧反反应应来提供。来提供。C CO O2 2=CO=CO2 2 碳燃碳燃烧时烧时可以使用空气，也可以使用氧气，但得到的煤可以使用空气，也可以使用氧气，但得到的煤气成分、气成分、热值热值及用途都不同，分及用途都不同，分别别叫低叫低热值热值气和中气和中热值热值气。气。中中热值热值气在适当催化气在适当催化剂剂的作用下，又可以的作用下，又可以转变转变成高成高热值热值气。气。即把中即把中热值热值煤气里的煤气里的COCO和和H H2 2用催化用催化剂剂合成甲合成甲烷烷。CO CO3H3H2 2 CH CH4 4H H2 2O O17-把煤粉和煤液化把煤粉和煤液化过过程中程中产产生的油跟生的油跟氢氢气混合，在高气混合，在高温下温下经经催化催化剂剂催化，催化，进进行加行加氢氢解聚反解聚反应应，同，同时时脱去硫、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含有未液化的煤和炭等固态态物物质质。经过经过分离可以得到油，分离可以得到油，成成为为低低氢氢、低硫的重、低硫的重质质液体燃料。液体燃料。(2)(2)液化液化 煤的液化是将煤煤的液化是将煤转转化化为为液体燃料的液体燃料的过过程。煤的液程。煤的液化可以分化可以分为为直接和直接和间间接两个途径。接两个途径。18-间间接液化的气化接液化的气化-液化法液化法 首先把煤气化首先把煤气化为为H2H2、COCO和和CH4CH4。用催化。用催化剂剂把气把气态态物物质转变为质转变为液液态态。nCO nCO2nH2nH2 2(CH(CH2 2)n)nnHnH2 2O O 2nCO 2nCOnHnH2 2(CH(CH2 2)n)nnCOnCO2 2 煤的液化是否能得到煤的液化是否能得到发发展，决定于石油是否能展，决定于石油是否能满满足不断增足不断增长长的需要、煤跟石油的比价以及煤的液化的需要、煤跟石油的比价以及煤的液化技技术术的成熟程度。从世界范的成熟程度。从世界范围围来看，由于石油价格来看，由于石油价格的增的增长长，液化技，液化技术术的日臻成熟，煤液化工的日臻成熟，煤液化工业业的再度的再度兴兴起是可能的。起是可能的。对对我国来我国来说说，目前汽油和煤的比价，目前汽油和煤的比价比国外更有利于比国外更有利于发发展以合成高展以合成高级级汽油汽油为为主要目的的主要目的的煤的液化。在有煤地区煤的液化。在有煤地区发发展煤的液化展煤的液化还还是可以探索是可以探索的。的。19-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、甲一氧化碳、二氧化碳、甲烷烷、甲醇等、甲醇等)为为原料，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。2CO=2COC+H2O=COH2CO+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三、煤化工和天然气化工的发发展展碳化学碳化学20-大量的化工大量的化工产产品可以以合成气作品可以以合成气作为为起始原料。使用不起始原料。使用不同的催化同的催化剂剂，可以从合成气制出不同的有机化合物，可以从合成气制出不同的有机化合物产产物，物，这这就就组组成了所成了所谓谓的合成气化学。由的合成气化学。由CH4CH4、CH3OHCH3OH等含一个碳等含一个碳原子的分子，也可以通原子的分子，也可以通过过催化反催化反应应直接生成新的化合物。直接生成新的化合物。这这就形成了所就形成了所谓谓的甲的甲烷烷化学和甲醇化学，它化学和甲醇化学，它们们都是由一系都是由一系列典型的化学合成反列典型的化学合成反应应所所组组成的。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21-典型例题v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。v（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vA、D、vB、vC、v（2）按照所选反应途径，理论上用1mol丙烷最多可制得氨vA、4molB、4.7molC、10molD、2.7molCB22-v（3）所选反应途径最显著的特点是vA、简单易行vB、所得H2纯度高vC、所得H2产量高vD、可获得大量热能C23-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）。24-v例3：vC8H18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vA、14B、57C、38D、无定值 作作业业 P45 8 P45 8、9 925-26-