课题3　石油、煤和天然气的综合利用优秀导入

第二单元化学与资源开发利用

课题3石油、煤和天然气的综合利用

教学目标

知识与技能

1. 了解石油的分馏及其产品和用途，了解石油的裂化和裂解。

2. 了解煤的干馏和综合利用

3. 了解煤化工和天然气化工的发展

过程与方法

利用多媒体演示、阅读材料充分了解煤、石油和天然气。

情感、态度和价值观

在讨论与交流中使学生对于现有自然资源有一个充分的了解，培养学生的观察能力和利用化学原理解决实际问题的能力。通过讨论，激发学生的求知欲，培养创新意识。

教学重点：

煤、石油和天然气等综合利用中基本的化学原理。

教学难点：

煤、石油和天然气等综合利用中基本的化学原理。

教学方法 多媒体演示

教学过程

引入新课

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。

石油炼制的而目的是什么？

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数较少的烃作为化工原料，以提高石油的利用价值。

一、石油和天然气

1.石油的炼制和石油化工

（1）认识石油

形成：古代动植物遗体经过非常复杂的变化而形成的。

元素组成：C、H、S等

物质组成：烷烃、环烷、芳香烃等，从所含成分的状态看，大部分是液态烃，在液态烃里溶有气态烃和固体烃。

物理性质：

黑褐色的粘稠状物质，有特殊气味，比水轻，不溶于水，没有固定沸点。

思考：石油是纯净物还是混合物？有无固定的沸点？

答案：混合物 无固定的沸点

（2）原油：

从油田里开采出来的没有经过加工处理的石油，还含有杂质成分：水，氯化钙，氯化镁等盐类。要炼制，其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。

（3）石油的分馏

工业上常用常压分馏和减压分馏的方法把不同沸点的产品分离出来，为了提高汽油产量，还可采用催化裂化的方法。如十六烷分解反应方程式为：

C16H34

C8H18＋C8H16。

①常压分馏：将石油分成轻质油和重油

常压分馏主要产品：轻质油:溶剂油、汽油、航空煤油、煤油、柴油等

②减压分馏：将重油再进一步分成各种馏分。重油进行减压分馏的产物主要有：重柴油、润滑油、凡士林、石

蜡、沥青等。

思考：为什么要减压分馏？

若要将重油进一步分离，则要在更高的温度，而在高温下，高沸点的烃会分解，更严重的是还会炭化结焦，损坏设备，影响正常生产。由于同一种物质，

在不同的压强下，沸点不同。因为外界压强越大，物质沸点就越高；外界压强越小，物质沸点就越低。因此要将重油进行减压分馏。

（4）石油的裂化和裂解

①石油裂化有热裂化和催化裂化两种

热裂化：目的:提高汽油的产量 缺点：温度过高，发生结焦现象

催化裂化：目的:提高汽油的质量和产量 催化剂:硅酸铝，分子筛（铝硅酸盐）

②裂解：即深度裂化，使长链烃断裂成乙烯、丙烯、丁烯等短链烃，目的：制取短链烯烃

如：己烷裂解反应

C6H14

700-1000CCH4＋CH2═CH2＋CH3CH═CH2＋其他 15% 40% 20% 25% 2、天然气的利用

（1）天然气的来源

天然气（natural gas）又称油田气、石油气、石油伴生气。开采石油时，只有气体称为天然气；石油和石油气，这个石油气称为油田气或称石油伴生气。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、合成石油、甲醇和其他许多有机化合物的原料。

（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；②天然气提取氦气；③天然气制氢；④天然气制氨；⑤天然气制甲醇；⑥天然气制乙炔；⑦天然气制氯甲烷；⑧天然气制四氯化碳；⑨天然气制硝基甲烷；⑩天然气制二硫化碳；天然气制乙烯；天然气制硫磺等

二、煤的综合利用

1、煤的干馏

⑴定义：煤的干馏，也叫煤的焦化，是指将煤隔绝空气加强热使其分解的过程。

⑵煤干馏的产品及用途

干

馏

产

品

主

要

成

分

氢气、甲烷、乙烯、一氧焦炉气[

出炉煤气

粗氨水

粗苯

化碳[来源:学*科*网Z*X*X*K]

氨、铵盐

苯、甲苯、二甲苯

苯、甲苯、二甲苯

煤

焦

油

酚类、萘类

沥青

焦

炭

炭

氮肥

炸药、染料、医药、农药、

合成材料

染料、医药、农药、合成材料

筑路材料、制碳素电极

冶金、合成氨造气、电石、燃料

气体燃料、化工原料

主

要

用

途

⑶工业上炼焦，就属于煤的干馏，其原理是将煤粉放在隔绝空气的炼焦炉中加热，煤粉受热分解得到焦炭、煤焦油、焦炉气（可燃烧）、粗氨水、和粗苯等。这些产物可用于生产化肥、塑料、合成橡胶、合成纤维、炸药、染料、医药等。

2、煤的气化和液化

⑴煤的气化是指煤在特定的设备内，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。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。

其主要反应是：C（s）＋H2O（g） （2）煤的液化

煤的液化是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高温CO（g）＋H2（g）

化。

①直接液化是把煤炭制成煤浆，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间接液化是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醇类、烃类等。间接液化的效率一般较低。

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。

三、煤化工和天然气化工的发展

—一 一碳化学

1、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。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：2C＋O2

CO＋H2O（g）高温点燃2CO C＋H2O（g）高温CO＋H2

CO＋H2 高温3、天然气重整：CH4＋H2O（g）CO＋3H2

4、使用不同的催化剂，可以从合成气制出不同的产物，这就是合成气化学，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。

课堂小结：

通过这堂课我们对石油和天然气的主要成分及处理方法有了一个深入的了解；对于煤的综合利用主要分为煤的干馏和煤的气化和液化；最后对煤化工和天然气化工的发展有了一个深入认识。