课题3　石油、煤和天然气的综合利用教学创新设计

石油、煤和天然气的综合利用 一、教学目标

（一）知识与技能

（1）认识煤、石油、天然气是人类能源的主要来源。能书写简单代表物燃烧的化学方程式。

（2）了解煤的成分；知道通过煤的干馏可得到多种化工产品及其用途；知道煤的气化和液化可减少燃烧所造成的环境污染。

（3）了解石油的成分；知道通过石油的分馏及裂化可得到多种化工产品及其用途。

（4）通过书写乙烯聚合反应的化学方程式，了解聚合反应的原理。能举例说明高分子材料在生活等领域中的应用。

（二）过程与方法

通过本节课和本节课前的预习准备，学会讨论、交流和合作学习。

（三）情感、态度与价值观

了解煤、天然气、石油在国民经济和人民生活中的重要作用，了解使用煤、天然气、石油所带来的环境问题，体会化学资源综合利用和环境保护的重要意义，提升综合利用化学资源和环境保护的意识。

二、教学重点

煤、石油、天然气的综合利用，特别是石油的利用。

三、教学难点

石油裂化的原理、加聚反应的原理。

四、教学方式

启发、阅读、分组讨论与交流、归纳总结等。

五、教学过程 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？

【师、生】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

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；⑪天然气制乙烯；⑫天然气制硫磺等

学点二、煤的综合利用

1、煤的干馏

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。 煤干馏的产品及用途: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

(1)煤的气化

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 、H 2、CH 4等可燃气体和CO 2、N 2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 ）＋H 2O （g ）==CO（g ）＋H 2（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。

学点三、煤化工和天然气化工的发展——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、煤的气化

3、天然气重整

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。

[小结] 煤的综合利用