15-16版：2.3 石油、煤和天然气的综合利用(创新设计)

课题3石油、煤和天然气的综合利用

[目标导航] 1.了解石油的炼制和石油化工中裂化、裂解的概念及石油产品。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。

一、石油和天然气

1．石油的组成

(1)地下开采出来的石油是黑褐色的黏稠状物质，加工前称为原油，不能直接利用。

(2)石油主要是由分子中含有不同数目碳原子的烃组成的复杂混合物，平均来说，碳元素和氢元素在石油中的质量分数之和可达97%～98%。

2．石油炼制和石油化工

(1)石油炼制目的

①将石油中的混合物进行一定程度的分离，使它们物尽其用。

②将含碳原子数较多的烃转变为含碳原子数较少的烃作为基本有机化工原料，以提高石油的利用价值。

(2)石油分馏

①原理：对石油进行不断的加热和冷凝，把石油分离成不同沸点范围的蒸馏产物，这种方法就是石油的分馏。石油分馏的变化类型属于物理变化。

②方法：石油分馏又可分为常压分馏和减压分馏。

(3)石油裂化和裂解

①概念：

a．裂化：是在一定条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃分解为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程。

b．裂解：是以比裂化更高的温度(700～1_000_℃)将长链烃断裂成乙烯、丙烯、丁烯等短链烃的过程，又叫做深度裂化。

②目的：

a．裂化的目的：获得更多的轻质油，特别是提高汽油的产量。

b．裂解的目的：获得乙烯、丙烯、丁烯等基本有机化工原料。

3．天然气的利用

天然气除了直接用作燃料外，还是化工生产中生产氢气、乙烯、甲醇、合成液体燃料的重要原料。

[议一议]

1．石油分馏的原理是什么？石油分馏时为何还需减压分馏？

答案 石油是多种烃的混合物，没有固定的沸点。含碳原子数越少的烃、沸点越低。在给石油加热时，低沸点的烃先汽化，经冷凝后分离出来。随着温度的升高，较高沸点的烃再汽化，经冷凝后又分离出来，这样就可以把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物，这就是石油分馏。减压分馏的原因：随着烃分子中碳原子数的增多，沸点会逐渐升高，要把它们从混合物中分离出来，就必须再升高温度。但在高温下，高沸点的烃会分解，甚至会出现炭化结焦现象，损坏设备、破坏生产。为了解决这一矛盾，常通过减小压强，使重油在较低的温度沸腾汽化，这种过程叫减压分馏。

2．直馏汽油和裂化汽油有何差别，如何鉴别？

答案 直馏汽油是石油通过分馏的方法获得的汽油，因而其主要成分是烷烃、环烷烃等；裂化汽油主要是长链烷烃裂化后得到的饱和烷烃和不饱和烯烃的液态混合物。可见直馏汽油与裂化汽油的成分主要的差异在于有无烯烃存在，因此，可用溴水鉴别直馏汽油和裂化汽油。 二、煤的综合利用 1．煤的干馏

将煤隔绝空气加强热使其分解的过程叫做煤的干馏，也叫焦化。得到的固态物质焦炭，液态物质煤焦油、粗氨水，气态物质焦炉气的成分为H 2、CH 4、CO 、C 2H 4等。 2．煤的气化和液化 (1)煤的气化

煤的气化是把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，煤气化的主要化学反应是碳和水蒸气的反应；C(s)＋H 2O(g)=====高温

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直接液化是把煤与适当的溶剂混合后，在高温、高压和有催化剂的条件下，使煤与氢气作用生成液体燃料。主要产品是优质汽油、柴油、芳香烃和其他化工原料，并同时副产燃料气、液化石油气、硫黄和氨气等。

②间接液化则是先把煤转化成一氧化碳和氢气(合成气)，然后再经过催化合成得到烃类燃料、醇类燃料及其他化学品等。 [议一议]

1．煤的组成成分及分类是怎样的？

答案 主要含碳元素，是多种有机物和无机矿物组成的复杂混合物，主要有无烟煤、烟煤、褐煤、泥煤等。

2．天然气、石油气、裂解气、焦炉气、水煤气、高炉煤气的来源及主要成分有何区别？ 答案

答案 不正确。煤是由有机物和无机物所组成的复杂的混合物，炭是由碳元素组成的单质，二者本质上不相同。

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 、CH 4、CH 3OH 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．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CH 4、CH 3OH 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。 [

议一议

]

写出煤气化的主要反应方程式，高温条件下，天然气重整的化学方程式。 答案 2C ＋O 2=====点燃

2CO C ＋H 2O(g)=====高温

CO ＋H 2 CO ＋H 2O(g)=====高温CO 2＋H 2 CH 4＋H 2O(g)=====高温CO ＋3H 2

一、石油加工方法的比较

例1石油是现代工业的血液，是现代农业的命脉。

(1)工业上用来分馏石油的主要设备是________；常采用减压分馏对重油进行加工，减压分馏的原理是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(2)石油裂化分为热裂化、________和加氢裂化，裂化的目的是提高________的产量。

(3)直馏汽油的主要成分一般是________，裂化汽油里还含有________。如何用化学方法检验一瓶裂化汽油里是否含有甲苯或二甲苯等芳香烃？写出实验步骤。

________________________________________________________________________

答案(1)分馏塔降低压强，烃的沸点随压强减小而降低，使重油能在较低温度下分馏

(2)催化裂化轻质燃料油(或汽油)

(3)含C5～C11的烷烃烯烃

取少量汽油于试管中，先逐滴加入溴水直到溴水不再褪色为止，然后加入酸化的KMnO4溶液，振荡，若溶液的紫色褪去或紫色变浅，则证明汽油里含有甲苯或二甲苯。

解析(3)由于裂化汽油中含有烯烃，苯的同系物及烯烃都能使酸化的KMnO4溶液褪色，必