(共24张PPT)
石油、煤和天然气的
综合利用
必修2内容： 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。
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。
汽油 C5~C11
煤油 C11~C16
柴油 C15~C18
常压蒸馏塔
重油 C20以上
减压蒸馏塔
燃料油
沥青
石蜡
润滑油
燃料油
石蜡
润滑油
燃料油
石蜡
润滑油
催化裂化
石油气 C4以下
Liquid petroleum gas
LPG
原油
石油通过分馏获得的汽油、煤油、柴油等轻质油的产量比较低，仅占石油总产量的25％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。
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、沸点较低的烃的过程。例如，在加热、加压和催化剂存在的条件下，十六烷裂化为辛烷和辛烯：
裂化有热裂化和催化裂化。
热裂化
催化裂化
目的:提高汽油的质量和产量
目的:提高汽油的产量
缺点：温度过高，发生结焦现象
催化剂：硅酸铝，分子筛（铝硅酸盐）
实验
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，采用比裂化更高的温度（700～800℃，有时甚至高达1000℃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，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。这些原料在合成纤维工业、塑料工业、橡胶工业等方面得到广泛应用。
裂解
定义：使具有长链分子的烃在700度以上高温时断裂成短链的烃的过程叫裂解
目的：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平的标志
用途：合成纤维，塑料，橡胶等
裂化、催化裂化、裂解的对比
石油的炼 制方法 分馏 裂化 石油的裂解
常压 减压 热裂化 催化裂化
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
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
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：以乙烯为原料合成那些产品：体会乙烯在工业合成中的价值。
合成：乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、氯乙烷、聚乙烯等等
学习第40页第一自然段回答：天然气的来源用途。
2、天然气的利用
合成氨所需的氢气、制乙烯
、制甲醇、合成液体燃料、
石油化工厂的景观
无烟煤
泥煤
褐煤
阅读课本40页第二段，说出煤的主要元素，目前煤的综合利用方法。
煤除了主要含碳外还含有少量的S、P、N、H、O等元素以及无机矿物质（主要有硅、铝、钙、铁等元素）煤是有机物和无机物组成的复杂混合物
1 、煤的干馏——
（ ） 的过程叫煤的干馏。是一个（ ）过程 。
把煤隔绝空气加强热使它分解
石油的分馏是物理变化、煤的干馏是化学变化过程。
化学变化
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的危害，近二三十年来，世界各国大力开展了对煤利用新技术的研究，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有效途径，与此同时煤的燃烧效率等也得到提高
2、煤的汽化与液化
（1）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。煤汽化的主要化反应是指碳和水蒸气的反应。 C+H2O === CO＋H2 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。 C＋O2 ===CO2 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。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CO和H2用催化剂合成甲烷。 CO＋3H2 →CH4＋H2O
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、氮、氧等原子，生成固-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，成为低氢、低硫的重质液体燃料。
(2)液化 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。
间接液化的气化-液化法 首先把煤气化为H2、CO和CH4。用催化剂把气态物质转变为液态。 nCO＋2nH2→(CH2)n＋nH2O 2nCO＋nH2→(CH2)n＋nCO2 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液化技术的成熟程度。从世界范围来看，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。
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)为原料，用化工的方法制造一系列化工原料和燃料的化学。
2 C＋O ===2CO
C+H2O === CO＋H2 CO+H2O === CO2＋H2
高温条件，天然气重整：
CH4＋H2O = CO＋3H2
煤汽化的主要反应：
三、煤化工和天然气化工的发展—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CH4、CH3OH等含一个碳原子的分子，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
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
（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）。
例3：
C8H18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
A.14 B.57 C.38 D.无定值
作业 P45 8、92.3石油、煤和天然气的综合利用学案导学
(新人教选修2)
目的要求
了解石油的分馏及其产品和用途，了解石油的裂化和裂解。
了解煤的干馏和综合利用
了解煤化工和天然气化工的发展
学习过程
一、石油和天然气
1.石油的炼制和石化工业
（1）石油是 ，加工前称为 ，
石油要炼制，其目的是将混合物进行一定程度的 ，使之 ，另一方面，将含碳原子较多的烃转变为含碳原子较 的烃，作为基础 原料。
2. 原油分馏
谈谈石油分馏的主要产品有那些？其主要用途是什么？
3.工业上常用 分馏和 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 的方法。如十六烷分解反应方程式为 。
4.石油不仅是 资源，还是 的重要来源。
5.写出表示己烷裂解反应的方程式：
6.乙烯的生产主要靠 ，乙烯的产量是衡量一个国家
化工发展水平标志。
7.天然气的利用
（1）简述天然气的来源
（2）简述天然气的主要用途
二、煤的综合利用
1、煤与炭有何关系？
提示:木炭、焦炭等是碳的不纯单质，而煤是有机物和无机物组成的复杂混合物。
煤除了主要含碳元素外还含有少量的S、P、N、H、O等元素以及无机矿物质（主要有硅、铝、钙、铁等元素）
2.煤的干馏
⑴将煤隔绝空气 的过程，叫做煤的干馏，也叫煤的焦化。
⑵说说煤干馏的产品及用途
⑶工业上炼焦的原理是将煤粉放在 中加热，煤粉分解得到焦炭、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。
3.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
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 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。
⑵写出碳与水蒸气的反应式 ，属 反应。
⑶煤的液化：煤的液化是把煤转化成 的过程，煤的液化分 液化和 液化。
①直接液化是把煤炭制成煤浆，然后在 、 和在 条件下，通过加氢裂化生成液态碳氢化合物即“合成石油”，直接液化的效率约为65％～75%，每吨煤可生产0.3～0.4t液化油。主要产品有 、 、 和其他 。
副产品有 、 和 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 等，然后合成气通过 生成性能优良的液态醇类、烃类
等。间接液化的效率一般较低。
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 的化合物如 为原料来合成一系列 和 的化学。
2.写煤气化的主要反应方程式： ；
； ；
。
3.使用不同的催化剂，可以从合成气制出不同的 ，这就是
化学，由CH4 、 CH3OH等含一个碳原子，通过 直接生成新的化合物，叫 化学和 化学。
【课堂巩固提高】
1．为了提高汽油产量，在石油提炼过程中常采用的化学方法是 （ ）
A.常压分馏 B.催化裂化 C.减压分馏 D.高压分馏
2．石油主要是由碳、氢元素组成的 （ ）
A.多种有机物的混合物 B.多种无机物的混合物
C.有机化合物 D.多种无机物和有机物的混合物
3．关于石油性质的叙述不正确的是 （ ）
A.是一种黏稠状的液体 B.有特殊气味
C.不溶于水，密度比水大 D.没有固定的熔点和沸点
4．含硫的煤不完全燃烧时，排放出污染环境的气体是 （ ）
A.只有SO2 B.只有CO C.CO和CO2 D.SO2和CO
6．当今世界上最主要的三大化石燃料是煤、石油和天然气。它们都是由古代 经一系列复杂变化而形成的。其中， 被称为“工业的粮食”， 被称为“工业的血液”。
答案．生物的遗骸 煤 石油
7．把煤隔绝空气加强热，就可以使煤分解成 、 、
和 。其中分解生成的固体 可 、 、 等；生成的气体 可做洁净的 和 。
答案．焦炉煤气 粗氨水 焦炭 煤焦油 焦炭 冶炼金属 制水煤气 做电极 焦炉煤气 燃料 化工原料(共9张PPT)
山东省临朐第一中学 张艳红
原油分馏及裂化的产品用途示意图
谈谈石油分馏的主要产品有那些？其主要用途是什么？
写出表示己烷裂解反应的方程式：
炼制和加工方法 分馏 裂化 裂解
常压分馏 减压分馏 热裂化 催化裂化
原理 用蒸发和冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物 在一定条件下，将相对分子质量大、沸点高的烃断裂成小分子的过程 在高于裂化的温度下，将长链分子断裂成短链的气态和少量液态烃的过程
原料 脱水、脱盐的原油 重油 重油 石油的分馏产品
条件 常压加热 减压加热 加热 催化剂、加热 高温
目的 将原油分离成轻质油 将重油充分分离，并防碳化 提高轻质汽油的产量和质量 获取短链气态不饱和烃
主要产品 溶剂油(C5～C8)汽油(C5～C11)煤油柴油重油 润滑油凡士林等 汽油等轻油 乙烯、丙烯、丁二烯等
无烟煤
褐煤
泥煤
煤的干馏实验装置图
蒸
化
裂
煤
铅路
沥
蒸
帼
2.3石油、煤和天然气的综合利
用
(新人教选修2)
石油炼制、加工过程及主要产品的比
续表
煤的干馏实验裝置图
煤
天然气石油煤
=====合成气上三三三
乙醇
醋酸
乙醛
甲醇
乙二醇
稀烃
L_草酸
甲醛
废动机燃料
醋酸乙烯2.3石油、煤和天然气的综合利用文字资料
(新人教选修2)
主要炼油工艺简介
常压蒸馏和减压蒸馏
常压蒸馏和减压蒸馏习惯上合称常减压蒸馏，常减压蒸馏基本属物理过程。原料油在蒸馏塔里按蒸发能力分成沸点范围不同的油品（称为馏分），这些油有的经调合、加添加剂后以产品形式出厂，相当大的部分是后续加工装置的原料，因此，常减压蒸馏又被称为原油的一次加工。包括三个工序：原油的脱盐、脱水 ；常压蒸馏；减压蒸馏。
原油的脱盐、脱水
又称预处理。从油田送往炼油厂的原油往往含盐（主要是氯化物）、带水（溶于油或呈乳化状态），可导致设备的腐蚀，在设备内壁结垢和影响成品油的组成，需在加工前脱除。常用的办法是加破乳剂和水，使油中的水集聚，并从油中分出，而盐份溶于水中，再加以高压电场配合，使形成的较大水滴顺利除去。
催化裂化
催化裂化是在热裂化工艺上发展起来的。是提高原油加工深度，生产优质汽油、柴油最重要的工艺操作。原料范主要是原油蒸馏或其他炼油装置的350 ~ 540℃馏分的重质油，催化裂化工艺由三部分组成：原料油催化裂化、催化剂再生、产物分离。催化裂化所得的产物经分馏后可得到气体、汽油、柴油和重质馏分油。 有部分油返回反应器继续加工称为回炼油。催化裂化操作条件的改变或原料波动，可使产品组成波动。
催化重整
催化重整（简称重整）是在催化剂和氢气存在下，将常压蒸馏所得的轻汽油转化成含芳烃较高的重整汽油的过程。如果以80~180℃馏分为原料，产品为高辛烷值汽油；如果以60~165℃馏分为原料油，产品主要是苯、甲苯、二甲苯等芳烃， 重整过程副产氢气，可作为炼油厂加氢操作的氢源。重整的反应条件是：反应温度为490~525℃，反应压力为1~2兆帕。重整的工艺过程可分为原料预处理和重整两部分。
加氢裂化
是在高压、氢气存在下进行，需要催化剂，把重质原料转化成汽油、煤油、柴油和润滑油。加氢裂化由于有氢存在，原料转化的焦炭少，可除去有害的含硫、氮、氧的化合物，操作灵活，可按产品需求调整。产品收率较高，而且质量好。
延迟焦化
它是在较长反应时间下，使原料深度裂化，以生产固体石油焦炭为主要目的，同时获得气体和液体产物。延迟焦化用的原料主要是高沸点的渣油。延迟焦化的主要操作条件是：原料加热后温度约500℃， 焦炭塔在稍许正压下操作。改变原料和操作条件可以调整汽油、柴油、裂化原料油、焦炭的比例。
炼厂气加工
原油一次加工和二次加工的各生产装置都有气体产出，总称为炼厂气，就组成而言，主要有氢、甲烷、由2个碳原子组成的乙烷和乙烯、由3个碳原子组成的丙烷和丙烯、由4个碳原子组成的丁烷和丁烯等。它们的主要用途是作为生产汽油的原料和石油化工原料以及生产氢气和氨。发展炼油厂气加工的前提是要对炼厂气先分离后利用。炼厂气经分离作化工原料的比重增加，如分出较纯的乙烯可作乙苯； 分出较纯的丙烯可作聚丙烯等。
石油产品精制
前述各装置生产的油品一般还不能直接作为商品，为满足商品要求，除需进行调合、添加添加剂外，往往还需要进一步精制，除去杂质，改善性能以满足实际要求。常见的杂质有含硫、氮、氧的化合物，以及混在油中的蜡和胶质等不理想成分。它们可使油品有臭味，色泽深，腐蚀机械设备，不易保存。除去杂质常用的方法有酸碱精制、脱臭、加氢、溶剂精制、白土精制、脱蜡等。酸精制是用硫酸处理油品，可除去某些含硫化合物、含氮化合物和胶质。碱精制是用烧碱水溶液处理油品，如汽油、柴油、润滑油，可除去含氧化合物和硫化物，并可除去酸精制时残留的 硫酸。酸精制与碱精制常联合应用，故称酸碱精制。脱臭是针对含硫高的 原油制成的汽、煤、柴油，因含硫醇而产生恶臭。硫醇含量高时会引起油品生胶质，不易保存。可采用催化剂存在下，先用碱液处理，再用空气氧化。加氢是在催化剂存在下，于300~425℃, 1.5兆帕压力下加氢，可除去含硫、氮、氧的化合物和金属杂质，改进油品的 储存性能和腐蚀性、燃烧性，可用于各种油品。脱蜡主要用于精制航空煤油、柴油等。油中含蜡，在低温下形成蜡的结晶，影响流动性能，并易于堵塞管道。脱蜡对航空用油十分重要。脱蜡可用分子筛吸附。润滑油的精制常采用溶剂精制脱除不理想成分， 以改善组成和颜色。有时需要脱蜡。白土精制一般放在精制工序的 最后， 用白土（主要由二氧化硅和三氧化二铝组成）吸附有害的物质。
酸精制
是用硫酸处理油品，可除去某些含硫化合物、含氮化合物和胶质。
碱精制
是用烧碱水溶液处理油品，如汽油、柴油、润滑油，可除去含氧化合物和硫化物，并可除去酸精制时残留的硫酸。酸精制与碱精制常联合应用， 故称酸碱精制。
脱臭
是针对含硫高的原油制成的汽、煤、柴油，因含硫醇而产生恶臭，硫醇含量高时会引起油品生胶质，不易保存。可采用催化剂存在下，先用碱液处理，再用空气氧化。
加氢
是在催化剂存在下于300~425℃,1.5兆帕压力下加氢，可除去含硫、氮、氧的化合物和金属杂质，改进油品的 储存性能和腐蚀性、燃烧性，可用于各种油品。
脱蜡
主要用于精制航空煤油、柴油等。油中含蜡，在低温下形成蜡的结晶，影响流动性能，并易于堵塞管道。脱蜡对航空用油十分重要。脱蜡可用分子筛吸附。润滑油的 精制常采用溶剂精制脱除不理想成分，以改善组成和颜色。有时需要脱蜡。
白土精制
一般放在精制工序的最后，用白土（主要由二氧化硅和三氧化二铝组成）吸附有害的物质。
