【化学课件】煤、石油和天然气的综合利用 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册.pptx

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1、第一节 自然资源的开发利用(3)煤、石油和天然气的综合利用第八章第八章 化学与可持续发展化学与可持续发展 应用应用：煤、石油和天然气煤、石油和天然气 仍然是人类使用的仍然是人类使用的 主要能源主要能源，也是重要的也是重要的化工原料化工原料。缺点缺点:不可再生不可再生、利用率低、利用率低、环境污染环境污染。（三废：三废：废气、废水、废渣废气、废水、废渣）三大化石能源煤煤工业粮食工业粮食石油石油工业血液工业血液天然气天然气清洁燃料清洁燃料目标目标:综合利用、提高效率、减少污染。综合利用、提高效率、减少污染。一、煤及其利用1.煤的形成煤的形成古代植物遗体堆积层古代植物遗体堆积层，埋在地下经过长时期的

2、地质作用形成埋在地下经过长时期的地质作用形成2.煤的组成煤的组成 有机物有机物+少量少量无机物无机物组成的组成的 复杂混合物复杂混合物主要元素主要元素其他元素其他元素NS的氧化物的氧化物造成环境问题造成环境问题CO2会加剧会加剧温室效应温室效应CH、O、N、S 等等：煤直接燃烧煤直接燃烧产生大量的煤灰、煤渣、废气。产生大量的煤灰、煤渣、废气。污染环境污染环境、且、且燃烧效率低燃烧效率低！一、煤及其利用3.煤的煤的综合利用综合利用煤的煤的干馏干馏煤的煤的气化气化煤的煤的液化液化：煤直接燃烧煤直接燃烧产生大量的煤灰、煤渣、废气。产生大量的煤灰、煤渣、废气。污染环境污染环境、且、且燃烧效率低燃烧效率

3、低！注意：均有化学变化注意：均有化学变化不是传统的物质三态转变中的不是传统的物质三态转变中的“蒸馏蒸馏”“气化气化”“液化液化”【物理变化物理变化】！一、煤及其利用(1)煤的干馏将煤将煤隔绝空气隔绝空气加强热加强热使它使它分解分解的过程的过程，又称，又称煤的焦化煤的焦化U形管底部黑褐色粘稠油状形管底部黑褐色粘稠油状物是物是煤焦油煤焦油。成分：苯、甲苯、二甲苯等成分：苯、甲苯、二甲苯等出现少量水层出现少量水层 pH碱性。碱性。出炉煤气出炉煤气中的中的粗氨水粗氨水冷凝冷凝点燃，导管尖嘴处点燃，导管尖嘴处有明亮有明亮火焰。火焰。出炉煤气：出炉煤气：其中其中焦炉气焦炉气为为H2、CH4、C2H4、CO

4、等等u是复杂的是复杂的物理物理和和化学化学变化过程变化过程玻璃管中的玻璃管中的烟煤粉最后烟煤粉最后变成黑灰色变成黑灰色固体物质。固体物质。这是这是焦炭。焦炭。3.煤的煤的综合利用综合利用一、煤及其利用3.煤的煤的综合利用综合利用(1)煤的干馏煤干馏的主要产品和用途（课本表煤干馏的主要产品和用途（课本表8-1）产品主要成分用途出炉煤气【气】焦炉气氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳气体燃料、化工原料粗氨水氨、铵盐化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料粗苯苯、甲苯、二甲苯煤焦油【液】苯、甲苯、二甲苯酚类、萘染料、医药、农药、合成材料沥青筑路材料、碳素电极焦炭【固】碳冶金、合成氨造气、电石、燃料(2)煤的气化

5、一、煤及其利用把煤中的有机物转化为可燃性把煤中的有机物转化为可燃性气体气体的过程。的过程。也属于化学变化也属于化学变化C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)高温高温水煤气水煤气工业制水煤气的方法工业制水煤气的方法主要反应：主要反应：【思考】为什么不小心将少量水洒在烧得通红的煤上时，火不但没有熄灭，反而烧得更旺？发生发生煤的气化煤的气化，烧得通红的煤与水蒸气反应生成，烧得通红的煤与水蒸气反应生成可燃性气体可燃性气体H2和和CO，气体燃烧效率高于固态的煤气体燃烧效率高于固态的煤，所以燃烧更旺。，所以燃烧更旺。3.煤的煤的综合利用综合利用(3)煤的液化一、煤及其利用将煤转化为将煤转化为液体燃料液

6、体燃料的过程。的过程。也属于化学变化。也属于化学变化。分为分为直接直接液化：液化：间接间接液化：液化：使使煤煤与与氢气氢气作用作用直接直接生成生成液体燃料液体燃料煤煤先气化先气化与与H2O(g)CO 和和 H2催化剂催化剂CH3OH(甲醇甲醇)等等CO(g)+2H2(g)=催化剂催化剂CH3OH(l)C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)高温高温一定条件一定条件可作燃料；可作基本化工原料。可作燃料；可作基本化工原料。3.煤的煤的综合利用综合利用一、煤及其利用u 煤的综合利用有什么重要意义？减少减少SO2、NOx、CO和烟尘等和烟尘等污染物的排放污染物的排放。提高煤燃烧的热效率提高煤燃烧

7、的热效率。煤的气化、液化是使煤变成清洁能源的煤的气化、液化是使煤变成清洁能源的有效途径有效途径，所得，所得气态、液态燃料气态、液态燃料的的燃烧效率高于固态的煤燃烧效率高于固态的煤。提取了煤中的化学原料提取了煤中的化学原料。获得多种化工原料，合理处理和利用。获得多种化工原料，合理处理和利用了原本的煤灰、煤渣、废气、废液等。了原本的煤灰、煤渣、废气、废液等。3.煤的煤的综合利用综合利用二、天然气的综合利用1.天然气的形成：天然气的形成：古生物遗骸长期沉积地下古生物遗骸长期沉积地下,经慢慢转化及变质裂解而经慢慢转化及变质裂解而产生的气态碳氢化合物产生的气态碳氢化合物2.主要成分：主要成分：甲烷（甲烷

8、（CH4）占绝大多数）占绝大多数，另有少量乙烷、丙烷和丁烷等，另有少量乙烷、丙烷和丁烷等 燃料燃料 清洁能源清洁能源液化天然气公交车液化天然气公交车天然气灶天然气灶3.应用：应用：化工原料化工原料 合成合成氨氨、生产、生产甲醇甲醇、合成、合成两碳或多碳有机物两碳或多碳有机物等等CH4 2O2 CO2 2H2O点燃点燃CH4 C 2H2 （H2进一步用于合成氨）进一步用于合成氨）高温高温CH4+H2O CH3OH H2催化剂催化剂一定条件一定条件二、天然气的综合利用u另：可燃冰另：可燃冰 天然气水合物（主成分天然气水合物（主成分 CH4nH2O）可燃冰可燃冰易燃烧，外形似冰。易燃烧，外形似冰。是

9、由天然气与水在是由天然气与水在低温低温(010)、高压高压(107 Pa)条件下形成的类冰状结晶物质。条件下形成的类冰状结晶物质。1.石油的形成：石油的形成：古代生物遗骸，经高温、高压作用，复杂生化作用转化而成。古代生物遗骸，经高温、高压作用，复杂生化作用转化而成。2.石油中元素：石油中元素：主要主要 C、H（占（占97%-98%）+少量少量 O、N、S 等等3.石油的成分石油的成分：主要为多种主要为多种碳氢化合物碳氢化合物组成的混合物组成的混合物4.石油的物性石油的物性：粘稠液体，呈黑色或深棕色，有特殊气味；粘稠液体，呈黑色或深棕色，有特殊气味；不溶于水，比水稍轻；不溶于水，比水稍轻；没有固

10、定的熔沸点。没有固定的熔沸点。1 50 1 50 个碳原子的个碳原子的个碳原子的个碳原子的烷烃及环烷烃烷烃及环烷烃烷烃及环烷烃烷烃及环烷烃，一般，一般，一般，一般不含烯烃不含烯烃不含烯烃不含烯烃 三、石油及其利用三、石油及其利用汽油、汽油、煤油、柴油等煤油、柴油等直接从矿井里开采出来的石油加工处理加工处理原油原油石油的综合利用分馏分馏裂化裂化裂解裂解催化催化重整重整(1)石油的分馏石油气石油气(C1 C4)汽油汽油(C5 C11)煤油煤油(C11 C16)柴油柴油(C15 C18)重油重油(C20以上以上)（脱脱盐盐后后）原原油油常压常压分馏分馏 利用原油中各组分的利用原油中各组分的沸点沸点不

11、同不同，将将复杂复杂的混合物的混合物 分离成分离成简单简单混合物混合物。柴油、燃料油、石蜡、柴油、燃料油、石蜡、润滑油、沥青润滑油、沥青轻质轻质液体液体燃料燃料物理变化！物理变化！5.石油的综合利用石油的综合利用三、石油及其利用随上升，逐层降温液化减减压压分馏分馏工业工业分馏分馏装置装置实验室：装置同蒸馏。装置同蒸馏。温度由低到高，温度由低到高，分段依次蒸出。分段依次蒸出。减压减压 降沸点：节能降沸点：节能 +防结焦防结焦5.石油的综合利用石油的综合利用三、石油及其利用供大于求供不应求碳原子数相对较多的碳原子数相对较多的重油重油，如沥青、石蜡等，如沥青、石蜡等碳原子数相对较少的碳原子数相对较少

12、的轻质油（汽、煤、柴油）轻质油（汽、煤、柴油）和和石油气石油气还需对重油化学转化：裂化（长链断为短链）、裂解（狠狠断成气）另外，一些环状烃是重要化工原料 催化重整，由链变环原油完成分馏(物理分离)后提高提高轻质轻质液体液体燃料燃料的产量的产量 裂化裂化目的目的：裂化裂化原理原理：C16H34 C8H18+C8H16催化剂催化剂加热加压加热加压十六烷十六烷辛烷辛烷辛烯辛烯5.石油的综合利用石油的综合利用三、石油及其利用(2)石油的裂化 例子：例子：问：如何区分问：如何区分 直馏汽油直馏汽油 和和 裂化汽油裂化汽油？分馏所得汽油：主要为烷烃，不能使KMnO4(aq)、溴水褪色。裂化所得汽油：烷烃+

13、烯烃等不饱和烃能使KMnO4(aq)、溴水褪色。催化剂、加热加压催化剂、加热加压含碳原子含碳原子多多的烃的烃含碳原子含碳原子较少较少的烃的烃断断 裂裂原料：原料：重油重油（如石蜡）（如石蜡）产物：产物：汽油汽油、煤油煤油、柴油柴油、润滑油等、润滑油等（包括（包括“热裂化热裂化”和和“催化裂化催化裂化”，区别在于是否使用催化剂），区别在于是否使用催化剂）重油重油在催化剂、加压、在催化剂、加压、更高温更高温下，下，经经更多步断裂更多步断裂变成变成短链烃短链烃（主要为（主要为C4及以下）及以下）。裂解裂解“深度裂化深度裂化”裂解的目的：裂解的目的：获得获得乙烯乙烯、丙烯丙烯、甲烷甲烷、丁烯丁烯等重要

14、化工基本原料。等重要化工基本原料。5.石油的综合利用石油的综合利用三、石油及其利用(3)石油的裂解预测温度对比：裂化预测温度对比：裂化 VS 裂解？裂解？原理：原理：C8H18 C4H10+C4H8催化剂催化剂加热加压加热加压C4H10 CH4+C3H6催化剂催化剂加热加压加热加压C4H10 C2H6+C2H4催化剂催化剂加热加压加热加压辛烷辛烷丁烷丁烷丁烯丁烯丁烷丁烷乙烷乙烷乙烯乙烯丁烷丁烷甲烷甲烷丙烯丙烯注：注：石油石油裂解裂解是目前生产是目前生产乙烯乙烯的主要方法的主要方法（乙烯产量（乙烯产量 衡量国家石化水平）。衡量国家石化水平）。石油在石油在加热加热和和催化剂催化剂的作用下的作用下，

15、结构调整，使，结构调整，使链状链状烃转化为烃转化为环状环状烃。烃。提高所得汽油的质量提高所得汽油的质量 获得副产物氢气获得副产物氢气 获得获得苯、甲苯苯、甲苯等重要的化工原料（等重要的化工原料（目的仅掌握目的仅掌握即可即可）目的：目的：5.石油的综合利用石油的综合利用三、石油及其利用(4)石油的催化重整5.石油的综合利用石油的综合利用三、石油及其利用石油分馏石油分馏、裂化及产品用途（裂化及产品用途（p.104）多数多数石油产品石油产品仍作燃料仍作燃料使用使用；仅仅一部分转化为一部分转化为化工、纺织、建材、化工、纺织、建材、医药、日化品等行业的医药、日化品等行业的基本原料基本原料。产出价值高产出

16、价值高 塑料塑料合成橡胶合成橡胶合成纤维合成纤维回顾：三大合成材料回顾：三大合成材料四、以煤、石油和天然气为原料生产合成材料更高价值的生活用品高分子材料聚合反应人工合成人工合成高分子材料高分子材料煤、石油、天然气基础化工原料路线：路线：四、以煤、石油和天然气为原料生产合成材料弊端弊端 合成高分子废弃物合成高分子废弃物带来带来“白色污染白色污染”新思路新思路 生物质资源利用（生物质资源利用（p.105）【有了解即可有了解即可】课 堂 小 结煤煤天然气天然气石油石油分馏裂化裂解干馏催化重整气化液化能源能源 /化工原料化工原料干馏干馏蒸馏蒸馏分馏分馏原理原理产物产物反应反应类型类型隔绝空气隔绝空气、

17、高温下、高温下使物质分解使物质分解液态混合物中各组分液态混合物中各组分沸点不同沸点不同，进行，进行分离分离与蒸馏原理相同，与蒸馏原理相同，是前者的进一步应用是前者的进一步应用产物为产物为混合物混合物理论上每一组分理论上每一组分产物为产物为纯净物纯净物产物为产物为沸点相近沸点相近的各的各组分组成的组分组成的混合物混合物化学变化化学变化物理变化物理变化物理变化物理变化u化学化学“三馏三馏”的比较的比较课 堂 辨 析高炉高炉煤气煤气水煤气水煤气天然气天然气液化石液化石油气油气焦炉气焦炉气裂解气裂解气主要主要成分成分COCO2H2COCH4C3H8C4H10H2CH4C2H4CO乙烯乙烯 C2H4丙烯

18、丙烯 C3H6丁烯丁烯 C4H8甲烷甲烷 CH4 等等u化学化学“六气六气”的主要成分的主要成分课 堂 辨 析将石油气将石油气加压液化加压液化炼铁炼铁尾气尾气煤的干馏煤的干馏石油裂解石油裂解也是也是煤层气煤层气沼气沼气的主要成分的主要成分(6)石油的裂化和裂解原理相石油的裂化和裂解原理相似似，目的也相同，目的也相同。()(7)裂化汽油不能用作提取溴的萃取剂裂化汽油不能用作提取溴的萃取剂。()(8)丁烷丁烷经催化裂解后，只能生成经催化裂解后，只能生成 2 种气态烃种气态烃。()(9)加热和催化剂作用下加热和催化剂作用下，石油，石油通过结构重整，通过结构重整，可可获取苯、甲苯等环状烃获取苯、甲苯等

19、环状烃。()(10)许多性能优异的合成高分子材料的原料为煤、石油和天然气许多性能优异的合成高分子材料的原料为煤、石油和天然气。()课 堂 练 习1.正误判断正误判断：(1)煤的气化是煤的气化是可可使煤转化成清洁燃料的物理过程。使煤转化成清洁燃料的物理过程。()(2)煤的干馏可得到甲烷、苯和氨等物质。煤的干馏可得到甲烷、苯和氨等物质。()(3)石油的分馏、裂化和裂解都属于化学变化。石油的分馏、裂化和裂解都属于化学变化。()(4)石油裂解的原料石油裂解的原料 是是 石油分馏产品。石油分馏产品。()(5)石油的分馏为物理变化，获取的各种产品为混合物石油的分馏为物理变化，获取的各种产品为混合物。()乙

20、烯乙烯+乙烷、丙烯乙烷、丙烯+甲烷甲烷重油（如石蜡油等）重油（如石蜡油等）2.【多选多选】我国在我国在“煤变油煤变油”技术上取得重大突破，技术上取得重大突破，每每 5 吨煤可合成吨煤可合成 1 吨吨液态液态成品成品燃料燃料油。下列叙述错误的是油。下列叙述错误的是()A煤的组成元素主要是碳，因此煤是纯净物煤的组成元素主要是碳，因此煤是纯净物 B“煤变油煤变油”的方法之一是使煤与的方法之一是使煤与 H2 作用生成液态有机物作用生成液态有机物 C煤之所以能变煤之所以能变“油油”，是因为煤中含有大量的汽油、柴油和煤焦，是因为煤中含有大量的汽油、柴油和煤焦油油 D煤变成成品油需要经过一系列工艺，发生复杂

21、的物理煤变成成品油需要经过一系列工艺，发生复杂的物理、化学变化化学变化AC课 堂 练 习煤的直接液化3.下列变化中，属于化学变化的是下列变化中，属于化学变化的是()A用苯从溴水中萃取溴用苯从溴水中萃取溴 B重油裂化得到轻质燃料油重油裂化得到轻质燃料油 C从煤焦油中提取苯、甲苯、二甲苯从煤焦油中提取苯、甲苯、二甲苯 D石油分馏得到汽油、煤油等产物石油分馏得到汽油、煤油等产物B4.【多选多选】下列说法正确的是下列说法正确的是()A石油裂解是目前生产乙烯的主要方法石油裂解是目前生产乙烯的主要方法 B石油主要含有碳、氢两种元素石油主要含有碳、氢两种元素 C石油裂解需要比裂化更高的温度，裂解又叫做石油裂解需要比裂化更高的温度，裂解又叫做“深度裂化深度裂化”D天然气是一种清洁燃料天然气是一种清洁燃料 E水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料 F加强热使煤发生反应的过程就是干馏加强热使煤发生反应的过程就是干馏 G煤的干馏产物均为有机物煤的干馏产物均为有机物ABCD课 堂 练 习煤的气化隔绝空气加强热使分解焦炭是无机碳单质(最多)、粗氨水与铵盐