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第八章
第一节 自然资源的开发利用
第3课时 煤、石油和天然气的综合利用
化学与可持续发展
煤
石 油
天然气
目前，人们使用的燃料大多来自化石燃料。
化石燃料
煤：工业的“粮食”
石油：工业的“血液”
天然气：清洁能源
迄今为止，煤、石油和天然气仍是人类使用的主要能源，同时它们也是重要的化工原料。如何实现化石燃料的综合利用，提高利用率，减少化石燃料燃烧所造成的的环境污染，是人类面临的重大挑战。
PART 01
煤的综合利用
01
煤的综合利用
一、煤的形成
01
煤的综合利用
二、煤的组成
1.成分
多种有机物和少量无机物组成的复杂混合物
2.组成元素
主要是C元素，还有少量H、O、N、P、S、卤素等元素
将煤直接作为燃料，利用率低且污染环境，因此，要通过煤的干馏、气化和液化实现煤的综合利用。
01
煤的综合利用
三、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（煤的焦化)。
煤干馏的主要产品和用途 产品 主要成分 用途
出炉 煤气 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 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 碳 冶金、合成氨造气、电石、燃料
01
煤的综合利用
三、煤的综合利用
2.煤的气化
煤的气化是将煤转化为CO、H2、CH4等可燃性气体的过程。
主要反应：C+H2O(g)══CO+H2
产品用途：化工原料、燃料
01
煤的综合利用
三、煤的综合利用
3.煤的液化
直接液化：煤与H2作用生成液体燃料
主要产品：甲醇、汽油等
产品用途：液体燃料
间接液化：先转化为CO和H2，然后在催化剂作用下合成甲醇等
01
煤的综合利用
三、煤的综合利用
煤的利用途径 煤的干馏 煤的气化 煤的液化
原理
主要 反应
产品
用途
将煤转化为可燃性
气体（水煤气）的过程
直接加氢液化或间接液化
将煤转化为液态燃料的过程
隔绝空气加强热
分解反应
C+H2O(g) CO + H2
高温
CO + 2H2 CH3OH
催化剂
C+H2O(g) CO + H2
高温
CO、H2等可燃性
气体物质
液态燃料油、甲醇等
出炉煤气、
煤焦油、焦炭
可作燃料
可作燃料；基本化工原料
很广泛
PART 02
天然气的综合利用
02
天然气的综合利用
一、天然气
主要成分：CH4
可燃冰：天然气与水在高压、低温条件下形成的类冰状结晶物质，主要成分是甲烷水合物，组成可表示为CH4·nH2O
02
天然气的综合利用
一、天然气
02
天然气的综合利用
二、天然气的综合利用
1. 清洁的化石燃料
2. 日常生活中，用作燃料
3. 化工生产中，用于合成氨和生产甲醇
4. 合成其他有机化合物
CH4+H2O CH3OH+H2
催化剂
一定条件
PART 03
石油的综合利用
02
石油的综合利用
一、石油的形成
古代动植物遗体经过复杂的变化而形成
02
石油的综合利用
二、石油的成分
1.组成元素
主要含有碳和氢两种元素（碳、氢含量为97%~98%），同时还含有少量的硫、氧、氮等元素
2.成分
主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃所组成的混合物。大部分为液态烃；在液态烃中溶有气态烃、固态烃。
02
石油的综合利用
三、石油的综合利用
1.石油的分馏
利用原油中各组分的沸点不同进行分离（蒸发冷凝）的过程，所得馏分是混合物。
产品：石油气、汽油、煤油、柴油、重油等含碳原子少的轻质油
02
石油的综合利用
三、石油的综合利用
2.石油的裂化
在一定条件下（加热、催化剂），把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃。
加热、加压
C16H34 C8H18＋C8H16
催化剂
十六烷 辛烷 辛烯
加热、加压
C8H18 C4H10＋C4H8
催化剂
辛烷 丁烷 丁烯
目的：提高轻质汽油（裂化汽油）的产量
02
石油的综合利用
三、石油的综合利用
3.石油的裂解
采用比裂化更高的温度，使其中相对分子质量较大的烃断裂成乙烯、丙烯等小分子烃（小分子烃是有机化工的重要原料）。
加热、加压
C4H10 CH4＋C3H6
催化剂
丁烷 甲烷 丙烯
加热、加压
C4H10 C2H6＋C2H4
催化剂
丁烷 乙烷 乙烯
目的：获得乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料
02
石油的综合利用
三、石油的综合利用
分馏 裂化 裂解
原料 石油（脱水、脱盐后） 重油石蜡 分馏、裂化产品
物质变化 物理变化 化学变化 化学变化
条件 较低温度 较高温度 更高温度
目的 初级石油产品 提高轻质油的产量和质量 短链不饱和烃
分馏、裂化、裂解的对比
02
石油的综合利用
三、石油的综合利用
4.石油的催化重整
在加热和催化剂的作用下，通过结构的调整，使链状烃转化为环状烃。
目的：
①提高汽油的质量
②获得副产物氢气
③获得苯、甲苯等重要的化工原材
02
石油的综合利用
三、石油的综合利用
目前大多数石油产品仍作为燃料使用，只有一部分转化为化工、纺织、建材、医药、日用化学品等行业的基本原料
PART 04
课堂总结
04
课堂总结
生物质资源的利用：利用物理、化学和生物方法将生物质资源转化为材料（如木材、纸张）、燃料（如生物乙醇、生物柴油），以及基本化工原料（如木炭、乙醇、甲醇、甲烷）等。
随着合成材料的大量生产和使用，急剧增加的废弃物也给人类社会造成了巨大的环境压力。
以煤、石油和天然气为原料，通过化学反应获得许多性能优异的合成高分子材料，使人类在利用自然资源的进程中前进了一大步。
04
课堂总结
这堂课学到了什么？
PART 05
课后作业
05
课后作业

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