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煤、石油和天然气
的综合利用
第八章 化学与可持续发展
1.结合石油化工了解化学在生产中的具体应用。
2.以煤、石油、天然气的开发利用为例，了解依据物质性质及其变化综合利用资源和能源的方法。
一、煤的组成及其综合利用
无机物(少量)
C 元素（大量）
H、O、N、S 等元素（少量）
无机盐等
污染环境
COx、NOx、 SO2 烟尘
1.煤的组成
有机物
煤直接作燃料——利用率低并污染环境
2、煤的综合利用
煤的干馏
煤的气化
煤的液化
获得洁净的燃料和多种化工原料
——物尽其用，保护环境
煤的干馏
煤干馏的产物有哪些？
将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化。
煤干馏的主要产品和用途
干 馏 产 品 主 要 成 分 主 要 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 氮肥
粗苯 苯、甲苯、二甲苯 炸药、染料、医药、农药、 合成材料
煤 焦 油 苯、甲苯、二甲苯 酚类、萘类 染料、医药、农药、合成材料
沥青 筑路材料、制碳素电极
焦 炭 炭 冶金、合成氨造气、电石、燃料
1. 必须隔绝空气，否则会使分解出来的成分燃烧。
2. 既能减少燃烧污染，又能提高燃煤的热效率，且能获得更有价值的化工原料。
3. 其过程中主要发生的是化学变化。
【注意事项】
煤的气化
在一定条件下把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。
主要反应是：
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
高温
CO和H2的混合物又叫水煤气
产品用途：作化工原料、燃料。
煤的液化
间接液化
煤与氢气作用生成液体燃料
先转化为CO和H2，再在催化剂作用下合成甲醇
CO + 2 H2 CH3OH (甲醇)
催化剂
加热加压
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
在一定条件下将煤转化为液体燃料。
直接液化
产品：甲醇、汽油等 产品用途：用作液体燃料
2. 煤的气化、液化是物质三态(气、液、固)之间的变化吗？为什么？
不是，物质三态之间的变化是物理变化，煤的气化、液化是化学变化。
1. 煤的干馏是煤的蒸馏吗？
不是。煤的干馏是将固体煤（混合物）隔绝空气加强热，使之分解产生其他物质的过程，是化学变化，而蒸馏是利用液体混合物中各组分沸点的差异而将组分分离的过程，是物理变化。
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
CO、H2等可燃性
气体物质
液态燃料油、甲醇等
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
可作燃料
可作燃料；基本化工原料
隔绝空气加强热
出炉煤气、
煤焦油、焦炭
很广泛
分解反应
下表比较煤的综合利用途径的区别
C+H2O(g) CO + H2
高温
CO + 2H2 CH3OH（甲醇）
催化剂
C+H2O(g) CO + H2
高温
天然气——主要成分CH4
海底可燃冰：CH4·nH2O
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
二、石油的组成及其综合利用
石油主要是多种碳氢化合物组成的混合物。(黑色或深棕色粘稠液体，比水稍轻，不溶于水，有特殊气味，无固定沸点。)
按元素：碳、氢含量为 97% - 98%
按物质：烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。
（一般石油不含烯烃）
按组成状态：固态、液态、气态。大部分是液态烃，同时在液态烃里溶有气态烃和固态烃。
石油——多种碳氢化合物组成的混合物
分馏
裂化
裂解
催化重整
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。该过程是物理变化。
石油分馏
常压分馏
减压分馏
以原油为原料，产品为石油气、汽油、煤油、柴油、重油等含碳原子少的轻质油。
以重油为原料，产品为柴油、润滑油、石蜡、燃料油、沥青等重油。
干馏 蒸馏 分馏
原理
产物
反应类型
隔绝空气、加强热使物质分解
根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离
与蒸馏原理相同
产物为混合物
产物为单一组分的纯净物
产物为沸点相近的各组分组成的混合物
化学变化
物理变化
物理变化
化学“三馏”的比较
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。
裂化的主要产物：汽油、煤油、柴油、润滑油等。
目的：
提高轻质汽油（裂化汽油）的产量
C16H34
十六烷
C8H18
辛烷
＋
C8H16
辛烯
催化剂
加热、加压
C8H18
辛烷
C4H10
丁烷
＋
C4H8
丁烯
催化剂
加热、加压
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）
主要产物：乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料。
C4H10
丁烷
CH4
甲烷
＋
C3H6
丙烯
催化剂
加热、加压
C2H6
乙烷
C4H10
丁烷
＋
C2H4
乙烯
催化剂
加热、加压
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。
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
目的：
分馏 裂化 裂解
原料 石油（脱水、脱盐后） 重油石蜡 分馏产品
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
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
石油的综合利用
3. 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。
2. 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。
1. 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。
煤、石油和天然气仍然是人类使用的主要能源，也是三种重要的化石燃料
三废:
废气、废水、废渣
优点: 提供能量、化工原料
缺点: 不可再生、环境污染
沉鱼
落雁
闭月
羞花
绿色化学的核心就是要利用化学原理从源头减少和消除污染。
绿色化学理念（防治优于治理）
从环境观点看：强调从源头上消除污染。（从一开始就避免污染物的产生）
从经济观点看：它提倡合理利用资源和能源，降低生产成本。（尽可能提高原子利用率）
热点：原子经济性——反应物原子全部转化为最终的期望产物，原子利用率为100%
1. 近期我国冀东渤海湾发现储量达10亿吨的大型油田。下列关于石油的说法正确的是(　　)
A. 石油属于可再生矿物能源
B. 石油主要含有碳、氢两种元素
C. 石油的裂化是物理变化
D. 石油的裂化是为了获得乙烯、丙烯等气态短链烃
B
2. 下列说法中错误的是(　　)
A. 石油是混合物，石油分馏得到的汽油也是混合物
B. 含C20以上的烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油
C. 焦炭是煤干馏的一种重要产品
D. 煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来
D
3. 下列说法中正确的是(　 　)
A. 煤不可以直接液化，只能间接液化
B. 将煤在空气中加强热使之分解的过程，称为煤的干馏，也叫煤的焦化
C. 将石油分馏得到大量的乙烯、丙烯等重要化工原料
D. 用溴的四氯化碳溶液可鉴别分馏获得的汽油和裂化获得的汽油
D

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