資源簡介

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第八章
第一節 自然資源的開發利用
第3課時 煤、石油和天然氣的綜合利用
化學與可持續發展
煤
石 油
天然氣
目前，人們使用的燃料大多來自化石燃料。
化石燃料
煤：工業的“糧食”
石油：工業的“血液”
天然氣：清潔能源
迄今為止，煤、石油和天然氣仍是人類使用的主要能源，同時它們也是重要的化工原料。如何實現化石燃料的綜合利用，提高利用率，減少化石燃料燃燒所造成的的環境污染，是人類面臨的重大挑戰。
PART 01
煤的綜合利用
01
煤的綜合利用
一、煤的形成
01
煤的綜合利用
二、煤的組成
1.成分
多種有機物和少量無機物組成的復雜混合物
2.組成元素
主要是C元素，還有少量H、O、N、P、S、鹵素等元素
將煤直接作為燃料，利用率低且污染環境，因此，要通過煤的干餾、氣化和液化實現煤的綜合利用。
01
煤的綜合利用
三、煤的綜合利用
1.煤的干餾
將煤隔絕空氣加強熱使其分解的過程，叫做煤的干餾（煤的焦化)。
煤干餾的主要產品和用途 產品 主要成分 用途
出爐 煤氣 焦爐氣 氫氣、甲烷、 乙烯、一氧化碳 氣體燃料、化工原料
粗氨水 氨、銨鹽 化肥、炸藥、染料、醫藥、
農藥、合成材料
粗苯 苯、甲苯、二甲苯 煤焦油 苯、甲苯、二甲苯 酚類、萘 染料、醫藥、農藥、合成材料
瀝青 筑路材料、碳素電極
焦炭 碳 冶金、合成氨造氣、電石、燃料
01
煤的綜合利用
三、煤的綜合利用
2.煤的氣化
煤的氣化是將煤轉化為CO、H2、CH4等可燃性氣體的過程。
主要反應：C+H2O(g)══CO+H2
產品用途：化工原料、燃料
01
煤的綜合利用
三、煤的綜合利用
3.煤的液化
直接液化：煤與H2作用生成液體燃料
主要產品：甲醇、汽油等
產品用途：液體燃料
間接液化：先轉化為CO和H2，然后在催化劑作用下合成甲醇等
01
煤的綜合利用
三、煤的綜合利用
煤的利用途徑 煤的干餾 煤的氣化 煤的液化
原理
主要 反應
產品
用途
將煤轉化為可燃性
氣體（水煤氣）的過程
直接加氫液化或間接液化
將煤轉化為液態燃料的過程
隔絕空氣加強熱
分解反應
C+H2O(g) CO + H2
高溫
CO + 2H2 CH3OH
催化劑
C+H2O(g) CO + H2
高溫
CO、H2等可燃性
氣體物質
液態燃料油、甲醇等
出爐煤氣、
煤焦油、焦炭
可作燃料
可作燃料；基本化工原料
很廣泛
PART 02
天然氣的綜合利用
02
天然氣的綜合利用
一、天然氣
主要成分：CH4
可燃冰：天然氣與水在高壓、低溫條件下形成的類冰狀結晶物質，主要成分是甲烷水合物，組成可表示為CH4·nH2O
02
天然氣的綜合利用
一、天然氣
02
天然氣的綜合利用
二、天然氣的綜合利用
1. 清潔的化石燃料
2. 日常生活中，用作燃料
3. 化工生產中，用于合成氨和生產甲醇
4. 合成其他有機化合物
CH4+H2O CH3OH+H2
催化劑
一定條件
PART 03
石油的綜合利用
02
石油的綜合利用
一、石油的形成
古代動植物遺體經過復雜的變化而形成
02
石油的綜合利用
二、石油的成分
1.組成元素
主要含有碳和氫兩種元素（碳、氫含量為97%~98%），同時還含有少量的硫、氧、氮等元素
2.成分
主要是由各種烷烴、環烷烴和芳香烴所組成的混合物。大部分為液態烴；在液態烴中溶有氣態烴、固態烴。
02
石油的綜合利用
三、石油的綜合利用
1.石油的分餾
利用原油中各組分的沸點不同進行分離（蒸發冷凝）的過程，所得餾分是混合物。
產品：石油氣、汽油、煤油、柴油、重油等含碳原子少的輕質油
02
石油的綜合利用
三、石油的綜合利用
2.石油的裂化
在一定條件下（加熱、催化劑），把相對分子質量大、沸點高的烴斷裂為相對分子質量較小、沸點較低的烴。
加熱、加壓
C16H34 C8H18＋C8H16
催化劑
十六烷 辛烷 辛烯
加熱、加壓
C8H18 C4H10＋C4H8
催化劑
辛烷 丁烷 丁烯
目的：提高輕質汽油（裂化汽油）的產量
02
石油的綜合利用
三、石油的綜合利用
3.石油的裂解
采用比裂化更高的溫度，使其中相對分子質量較大的烴斷裂成乙烯、丙烯等小分子烴（小分子烴是有機化工的重要原料）。
加熱、加壓
C4H10 CH4＋C3H6
催化劑
丁烷 甲烷 丙烯
加熱、加壓
C4H10 C2H6＋C2H4
催化劑
丁烷 乙烷 乙烯
目的：獲得乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料
02
石油的綜合利用
三、石油的綜合利用
分餾 裂化 裂解
原料 石油（脫水、脫鹽后） 重油石蠟 分餾、裂化產品
物質變化 物理變化 化學變化 化學變化
條件 較低溫度 較高溫度 更高溫度
目的 初級石油產品 提高輕質油的產量和質量 短鏈不飽和烴
分餾、裂化、裂解的對比
02
石油的綜合利用
三、石油的綜合利用
4.石油的催化重整
在加熱和催化劑的作用下，通過結構的調整，使鏈狀烴轉化為環狀烴。
目的：
①提高汽油的質量
②獲得副產物氫氣
③獲得苯、甲苯等重要的化工原材
02
石油的綜合利用
三、石油的綜合利用
目前大多數石油產品仍作為燃料使用，只有一部分轉化為化工、紡織、建材、醫藥、日用化學品等行業的基本原料
PART 04
課堂總結
04
課堂總結
生物質資源的利用：利用物理、化學和生物方法將生物質資源轉化為材料（如木材、紙張）、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。
隨著合成材料的大量生產和使用，急劇增加的廢棄物也給人類社會造成了巨大的環境壓力。
以煤、石油和天然氣為原料，通過化學反應獲得許多性能優異的合成高分子材料，使人類在利用自然資源的進程中前進了一大步。
04
課堂總結
這堂課學到了什么？
PART 05
課后作業
05
課后作業

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