Bài 37. Nguồn hiđrocacbon thiên nhiên

Trường THPT Hoà An
Tổ: Hoá- Lí
GIÁO VIÊN:
Phan Hoàng Thaém
A. DẦU MỎ
I. Trạng thái thiên nhiên, tính chất vật lý và thành phần của dầu mỏ
II. Chưng cất dầu mỏ
III. Chế biến dầu mỏ bằng phương pháp hóa học
B. KHÍ DẦU MỎ VÀ KHÍ THIÊN NHIÊN
I. Thành phần khí mỏ dầu và khí thiên nhiên
II. Chế biến, ứng dụng của khí mỏ dầu và khí thiên nhiên
C. THAN MỎ
I. Chưng khô than béo
II. Chưng cất nhựa than đá
NỘI DUNG
I. TRẠNG THÁI THIÊN NHIÊN, TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ THÀNH PHẦN CỦA DẦU MỎ
Trạng thái thiên nhiên và tính chất vật lý
2. Thành phần hóa học
A. DẦU MỎ
Hoàng Xuân Hiến - THCS Phù Cừ
Nước
Dầu
Khí
Mỏ dầu và cách khai thác
Trạng thái thiên nhiên và tính chất vật lý
 Dầu mỏ là một hỗn hợp lỏng, sánh, màu nâu đen, có mùi đặc trưng, nhẹ hơn nước và không tan trong nước.
 Dầu mỏ được khai thác từ các mỏ dầu dưới lòng đất (trong lục địa cũng như ngoài thềm lục địa).
 Thành phần nguyên tố của dầu mỏ thường là:
83  87%C ; 11  14%H ; 0,01  7%S ; 0,01  7%O ; 0,01  2%N.
 Các kim loại nặng vào khoảng phần triệu đến phần vạn.
2. Thành phần hóa học
Hidrocacbon: ankan, xicloankan, aren (chủ yếu)
Chất hữu cơ chứa oxi, nitơ, lưu huỳnh (lượng nhỏ)
Chất vô cơ (rất ít)
DẦU MỎ
II. CHƯNG CẤT DẦU MỎ
1. Chưng cất dưới áp suất thường
a) Chưng cất phân đoạn trong phòng thí nghiệm
b) Chưng cất phân đoạn dầu mỏ
2. Chưng cất dưới áp suất cao
3. Chưng cất dưới áp suất thấp
Cột cất
phân đoạn
Chưng cất dưới áp suất thường
H2O
Ống sinh hàn
Nhiệt kế
Hỗn hợp cần phân tách
5000c
3400c
2500c
650c
Dầu thô
Hắc ín
Dầu mazut
Dầu điezen
Dầu hoả
Xăng
Khí đốt
Sơ đồ chưng cất dầu mỏ và ứng dụng của các sản phẩm
Hoàng Xuân Hiến - THCS Phù Cừ
a) Chưng cất phân đoạn trong phòng thí nghiệm
 Để phân tách các chất có nhiệt độ sôi khác nhau không nhiều, người ta dùng phương pháp chưng cất phân đoạn.
 Ở cột cất phân đoạn hỗn hợp hơi càng lên cao càng giàu hợp phần có nhiệt độ sôi thấp, vì hợp phần có nhiệt độ sôi cao đã bị ngưng đọng dần từ dưới lên.
b) Chưng cất phân đoạn dầu mỏ
 Dầu khai thác từ mỏ lên gọi là dầu thô.
 Dầu thô sau khi sơ chế loại bỏ nước, muối, được chưng cất ở áp suất thường trong các tháp chưng cất phân đoạn liên tục cao vài chục mét. Nhờ vậy, người ta tách được những phân đoạn dầu có nhiệt độ sôi khác nhau. Các phân đoạn đó được đưa đi sử dụng tiếp hoặc được chế biến tiếp.
Ảnh nhà máy tinh cất dầu mỏ
C1  C2 ; C3  C4 dùng làm nhiên liệu khí hoặc khí hóa lỏng.
C5  C6 gọi là ete dầu hỏa được dùng làm dung môi hoặc nguyên liệu cho nhà máy hóa chất.
C6H10 là xăng nhưng thường có chất lượng thấp nên phải qua chế hóa bằng phương pháp rifominh.
2. Chưng cất dưới áp suất cao
 Phần còn lại sau khi chưng cất ở áp suất thấp (có thể chiếm tới 40% dầu thô) là một loại hỗn hợp nhớt đặc, màu đen gọi là cặn mazut.
3. Chưng cất dưới áp suất thấp
Phân đoạn linh động (dùng cho crackinh)
Dầu nhờn (để bôi trơn máy)
Vazơlin (dùng trong y dược)
CẶN MAZUT
Parafin (dùng làm nến)
Atphan (dùng rải đường)
III. CHẾ BIẾN DẦU MỎ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC
Chế biến dầu mỏ bằng phương pháp hóa học (nói gọn là chế hóa dầu mỏ) là biến đối cấu tạo hóa học các hidrocacbon của dầu mỏ. Chế hóa dầu mỏ nhằm mục đích:
 Đáp ứng nhu cầu về số lượng xăng làm nhiên liệu.
Chất lượng xăng đo bằng chỉ số octan.
Chỉ số octan càng cao xăng càng tốt.
Thực nghiệm cho thấy chỉ số octan của hidrocacbon giảm theo trật tự:
Aren
Aren
có nhánh
Ankan
có nhánh
Xicloankan
có nhánh
Aren
không nhánh
Ankan
không nhánh
Xicloankan
không nhánh
1. Rifominh
Hai phương pháp chủ yếu chế hóa dầu mỏ là rifominh và crackinh
Xăng thu được từ chưng cất dầu mỏ chứa chủ yếu là những ankan không nhánh. Vì vậy có chỉ số octan thấp.
Rifominh là quá trình dùng xúc tác và nhiệt biến đổi cấu trúc của hidrocacbon từ không phân nhánh thành nhánh, từ không thơm thành thơm.
 Chuyển ankan mạch thẳng thành ankan mạch nhánh và xicloankan.
Xảy ra 3 loại phản ứng chủ yếu sau:
CH3[CH2]5CH3
(CH3)2CHCH2CH(CH3)2
+
H2
CH3
heptan
 Tách hidro chuyển xicloankan thành aren
 Tách hidro chuyển ankan thành aren
xt, t°
+
3H2
CH3[CH2]5CH3
xt, t°
xt, t°
+
4H2
CH3
C7  C8
C6  C7
C8
Xăng: C5  C11 (gồm chủ yếu ankan
có nhánh,
xicloankan và aren nên chỉ
số octan cao hơn)
Benzen (C6H6), Toluen (CH3C6H5)
Xilen [(CH3)2C6H4], Stiren
(CH2 = CHC6H5)
2. Crackinh
Crackinh là quá trình bẻ gãy phân tử hidrocacbon mạch dài thành các phân tử hidrocacbon mạch ngắn hơn nhờ tác dụng của nhiệt (crackinh nhiệt) hoặc của xúc tác và nhiệt (crackinh xúc tác).
VD:
C16H34
C16  mH34  2m
CmH2m
+
(m = 2  16)
a) Crackinh nhiệt
 Crackinh nhiệt thực hiện ở nhiệt độ trên 700  900°C chủ yếu nhằm tạo ra aten, propen, buten và penten dùng làm monome để sản xuất polime.
CH4 + CH2 = CH2 + CH3CH = CH2
15% 40% 20%
C2H6 + C3H8 + C4H8 + C4H10 +
+ C5H10 + C5H12 + C6H12 + H2
CH3[CH2]4CH3
b) Crackinh xúc tác
 Crackinh xúc tác chủ yếu nhằm chuyển hidrocacbon mạch dài của các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao thành xăng nhiên liệu.
CH4 + CH2 = CH2 + CH3CH = CH2
15% 40% 20%
C2H6 + C3H8 + C4H8 + C4H10 +
+ C5H10 + C5H12 + C6H12 + H2
C21  C35
Kết luận:
Chế biến dầu mỏ bao gồm chưng cất dầu mỏ và chế biến bằng phương pháp hóa học.
I. THÀNH PHẦN KHÍ MỎ DẦU VÀ KHÍ THIÊN NHIÊN
Khí mỏ dầu còn gọi là khí đồng hành. Khí mỏ dầu có trong các mỏ dầu. Khí thiên nhiên là khí chứa trong các mỏ khí riêng biệt.
Thành phần của khí mỏ dầu và khí thiên nhiên ở các mỏ khác nhau dao động như các số liệu ở bảng sau.
B. KHÍ MỎ DẦU VÀ KHÍ THIÊN NHIÊN
II. CHẾ BIẾN, ỨNG DỤNG CỦA KHÍ MỎ DẦU VÀ KHÍ THIÊN NHIÊN
CH4: Dùng cho nhà máy điện, sứ, đạm,
sản xuất ancol metylic, andehit fomic,...
C2H6: Điều chế etilen để sản xuất nhựa PE
Khí mỏ dầu
Khí thiên nhiên
C3H8, C4H10: Khí hóa lỏng (gas) dùng làm
nhiên liệu cho công nghiệp, đời sống.
I. CHƯNG KHÔ THAN BÉO
Khí lò cốc: 65%H2 ; 35%CH4 ; CO2 ;
CO ; C2H6 ; N2 ... dùng làm nhiên liệu.
Lớp nước + NH3 : dùng làm phân đạm.
Lớp nhựa: gọi là nhựa than đá.
Làm lạnh
Than béo
(Than mỡ)
Than cốc dùng cho luyện kim.
C. THAN MỎ
II. CHƯNG CẤT NHỰA THAN ĐÁ
Nhựa than đá đem chưng cất sẽ thu được các hidrocacbon thơm, dị vòng thơm và các dẫn xuất của chúng. Thí dụ, ở các khoảng nhiệt độ tăng dần sẽ thu được các phân đoạn sau:
Phân đoạn sôi ở 80  170°C, gọi là dầu nhẹ, chứa benzen, toluen, xilen,...
Phân đoạn sôi ở 170  230°C, gọi là dầu trung, chứa naphtalen, phenol, piridin,...
Phân đoạn sôi ở 230  270°C, gọi là dầu nặng, chứa crezol, xilenol, quinolin,...
Cặn còn lại là hắc ín dùng để rải đường.