第二节化学与资源综合利用

v化石能源越来越少v环境问题越来越严重v保护环境已成为实现人类社会可持续发展的重要课题 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优点: 提供能量、化工原料缺点: 不可再生、环境污染一、煤、石油和天然气的综合利用一、煤、石油和天然气的综合利用(一)、煤的综合利用1、煤的组成 组成元素:主要是碳元素；（还有少量的H、O、N、P、S、卤素等）组成成分：是由多种有机物、无机物组成的复杂混合物。煤的结构模型污染环境COx、NOx、 SO2 烟尘煤的组成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产品产品主要成分主要成分用途用途焦炉焦炉煤气煤气焦炉气焦炉气 氢气、甲烷、乙烯、氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳一氧化碳气体燃料、化工原料气体燃料、化工原料粗氨水粗氨水氨、铵盐氨、铵盐炸药、染料、医药、农药、合成炸药、染料、医药、农药、合成材料材料粗苯粗苯苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯煤焦油煤焦油苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯酚类、萘酚类、萘染料、医药、农药、合成材料染料、医药、农药、合成材料沥青沥青筑路材料、制碳素电极筑路材料、制碳素电极焦碳焦碳碳碳冶金、合成氨造气、电石、燃料冶金、合成氨造气、电石、燃料煤的干馏实验装置图实验装置1实验装置2煤的干馏原理：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程。3.煤的气化： 将煤中的有机物及碳转化为可燃性气体的过程。 C(s) + H2O CO(g) + H2(g)高温高温CO(g)+ 3H2 CH4(g) + H2O(l)一定一定条件条件中热值气高热值气2CO(g)+ O2 2CO2(g)；H=-566KJ/mol2H2(g)+ O2 2H2O(l)；H=-571KJ/molCH4(g)+ 2O2 CO2(g) + 2H2O(l)H=-890.3KJ/mol 将煤转化液体燃料的过程。 分为直接液化和间接液化。 4.煤的液化：C(s) + H2O CO(g) + H2(g)高温高温 CO + 2H2 CH3OH（甲醇）一定一定条件条件如：5.煤的种类煤的种类:无烟煤无烟煤泥煤泥煤 褐煤褐煤天然气的综合利用 天然气既是一种清洁的化石燃料，更是一种重要的化工原料，作为化工原料，它主要用于合成 和生产 等。天然气化工以含一个碳原子的甲烷为原料，通过化学变化形成含两个或多个碳原子的其他有机化合物。实现天然气的有效转化是一项具有挑战性的课题。氨甲醇天然气灶液化天然气公交车一、煤、石油和天然气的综合利用一、煤、石油和天然气的综合利用（三）、石油的综合利用1、石油的组成元素: 主要是碳、氢元素是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物。（还有水分、盐分等杂质）石油的主要成分：2、石油的炼制(除水脱盐后)多种多种碳氢化合物碳氢化合物组成的组成的混合物混合物按元素来看：碳、氢含量为按元素来看：碳、氢含量为97%98% 按物质来看：烷烃、环烷烃、芳香烃按物质来看：烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物的混合物 石油的成分石油的成分石油分馏示意图25%产量提高1634818816818410484102426410436C H +C HC HC HC HC HC H +C HC HC HCHC H 催化剂加热、加压催化剂加热、加压催化剂加热、加压催化剂加热、加压重油经裂化、裂解可获得很多化工原料在加热和催化剂作用下，石油可通过结构的重新调整，使链状烃转化为环状烃目前，绝大部分石油作为燃料使用过程过程原理原理原料原料产品及用途产品及用途脱水脱水脱盐脱盐分馏分馏裂化裂化催化裂化催化裂化裂解裂解除去原油中的盐和水，减少对设除去原油中的盐和水，减少对设备的腐蚀。备的腐蚀。利用加热和冷凝，把石油分成利用加热和冷凝，把石油分成不同沸点范围的产物。不同沸点范围的产物。石油气，汽油，煤油，石油气，汽油，煤油，柴油，石蜡油、润滑柴油，石蜡油、润滑油、重油。油、重油。轻质液体燃料轻质液体燃料（裂化汽油）（裂化汽油）在一定条件下加热，把相对分子质量在一定条件下加热，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃。较小、沸点较低的烃。轻质液体燃料轻质液体燃料（裂化汽油）（裂化汽油）在一定条件下使用催化剂并加热，把在一定条件下使用催化剂并加热，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃。相对分子质量较小、沸点较低的烃。采用比裂化更高的温度，使其中采用比裂化更高的温度，使其中的长链烃断裂成乙烯、丙烯等小的长链烃断裂成乙烯、丙烯等小分子分子乙烯、丙烯、丁乙烯、丙烯、丁二烯等（有机化二烯等（有机化工的原料）工的原料）重油重油原油原油原油原油重油重油直链烷烃直链烷烃石油气石油气石油炼制比较蒸馏、分馏、干馏干馏、分馏、蒸馏的区别干馏、分馏、蒸馏的区别:v蒸馏蒸馏:把液体加热到沸腾变为蒸气把液体加热到沸腾变为蒸气,再使再使蒸气冷却凝结成液体的操作蒸气冷却凝结成液体的操作.使混合物中使混合物中沸点较低的组分挥发而达到混合物分离沸点较低的组分挥发而达到混合物分离除杂的目地除杂的目地.v分馏分馏:对对多组分多组分混合物在控温下先后混合物在控温下先后,连连续进行的两次或多次续进行的两次或多次蒸馏蒸馏.可使多组分混可使多组分混合物在一个完整的操作过程中分离为合物在一个完整的操作过程中分离为两两种或多种种或多种馏分而达到混合物分离或除杂馏分而达到混合物分离或除杂的目的的目的v干馏干馏:把固态混合物把固态混合物(如煤、木材如煤、木材)隔绝空隔绝空气加热使它分解的过程气加热使它分解的过程.v蒸馏蒸馏v分馏分馏物理变化物理变化干馏干馏:物理变化与化学变化物理变化与化学变化3、石油的裂化和裂解（1）裂化的目的：（2）裂化的原理：石油的裂化是 。 在催化剂的作用下将含碳原子多的重油（烃）断裂成碳原子较少的烃的过程。提高轻质液体燃料的产量。(3)裂解: 深度的裂化。裂解的目的：获得乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料。乙烯的产量是一个国家石化水平的标志 裂化与裂解的区别裂化与裂解的区别:v裂化裂化:在一定条件下在一定条件下,使相对分子质量大、使相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃的过程点低的烃的过程.v裂解裂解:比裂化更高的温度比裂化更高的温度(700800),使石油分馏产物中的长链烃断裂成乙烯、使石油分馏产物中的长链烃断裂成乙烯、丙烯等短链烃的加工过程丙烯等短链烃的加工过程.v裂解是裂解是一种深度的裂化一种深度的裂化v1、塑料v2、合成橡胶 v3、合成纤维都是石油、煤、天然气为原料生产的聚乙烯的生成原理：（聚合反应）聚乙烯的生成原理：（聚合反应）在适当温度、压强和有催化剂存在的情况下，乙在适当温度、压强和有催化剂存在的情况下，乙烯双键里的一个键会断裂，分子里的碳原子能互相烯双键里的一个键会断裂，分子里的碳原子能互相结合成为很长的链。结合成为很长的链。 nCH2=CH2 CH2CH2n聚乙烯与高分子化合物（1）聚乙烯的生成CH2=CH2CH2=CH2CH2=CH2+ CH2CH2 nnCH2=CH2 催化剂 CH2CH2 n聚乙烯（2）高分子化合物及其特征 聚合反应聚合反应：由相对分子质量小的化合物：由相对分子质量小的化合物分子互相结合成相对分子质量大的高分分子互相结合成相对分子质量大的高分子的反应。子的反应。 又因此反应属于乙烯的加成反应，所以又因此反应属于乙烯的加成反应，所以这种聚合反应又叫这种聚合反应又叫加成聚合反应加成聚合反应，简称，简称加聚反应加聚反应。加聚反应（2）高分子化合物及其特征相对分子质量很大,是混合物,无固定的熔沸点。 1、原料： 。2、合成材料基本特征： 。3、合成材料的合成原理： 。例如：乙烯合成聚乙烯 ，丙烯合成聚丙烯 。石油、煤、天然气相对分子质量很大，属于高分子化合物加聚、缩聚2、以煤、石油和天然气为原料生产合成材料、以煤、石油和天然气为原料生产合成材料（1）聚乙烯的生成）聚乙烯的生成加聚反应加聚反应H2CCH2nH2CCH2n 链节H2CCH2聚合度单体塑料、合成橡胶、合成纤维H2CCH2H2CCH2H2CCH2H2CCH2H2CCH2H2CCH2H2CCH2H2CCH2H2CCH2聚丙烯： 单体：CH2CHCH3聚苯乙烯单体：CH2CHC6H5聚甲基丙烯酸甲酯 （有机玻璃）单体：CH2CCH3COOCH3酚醛塑料单体：苯酚、甲醛聚四氟乙烯单体：CF2CF2思考与交流：1、目前，回收利用废旧合成材料有很多途径，请查阅资料了解有哪些途径？并试着从环境保护和经济成本等方面作出评价。2、你认为应该限制生产、使用聚苯乙烯塑料快餐盒，还是回收利用？请用必要资料和数据作为论据。1、回收利用废旧合成材料主要有三种途径：一是通过熔融再生重新作成多种有用的材料；二是采用热裂解或化学处理的方法使其分解，用于制备多种化工原料；三是将废旧合成材料作为燃料使用。知识扩展涤纶、锦纶、醇酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂等合成高分子化合物都是由缩聚反应制得 常用塑料在自然环境降解速率很慢，随着合成材料大量生产和使用，急剧增加的废弃物造成巨大环境压力。COOHCOHOH2CCH2OHHOCOOCOCH2CH2n+H2Onn+对 苯 二 甲 酸乙 二 醇聚 酯 纤 维 （ 涤 纶 ）