Đăng Nhập      Đăng ký Quên mật khẩu
Chương Trình Hóa Lớp 11
Câu Hỏi Thường Gặp
Cài Đặt Phần Mềm Hỗ Trợ
Giới Thiệu Gói Bài Học
Hướng Dẫn Học Viên
Thông Tin Người Dùng
Họ tên: Khách viếng thăm
Nickname: guest
Trường: N/A
Quận (huyện): N/A
Tỉnh (Thành phố): N/A
Ngày tham gia: 12/17/2017 10:36:21 PM
Dịch Vụ Hỗ Trợ
Thông Tin về Cadasa
Giới thiệu Chương trình Hóa học lớp 11
Bạn cần đăng nhập hệ thống để học hết bài học.
Lệ phí : 6.000 Đồng
Chương VII. Hidrocacbon thơm
Bài 4. Các nguồn hydrocacbon thiên nhiên
Số phần: 5 phần
Số lần xem tối đa: 6 lần/phần
bai giang hoa hoc 11
Đánh giá bài giảng:

BÀI 4

CÁC NGUỒN HYDROCACBON THIÊN NHIÊN

Giáo viên: Thầy Nguyễn Phước Hòa Tân

Giới thiệu:

Sự thay đổi bề mặt của quả đất xảy ra hằng triệu năm trước đã vùi lấp những khu rừng vào sâu trong lòng đất. Theo thời gian và cấu tạo địa chất, xác của động thực vật bị phân hủy để tạo thành các nguồn hydrocacbon thiên nhiên.

Nội dung bài giảng:

_Thành phần hóa học, tính chất, cách chưng cất và chế biến dầu mỏ bằng phương pháp hóa học, ứng dụng của các sản phẩm dầu mỏ.

_Thành phần hóa học, tính chất, cách chế biến và ứng dụng của khí dầu mỏ và khí thiên nhiên.

_Cách chế biến, ứng dụng của các sản phẩm từ than mỏ.

 Qua bài học về dầu mỏ và than đá ta đã thấy được dầu mỏ và than đá vừa là nguồn nhiên liệu chủ yếu của động cơ, vừa là nguồn nguyên liệu quan trọng để chế biến thành các sản phẩm hàng hoá từ dụng cụ sinh hoạt, các thiết bị điện tử như máy tính, TV, tủ lạnh bàn ghế, tơ sợi, dược phẩm…nghĩa là chung quanh ta đang tràn ngập những sản phẩm có nguồn gốc là than đá và nhất là dầu mỏ, do đó ta gọi dầu mỏ và than đá là “vàng đen” thì chẳng là cường điệu chút nào!


BÀI 4

CÁC NGUỒN HYDROCACBON THIÊN NHIÊN

Sự thay đổi bề mặt của quả đất xảy ra hằng triệu năm trước đã vùi lấp những khu rừng vào sâu trong lòng đất. Theo thời gian và cấu tạo địa chất, xác của động thực vật bị phân hủy để tạo thành các nguồn hydrocacbon thiên nhiên sau:

A. Khí thiên nhiên và khí dầu mỏ

I. Thành phần cấu tạo và nguồn gốc

- Khí thiên nhiên có trong những mỏ khí riêng biệt.

- Khí dầu mỏ hay khí đồng hành là lớp khí ở phía trên của mỏ dầu.

II. Ứng dụng

Sau khi loại bỏ khí H2S (mùi trứng thối) ra khỏi khí thiên nhiên và khí dầu mỏ. Ta nén làm lạnh sẽ thu được:

    - Khí CH4 dùng làm nhiên liệu cho nhà máy điện, nhà máy gốm sứ. CH4 còn là nguyên liệu để sản xuất acetylen, rượu metylic, aldehyd formic.

   -  Khí Etan dùng để tạo ra etylen rồi trùng hợp thành nhựa PE.

   -  Khí C3H8, C4H10 ép cho hoá lỏng được hỗn hợp propa-butagaz dùng làm nhiên liệu cho công nghiệp hay chất đốt cho các bếp gas.

B. DẦU MỎ

 I. Trạng thái thiên nhiên, tính chất vật lí và thành phần của dầu mỏ

Dầu mỏ có trong các túi dầu ở sâu trong lòng đất hay ở dưới thềm lục địa.

Túi dầu được bao bọc bởi lớp đất đá không thấm dầu, không thấm khí và không thấm nước.

 Mỗi túi dầu gồm ba lớp: lớp trên là lớp khí gọi là khí dầu mỏ hay khí đồng hành, lớp giữa là dầu thô, lớp dưới là nước mặn.Áp suất khí trong túi dầu rất lớn.

1. Thành phần

Dầu thô là một chất sệt màu đen không tan trong nước và nhẹ hơn nước.Trong dầu thô có nhiều loại hydrocacbon khác nhau trong đó có ba loại chính là alkan, cycloalkan và aren. Ngoài ra còn có những hợp chất hữu cơ chứa oxy, nitơ, lưu huỳnh và một ít hợp chất vô cơ chứa kim loại nặng…nói chung cấu tạo của dầu thô rất phức tạp nên dầu thô khai thác được từ hai mỏ dầu khác nhau thì thành phần định lượng của các chất khác nhau.

Thí dụ: Dầu thô ở thềm lục địa nước ta được các nhà buôn dầu thô cho là có hàm lượng alkan khá cao nhưng chứa rất ít hợp chất của lưu huỳnh.

 2. Khai thác

Khi đã thăm dò được độ lớn của túi dầu, tức là xác định được trử lượng dầu thô đạt hiệu quả kinh tế, người ta mới bắt đầu khoan khai thác. Nếu khoan trúng lớp dầu hay lớp nước mặn thì do áp suất của lớp khí rất lớn nên dầu tự phun lên. Nếu khoan trúng lớp khí thì khí sẽ bay lên hết, ta phải dùng máy bơm để hút dầu thô lên.

Do tư tưởng lạc quan ta thường gọi mỏ dầu là giếng dầu. Nhưng giếng dầu khác với giếng nước vì trữ lượng dầu trong giếng là có giới hạn, sau một thời gian khai thác sẽ hết dầu, khi đó nguời ta thường dựng bia kỉ niệm “ngày mất của giếng dầu”. Vì thế ta không nên lạc quan khi nghe tin lượng dầu thô ta xuất khẩu được ngày càng gia tăng, e rằng khi ta xây dựng xong các nhà máy lọc dầu thì một số giếng dầu của ta đã được dựng bia kỉ niệm.

II. Lọc dầu

Dầu thô không thể xử dụng ngay được mà phải đưa vào nhà máy lọc dầu để phân tích thành các nhóm hydrocacbon và tạp chất.

Công đoạn 1:

 Nguyên tắc hoạt động cơ bản trong công đoạn 1 của nhà máy lọc dầu là chưng cất phân đoạn dầu thô ở áp suất thường, dầu thô biến thành hơi và được ngưng tụ ở các khoảng nhiệt độ khác nhau nên ta thu được những nhóm hydrocacbon có nhiệt độ sôi khác nhau.

Cấu trúc của mọi nhà máy lọc dầu đều gồm có nồi cất và tháp chưng cất phân đoạn cao vài chục mét trong tháp có các mâm đặt từ thấp lên cao để hứng sản phẩm hydrocacbon bị  ngưng tụ. Nhiệt độ ở các mâm giảm dần theo chiều từ thấp lên cao vì càng ở xa lò nung.

 Theo chiều từ trên xuống dưới các mâm có nhiệt độ tăng dần sẽ hứng được các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon như sau:

 - Mâm có nhiệt độ thấp hơn 180oC ngưng tụ được các hydrocacbon từ C1 đến C10, đây là phân đoạn khí và xăng.

 - Mâm có nhiệt độ 170-270oC ngưng tụ được các hydrocacbon từ C10 – C16,  đây là phân đoạn dầu hoả, sau khi tách lưu huỳnh được dùng làm nhiên liệu phản lực, chất đốt, thắp sáng.

-  Mâm có nhiệt độ từ 250-350oC ngưng tụ được các hydrocacbon từ C16-C21, đây là phân đoạn dầu Diesel, sau khi tách S được dùng làm nhiên liệu cho động cơ Diesel.

-  Mâm có nhiệt độ từ 350-400oC ngưng tụ các hydrocacbon từ C21-C30, đây là phân đoạn dầu nhờn dùng để bôi trơn máy hay làm nguyên liệu cho phản ứng cracking.

- Mâm có nhiệt độ 400oC ngưng tụ được các hydrocacbon > C30, đây là phân đoạn mazut, sau khi chưng cất dưới áp suất thấp ta thu được dầu, mỡ để bôi trơn máy hay làm nguyên liệu cho phản ứng cracking, phần còn lại là hắc ín dùng làm nhựa rải đường.

 Công đoạn 2:

Tách các hỗn hợp khí và xăng, hỗn hợp mazut của công đoạn 1 thành các nhóm sản phẩm khác nhau theo phương pháp vật lí (chưng cất phân đoạn dưới áp suất cao và áp suất thấp)

1. Chưng cất phân đoạn ở áp suất cao hỗn hợp khí và xăng ta tách được:

a. Phân đoạn C1-C2, C3-C4  dung làm nhiên liệu khí hay chất đốt hoặc làm nguyên liệu cho các nhà máy hoá chất.

b. Phân đoạn C5-C6 gọi là dầu hoả dùng làm chất đốt, thắp sáng, dung môi hay cung cấp cho các nhà máy hoá chất làm nguyên liệu.

c. Phân đoạn C6-C10  chính là xăng nhưng phải qua reforming để nâng cao chất lượng tức là nâng chỉ số octan.

2. Với hỗn hợp mazut là một chất sệt màu đen ta phải chưng cất  dưới áp suất thấp cho các thành phần của  mazut dễ hoá hơi sau đó ngưng tụ ta sẽ tách ra được các sản phẩm như dầu nhờn, vaselin (dùng trong y học, hay bôi trơn máy) parafin là những alkan rắn dùng làm nến hay nguyên liệu cho phản ứng cracking. Chất bả sau cùng là hắc ín dùng làm nhựa rải đường.

 Công đoạn 3: Công nghiệp hoá dầu- cracking và reforming dầu mỏ

Công nghiệp hoá dầu là ngành công nghiệp làm gia tăng sản lượng và chất lượng xăng dầu đồng thời cung cấp cho các nhà máy hoá chất nguồn nguyên liệu hydrocacbon dồi dào phong phú để các nhà máy này chế biến thành nhiều sản phẩm hàng hoá đa dạng  khác nhau, đặc biệt là các sản phẩm polyme đang tràn ngập trong đời sống.

Chất lượng của xăng được đo bằng chỉ số octan. Chỉ số octan (được qui ước như sau: 2,2,4-trimetylpentan) càng cao thì xăng càng tốt.

Hai phản ứng quan trọng của công nghiệp hoá dầu là cracking (hiện tại phân từ của động từ bẻ gãy) và reforming ( hiện tại phân từ của động từ sửa lại hình dáng)

 1. Cracking: Vì nhu cầu xử dụng xăng dầu làm nhiên liệu cho các động cơ ngày càng gia tăng và rất nhiều ngành công nghiệp hoá chất cần dùng những nguyên liệu hydrocacbon mạch ngắn, alken nên người ta tìm cách biến đổi các hydrocacbon có mạch C dài (parafin, vaselin..) thành các hydrocacbon có mạch C ngắn hơn (xăng dầu và nhiên liệu khí). Như thế ta phải tìm cách bẻ gãy mạch cacbon ( bẻ gãy: to crack)..

Vậy: Cracking dầu mỏ là phản ứng bẽ gãy những hydrocacbon có mạch cacbon dài  thành những hydrocacbon có mạch cacbon ngắn hơn (nhằm làm gia tăng sản lượng xăng dầu và cung cấp nguyên liệu hydrocacbon thích hợp cho các nhà máy hoá chất).

Phương trình phản ứng cracking tổng quát:


 Với  m + p  =  n và m  0,  p  2


Có hai phương pháp cracking:

a. Cracking bằng nhiệt: Cracking nhiệt thực hiện ở nhiệt độ  700- 900oC  chủ yếu nhằm tạo ra các alken như etylen, propen, buten, penten dùng làm monome để trùng hợp thành polime.

Thí dụ: Từ hexan C6H14 cracking nhiệt thành hỗn hợp các hyrocacbon.

b. Cracking xúc tác: Thực hiện ở nhiệt độ 400- 450oC với xúc tác là alumimosilicat chủ yếu bẻ gãy mạch cacbon trong phân đoạn có nhiệt độ sôi cao như parafin, vaselin, dầu nhờn.. thành xăng nhiên liệu.

Thí dụ: Từ các alkan C21H44, C35H72 ta cracking xúc tác thành các hỗn hợp:

a. Khí cracking: C1  -  C4

b. Xăng            : C5 -  C11

c. Kerozen       : C10  - C16

d. Diesel          : C16  - C21

2. Reforming

Xăng thu được từ tháp chưng cất dầu mỏ chứa nhiều alkan không phân nhánh có chỉ số octan thấp nên người ta phải sửa lại dạng mạch cacbon không phân nhánh thành mạch có nhánh, mạch vòng no hay vòng thơm. Măt khác các alkan mạch thẳng có giá trị kinh tế thấp hơn hẳn alkan có nhánh, cyloalkan và nhất là aren. Quá trình sửa lại dạng mạch cacbon của alkan không phân nhánh chính là phản ứng reforming.

Vậy: Reforming là phản ứng hoá học dùng xúc tác và nhiệt để biến đổi alkan mạch thẳng thành alkan có nhánh, xicloalkan hay aren nhằm nâng cao chất lượng hydrocacbon.

Thí dụ:

a. Chuyển alkan mạch thẳng thành alkan có nhánh và cycloalkan:

- Tách H2 chuyển cyloalkan thành aren:

b. Tách hydro chuyển alkan thành aren:

- Điều kiện phản ứng: nhiệt độ 500oC, áp suất 20-40atm, chất xúc tác là Al2O3 hay nhôm silicat.

C. THAN MỎ HAY THAN ĐÁ

I. Trạng thái thiên nhiên

Xác thực vật bì vùi lấp trong lòng đất qua thời gian đã biến thành than đá còn  gọi là than mỏ;

Tuỳ theo niên đại địa chất ta có thể bắt gặp ba loại loại than đá:

  -  Than gầy chứa hàm lượng cacbon cao nhất.

  -  Than béo hay than mở chứa hàm lượng cacbon thấp hơn.

  -  Than bùn có hàm lượng cacbon thấp nhất được tìm thấy ở các đáy sông, ao hồ thiên nhiên đã cạn nước.

Ở nước ta có rất nhiều mỏ than gầy, than béo, nhiều mỏ lộ thiên tập trung ở Quãng Ninh, Mống Cái, Nông Sơn.

 Than bùn tập trung ở đáy các rừng ngập nước, ngập mặn như rừng U Minh…

II. Ứng dụng của than đá

Hiện nay ta chỉ xuất khẩu than đá, một lượng nhỏ than đá dùng để làm chất đốt cho các lò gạch, ngói, lò gốm sứ lò nấu hơi nuớc cho các nhà máy phát điện như nhà máy phát điện Uông Bí, hoặc dùng làm chất đốt trong sinh hoạt như than tổ ong, than quả bàng…

Riêng than béo có thể đem chưng cất khô để tạo ra than cốc dùng cho ngành luyện kim, khí than đá hay khí lò cốc dùng làm chất đốt và nhựa than đá.

Than béo   Than cốc (C) + Nhựa than đá + khí than đá hay khí lò cốc     

a. Tiếp tục chưng cất phân đoạn nhựa than đá ta sẽ thu được các aren, dị vòng thơm và các dẫn xuất của chúng.

Thí dụ: Khi chưng cất phân đoạn nhựa than đá ta thu được các hỗn hợp sản phẩm sau:

b. Phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 80 – 170oC gọi là dầu nhẹ đó là hỗn hợp benzen, toluen, xilen…

c. Phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 170 – 230oC gọi là dầu trung,  đó là hỗn hợp chứa naphtalen. Phênol, piridin…

d. Phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 230 – 270oC gọi là dầu nặng đó là hỗn hợp chứa cresol, xilenol, quinolin…

e. Chất bã còn lại là hắc ín dùng làm nhựa rãi đường.

Tổng kết về dầu mỏ và than đá

Qua bài học về dầu mỏ và than đá ta đã thấy được dầu mỏ và than đá vừa là nguồn nhiên liệu chủ yếu của động cơ, vừa là nguồn nguyên liệu quan trọng để chế biến thành các sản phẩm hàng hoá từ dụng cụ sinh hoạt, các thiết bị điện tử như máy tính, TV, tủ lạnh bàn ghế, tơ sợi, dược phẩm…nghĩa là chung quanh ta đang tràn ngập những sản phẩm có nguồn gốc là than đá và nhất là dầu mỏ, do đó ta gọi dầu mỏ và than đá là “vàng đen” thì chẳng là cường điệu chút nào!


Mời bạn nhấn vào link dưới đây để làm bài kiểm tra:

Bài kiểm tra - Các nguồn Hydrocacbon thiên nhiên - Đề số 1
Ý kiến và trao đổi về bài giảng
Mã xác nhận: