Bài viết này các em sẽ được giới thiệu về nguồn hidrocacbon thiên nhiên như dầu mỏ; khí thiên nhiên và khí mỏ dầu; Than mỏ.
Ngay sau đây, chúng ta sẽ tìm hiểu về thành phần của dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí mỏ dầu, than mỏ các phương pháp chế biến chúng và các ứng dụng của hidrocacbon trong công nghiệp và đời sống.
Bạn đang xem bài: Thành phần của dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí mỏ dầu, than mỏ và ứng dụng – Hóa 11 bài 37
I. Dầu mỏ
1. Trạng thái thiên nhiên, 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).
2. Thành phần hóa học của dầu mỏ
• Dầu mỏ là một thành phần hóa học phức tạp gồm hàng trăm hiđrocacbon thuộc các loại ankan, xicloankan, aren (hiđrocacbon thơm).
– Nhóm ankan từ C1 đến C50.
– Nhóm xicloankan gồm chủ yếu xiclopentan, xiclohexan và các đồng đẳng của chúng.
– Nhóm hiđrocacbon thơm gồm benzen, toluen, xilen, naphtalen và các đồng đẳng của chúng.
• Ngoài hiđrocacbon ra, trong dầu mỏ còn có một lượng nhỏ các chất hữu cơ chứa oxi, nitơ, lưu huỳnh và vết các chất vô cơ.
3. Khai thác dầu mỏ
– Muốn khai thác dầu, người ta khoan những giếng dầu. Khi khoan trúng lớp dầu lỏng, dầu sẽ tự phun lên do áp suất cao của khí dầu mỏ. Khi lượng dầu giảm, người ta phải dùng bơm hút dầu lên.
4. Chế biến dầu mỏ
a) Chưng cất dưới áp suất thường
– 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.
b) Chế biến hóa học
• Hai phương pháp chủ yếu chế hóa dầu mỏ là rifominh và cracking:
– Cracking là quá trình “bẻ gãy” phân tử hiđrocacbon mạch dài để tạo thành các phân tử hiđrocacbon mạch ngắn hơn nhờ tác dụng của nhiệt hoặc của xúc tác và nhiệt.
– Rifominh là quá trình dùng xúc tác và nhiệt làm biến đổi cấu trúc của phân tử hiđrocacbon từ mạch cacbon không nhánh thành phân nhánh (đồng phân hoá), từ không thơm thành thơm.
5. Ứng dụng của dầu mỏ
– Từ dầu mỏ, sản xuất ra các loại nhiên liệu cho các động cơ, các nhà máy.
– Làm nguyên liệu cho các quá trình sản xuất hoá học.
II. Khí thiên nhiên và khí mỏ dầu
Khí mỏ dầu có trong các mỏ dầu, khí thiên nhiên có trong các mỏ khí riêng biệt. Khí mỏ dầu và khí thiên nhiên của Việt Nam chứa rất ít hợp chất lưu huỳnh.
1. Thành phần hóa học của khí thiên nhiên và khí mỏ dầu
– Thành phần chủ yếu của khí thiên nhiên là metan, chiếm tới 95% thể tích. Phần còn lại là etan, propan, butan và một số chất khí vô cơ như nitơ, cacbon đioxit, hiđro sunfua, hiđro,…
– Thành phần của khí mỏ dầu gần giống như khí thiên nhiên, nhưng hàm lượng metan thấp hơn (chỉ chiếm khoảng 50 – 70% thể tích), còn các thành phần ankan khác lại cao hơn.
2. Ứng dụng của khí thiên nhiên và khí mỏ dầu
– Dùng làm nhiên liệu cho các nhà máy nhiệt điện.
– Là nguồn nguyên liệu và nhiên liệu quan trọng
III. Than mỏ
– Than mỏ là phần còn lại của cây cỏ cổ đại đã bị biến hoá. Có ba loại than chính: than gầy, than mỡ và than nâu.
– Khí lò cốc là hỗn hợp của các chất dễ cháy. Thành phần của khí lò cốc phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu, nhưng hàm lượng trung bình các chất theo thành phần phần trăm về thể tích như sau:
| H2 | CH4 | Hidrocacbon khác | CO | CO2, N2, O2 |
| 59% | 25% | 3% | 6% | 7% |
– Nhựa than đá là chất lỏng, có chứa nhiều hiđrocacbon thơm và phenol. Từ nhựa than đá người ta đã tách được nhiều chất có giá trị như benzen, toluen, phenol, naphtalen, … còn lại là hắc ín.
IV. Bài tập về nguồn hidrocacbon thiên nhiên
* Bài 1 trang 169 SGK Hóa 11: Hãy cho biết thành phần của dầu mỏ. Tại sao dầu mỏ lại không có nhiệt độ sôi nhất định? Có thể biểu thị thành phần của dầu mỏ bằng một công thức nhất định được không? Tại sao?
* Lời giải:
° Thành phần dầu mỏ: là hỗn hợp của rất nhiều các hiđrocacbon khác nhau, thành phần cơ bản gồm các loại ankan, xicloankan, aren ngoài ra còn 1 só lượng nhỏ các chất hữu cơ chứa oxi, nito, lưu huỳnh và vết các chất hữu cơ.
° Lý do dầu mỏ không có nhiệt độ sôi nhất định vì
Một cách chính xác thì dầu mỏ là hỗn hợp của các hiđrocacbon, là hợp chất của hiđro và cacbon. Nên nó không có nhiệt độ sôi nhất định.
Trong điều kiện thông thường, bốn ankan nhẹ nhất — CH4 (metan), C2H6 (etan), C3H8 (propan) và C4H10 (butan) – ở dạng khí, sôi ở nhiệt độ -161,6°C, -88,6°C, -42°C, và -0,5 °C tương ứng (-258,9°F, -127,5°F, -43,6°F, và -31,1°F).
° Dầu mỏ không có công thức nhất định cũng vì lý do trên.
Thành phần chính của dầu mỏ là metan , etan , butan , và propan, còn có rất nhiều các chất khác nhưng tỷ lệ 4 chất này là nhiều nhất.
* Bài 2 trang 169 SGK Hóa 11: Khí thiên nhiên, khí mỏ dầu, khí lò cốc là gì? Nêu thành phần chính của mỗi loại khí này và ứng dụng của chúng?
* Lời giải:
– Khí thiên nhiên có trong các mỏ khí riêng biệt, khí dầu mỏ có trong các mỏ dầu.
– Thành phần của khí mỏ dầu và khí thiên nhiên ở các mỏ khác nhau dao động như các số liệu ở bảng bên.
| Các hợp phần | Khoảng % thể tích | |
| Khí mỏ dầu | Khí thiên nhiên | |
| Metan | 50 – 70 | 70 – 95 |
| Etan | ~20 | 2 – 8 |
| Propan | ~11 | ~2 |
| Butan | ~4 | ~1 |
| Pentan (khí) | ~2 | ~1 |
| N2, H2, H2S, He, CO2 | ~12 | 4 – 40 |
– Ứng dụng: Làm nhiên liệu cho các nhà máy nhiệt điện.
* Bài 3 trang 169 SGK Hóa 11: Trình bày tóm tắt qui trình chưng cất dầu mỏ, các phân đoạn và ứng dụng của chúng? Có mấy loại than chính? Thành phần và cách chế biến chúng?
* Lời giải:
– 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 hoặc được chế biến tiếp.
Các sản phẩm chưng cất dầu mỏ ở áp suất thường
| Nhiệt độ sôi | Số nguyên tử C trong phân tử | Hướng xử lí tiếp theo |
| < 180ºC |
1~10
Phân đoạn khí và xăng |
Chưng cất áp suất cao, tách phân đoạn C1-C2, C3-C4 khỏi phân đoạn lỏng (C5-C10) |
| 170-270ºC |
10~16 Phân đoạn dầu hoả |
Tách tạp chất chứ S, dùng làm nhiên liệu phản lực, nhiên liệu thắp sáng, đun nấu… |
| 250-350ºC |
16-21 Phân đoạn điêzen |
Tách tạp chất chứa S, dùng làm nhiên liệu cho động cơ điêzen |
| 350-400ºC |
21-30 Phân đoạn dầu nhờn |
Sản xuất dầu nhờn, làm nguyên liệu cho crăcking |
| > 400ºC |
> 30 Cặn mazut |
Chưng cất áp suất thấp lấy nguyên liệu cho crăcking, dầu nhờn, parafin, nhựa rải đường |
Trong các loại than mỏ (than gầy, than béo, than bùn,…) hiện nay chỉ có than béo (than mỡ) được dùng để chế biến than cốc và cung cấp một lượng nhỏ hiđrocacbon. Than gầy chủ yếu dùng làm nhiên liệu cho các nhà máy nhiệt điện, xi măng,.v.v.
* Bài 4 trang 169 SGK Hóa 11: Một loại khí thiên nhiên có thành phần trăm về thể tích các khí như sau: 85,0% metan; 10,0% etan; 2,0% nitơ và 3,0% cacbon đioxit.
a) Tính thể tích khí (đktc) cần để đun nóng 100,0 lít nước từ 20oC lên 100oC, biết nhiệt toả ra khi đốt 1 mol metan, 1 mol etan lần lượt bằng: 880kJ; 1560kJ và để nâng 1 ml nước lên 1o cần 4,18J.
b) Nếu chuyển được toàn bộ hiđrocacbon trong 1,000.103 m3 khí trên (đktc) thành axetilen, sau đó thành vinyl clorua với hiệu suất toàn bộ quá trình bằng 65,0% thì sẽ thu được bao nhiêu kilogam vinyl clorua?
* Lời giải:
a) Nhiệt lượng cần để đun nóng 100 lít nước từ 20oC lên 100oC là:
4,18.(100 – 20).(100.103) = 33 440 000 (J) = 33 440 (kJ)
Gọi số mol khí thiên nhiên là x (mol)
⇒ nCH4 = 0,85x (mol) ; nC2H6 = 0,1x (mol)
Nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy metan là: 880.0,85x = 748x (kJ)
Nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy etan là: 15600.0,1x = 156x (kJ)
⇒ 748x + 156x = 33440
⇒ x = 36,991 (mol)
Vậy thể tích khí thiên nhiên cần dùng là:
V = 36,991.22,4 = 828,6 (lít) (đktc)
b) Ta có:
828,6 (lít) khí thiên nhiên có 0,85x (mol) CH4 và 0,1x (mol) C2H6
106 (lít) khí thiên nhiên có a (mol) CH4 và b (mol) C2H6
2CH4 → C2H2 → CH2=CHCl
2(mol) 1(mol)
37946,4 1893,2(mol)
2C2H6 → C2H2 → CH2=CHCl
1(mol) 1(mol)
4464,3 4464,3(mol)
Vì hiệu suất quá trình là 65% nên số mol vinyl clorua thực tế là:
(18973,2 + 4464,3).0,65 = 15234,4(mol)
Vậy khối lượng vinyl clorua thực tế thu được là:
15234,4. 62,5 = 952,15.103 (g) = 952,15 (kg)
Hy vọng với bài viết về Thành phần của dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí mỏ dầu, than mỏ và ứng dụng ở trên hữu ích cho các em. Mọi thắc mắc và góp ý các em hãy để lại bình luận dưới bài viết để Trường TCSP Mẫu giáo – Nhà trẻ Hà Nội ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tốt.
Về trang chủ: TH Huỳnh Ngọc Huệ
Bài viết thuộc danh mục: Tổng hợp
