《化学必修第二册》——31、煤、石油和天然气的综合利用

第八章  化学与可持续发展

第一节　自然资源的开发利用

三、煤、石油和天然气的综合利用

三大化石燃料煤、石油和天然气仍然是人类的主要能源，同时它们也是重要的化工原料。

化石燃料的主要缺点是不可再生，且使用过程中易造成严重的环境污染。如何实现化石燃料的综合利用，提高其利用率，并减少使用过程中造成的环境污染，是人类面临的重大挑战。

1、煤的综合利用

（1）煤的组成

煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物。其组成以碳元素为主，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。

（2）煤的干馏

将煤隔绝空气加强热，使之分解的过程叫煤的干馏，工业上也叫煤的焦化。

从煤干馏产物中可得到一些重要的化工原料，下面是其主要产品和用途：  

（2）煤的气化

煤的气化是指将煤转化为可燃性气体的过程，主要反应是碳与水蒸气反应生成水煤气等。

水煤气可以作为燃料，也可以作为化工原料。

（3）煤的液化

直接液化：将煤与氢气作用生成液体燃料，如甲醇、乙醇、汽油等。

间接液化：一般先将煤气化得到一氧化碳和氢气，然后在催化剂的作用下，合成甲醇等。

2、天然气的综合利用

天然气是一种清洁的化石燃料，是日常生活中重要的燃料，同时它也是一种重要的化工原料，用于合成氨和生产甲醇等。

以含一个碳原子的甲烷为原料，通过化学变化合成含两个或多个碳原子的有机化合物，称为一碳化学。

资料：天然气水合物——可燃冰  

天然气与水在低温、高压环境中可形成冰状结晶物质。主要成分是甲烷水合物，其组成可表示为CH4·nH2O，其结构是多个水分子形成笼，甲烷分子处于笼中。

其外观像冰，可以燃烧，故名可燃冰，主要存在于深海底部。

可燃冰的开发已经成为一个重要的领域。但其开发会引发海底地质灾害，甲烷也是一种温室气体，会加重温室效应。

3、石油的综合利用

（1）石油的组成

石油是由多种碳氢化合物（烃）组成的混合物，成分复杂，且不同产地石油成分有所差异。

（2）石油的分馏

分馏的原理：利用石油中各组分沸点的不同进行分离的过程，属于物理变化。

分馏的主要产品：

（3）石油的裂化和裂解

分馏得到的轻质油产量少，重油的产量高，因此工业上将重油催化裂化得到汽油等轻质油，再进一步裂解，可以得到很多重要的化工原料，如乙烯、丙烯等，属于化学变化。

（4）催化重整

石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构调整，将链状烃转化为环状烃，如苯和甲苯等化工原料。

思考：怎样区分直馏汽油（分馏得到的汽油）和裂化汽油（裂化得到的汽油）。

从生产原理看，直馏汽油主要是饱和烃的混合物，裂化汽油含不饱和烃。可以用溴的四氯化碳溶液检验，不能使之褪色的是直馏汽油，能使之褪色的是裂化汽油。

4、化石能源与合成高分子材料

以煤、石油、天然气为原料，通过化学反应可以制得合成高分子材料。

常见的三大合成高分子材料包括塑料、合成橡胶、合成纤维，如聚乙烯、聚丙烯等。

随着合成材料的大量使用，急剧增加的废弃物也带来了比较严重的环境压力。