BÀI 37. NGUỒN HIĐROCACBON THIÊN NHIÊN
A. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM
I. DẦU MỎ
- Dầu mỏ nằm trong các túi dầu trong lòng đất:
- Thành phần: Dầu mỏ là hỗn hợp phức tạp gồm hàng trăm hiđrocacbon thuộc các loại ankan, xicloankan, aren, ngoài ra còn có một lượng nhỏ các chất hữu cơ chứa oxi, nitơ, lưu huỳnh và vết các chất vô cơ.
- Khai thác: 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.
- Chế biến:
+ Chưng cất dầu mỏ:
+ Chế biến dầu mỏ bằng phương pháp hóa học:
Để thu được nhiều xăng có chất lượng cao và nhiều nguyên liệu cho tổng hợp hoá học, người ta áp dụng các phương pháp crăckinh và rifominh.
Refoming là quá trình dùng xúc tác và nhiệt biến đổi cấu trúc của hiđrocacbon từ không phân nhánh thành phân nhánh, từ không thơm thành thơm.
Crăckinh là quá trình bẻ gãy phân tử hiđrocacbon nhờ tác dụng của nhiệt hoặc của xúc tác và nhiệt.
II. KHÍ THIÊN NHIÊN VÀ KHÍ MỎ DẦU
1. Thành phần
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
- 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:
- 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.
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
Bài tập thuộc phần kiến thức nguồn hiđrocacbon thiên nhiên chủ yếu là các bài tập lý thuyết. Do vậy học sinh cần ghi nhớ một số kiến thức sau để có thể làm tốt bài tập về nguồn hiđrocacbon thiên nhiên:
- Dầu mỏ là hỗn hợp phức tạp gồm hàng trăm hiđrocacbon thuộc các loại ankan, xicloankan, aren, ngoài ra còn có một lượng nhỏ các chất hữu cơ chứa oxi, nitơ, lưu huỳnh và vết các chất vô cơ.
- Khí thiên nhiên là khí chứa trong các mỏ khí riêng biệt, tại đó khí tích tụ trong các lớp đất đá.
- Khí mỏ dầu còn gọi là khí đồng hành. Khí mỏ dầu có trong các mỏ dầu.
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.
III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
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?
Hướng dẫn giải:
- Thành phần: Dầu mỏ là hỗn hợp phức tạp gồm hàng trăm hiđrocacbon thuộc các loại ankan, xicloankan, aren, ngoài ra còn có một lượng nhỏ các chất hữu cơ chứa oxi, nitơ, lưu huỳnh và vết các chất vô cơ.
- Do thành phần của dầu mỏ gồm nhiều chất khác nhau nên nó không có nhiệt độ sôi nhất định.
- Dầu mỏ gồm nhiều chất khác nhau nên không thể biểu thị thành phần của dầu mỏ bằng một công thức nhất định được.
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?
Hướng dẫn giải:
- Khí thiên nhiên là khí chứa trong các mỏ khí riêng biệt, tại đó khí tích tụ trong các lớp đất đá.
– Khí mỏ dầu còn gọi là khí đồng hành. Khí mỏ dầu 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 dưới:
| 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:
+ Dùng làm nhiên liệu cho các nhà máy nhiệt điện.
+ Là nguồn nguyên liệu và nhiên liệu quan trọng.
- 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:
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?
Hướng dẫn 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 crăckinh |
| > 400ºC | > 30 Cặn mazut | Chưng cất áp suất thấp lấy nguyên liệu cho crăckinh, 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, vv…
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?
Hướng dẫn 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:
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
Số mol vinyl clorua thực tế là:
(18973,2 + 4464,3).0,65 = 15234,4(mol)
Khối lượng vinyl clorua thực tế thu được là:
15234,4. 62,5 = 952,15.103 (g) = 952,15 (kg)
Trên đây là Hoá 11 bài nguồn hidrocacbon thiên nhiên mà ICAN soạn thảo. Cảm ơn bạn đã theo dõi và chia sẻ nhé. Chúc các bạn học vui vẻ.