Thành phần của dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí mỏ dầu, than mỏ và ứng dụng - Hóa 11 bài 37

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.

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: 

- 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.

- 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

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.