Giáo án chuyên đề Hoá học 11 chân trời CĐ 3 Bài 8: Chế biến dầu mỏ (P1)

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

Tìm hiểu các giai đoạn chế biến dầu mỏ

- GV yêu cầu HS làm việc cá nhân, tìm hiểu nội dung mục 1 SCĐ trang 42 - 45 và nêu tên các giai đoạn chế biến dầu mỏ

- GV yêu cầu HS làm việc nhóm đọc mục 1, quan sát bảng 8.1, hình 8.1, thảo luận và trả lời CH thảo luận 1 – 8 SCĐ trang 42 – 45:

1. Thành phần nước, muối và các tạp chất lẫn trong dầu phải được loại ra trong quá trình chế biến dầu mỏ bằng cách cho nước vào dầu thô hoặc thêm hóa chất giúp quá trình phân tách lớp thuận lợi. Mục đích của việc thêm nước và phương pháp đã được áp dụng để tách nước và dầu ra khỏi nhau là gì?

2. Tại sao có thể tách các thành phần của dầu mỏ bằng phương pháp chưng cất phân đoạn?

3. Dựa vào Bảng 8.1, gọi tên các sản phẩm ở mỗi giai đoạn chưng cất

4. Dựa vào Hình 8.1, mô tả quá trình chưng cất phân đoạn dầu mỏ và các sản phẩm ứng dụng

5. Đề xuất các quá trình chuyển hóa để nhận được xăng chất lượng cao hơn. Nguyên tắc hóa học của quá trình. Vì sao cracking lại quan trọng trong chế biến dầu mỏ?

6. Chỉ ra sự khác biệt giữa cracking nhiệt và cracking xúc tác

7. Mô tả các điều kiện cần thiết của phản ứng cracking hydrocarbon trong nhà máy lọc dầu. Xác định sản phẩm tạo thành trong phản ứng cracking

8. Phân đoạn naphtha đều có thể làm nguyên liệu cho reforming xúc tác, nhưng thực tế chỉ thực hiện với phân đoạn naphtha nặng, hãy giải thích

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

- HS nghiên cứu mục 1, quan sát bảng 8.1, hình 8.1 trong SCĐ, thảo luận và trả lời CH thảo luận 1 – 8 SCĐ trang 42 – 45.

- GV hướng dẫn, theo dõi, hỗ trợ HS nếu cần thiết.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Đại diện HS trả lời câu hỏi CH thảo luận  1 – 8 SCĐ trang 42 – 45.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Kết luận, nhận định

GV đánh giá, nhận xét, tổng kết về các giai đoạn chế biến dầu mỏ

1. Các giai đoạn chế biến dầu mỏ

Tìm hiểu các giai đoạn chế biến dầu mỏ

 Các giai đoạn chế biến dầu mỏ bao gồm: tiền xử lí, chưng cất, cracking (cracking nhiệt, cracking xúc tác) và reforming

Trả lời CH thảo luận  1 - 8 SCĐ trang 42 – 45

1.

- Vì dầu nhẹ hơn và không tan trong nước nên nổi lên trên thành lớp giúp quá trình phân tách thuận lợi. Ngoài ra muối và các tạp chất lẫn trong dầu tan được trong nước, nên việc thêm nước vào dầu thô để hòa tan muối.

- Các thành phần nước, muối và các tạp chất lẫn trong dầu phải được loại ra trong quá trình chế biến dầu mỏ để tránh sự tạo cặn, sự ăn mòn thiết bị, sự đầu độc làm mất hoạt tính xúc tác trong quá trình chế biến dầu mỏ

2.

- Dầu mỏ thô là hỗn hợp phức tạp gồm hàng trăm hydrocarbon khác nhau thuộc 3 nhóm chính là alkane, cycloalkane (hydrocarbon no mạch vòng) và arene. Bên cạnh đó có một lượng nhỏ hợp chất chứa oxygen, nitrogen và sulfur, chúng có nhiệt độ sôi khác nhau.

- Hợp chất hữu cơ có khoảng nhiệt độ sôi khác nhau. Chưng cất phân đoạn để tách thành phần của dầu thô thành các phần nhỏ (phần cắt) với các khoảng nhiệt độ sôi khác nhau, thu được các sản phẩm ứng dụng

3. Các phân đoạn dầu mỏ thu được khi chưng cất ở áp suất thường: khí; naphtha nhẹ (xăng nhẹ); naphtha nặng (xăng); paraffin (dầu hỏa); dầu diesel (nhiên liệu động cơ diesel); dầu nhiên liệu; dầu nhớt hay dầu nặng; nhựa đường.

4.

- Chưng cất là quá trình tách một dung dịch bằng cách đun sôi, rồi ngưng tụ hơi bay ra để được 2 phần: Phần nhẹ có nhiệt độ sôi thấp, chứa nhiều chất dễ sôi, còn phần nặng còn lại là cặn chưng cất. Chưng cất dầu và sản phẩm dầu với mục đích tách dầu thô thành các phân đoạn, được thực hiện bằng phương pháp sôi dần hoặc sôi nhiều lần với các khoảng nhiệt độ sôi khác nhau.

- Qúa trình chưng cất được phân thành hai giai đoạn: Chưng cất khí quyển (ở áp suất thường) và chưng cất chân không (ở áp suất từ 10 mmHg – 20 mmHg). Chưng cất chân không do các hydrocarbon bắt đầu bị phân hủy ở nhiệt độ khoảng 350 ^oC – 375 ^oC. Chưng cất khí quyển cung cấp nhiên liệu dầu, chưng cất chân không cung cấp các nhiên liệu sáp, dầu nhờn, nhựa đường và cốc

- Các sản phẩm của mỗi giai đoạn và ứng dụng như sau:

+ Khí: nhiên liệu, nguyên liệu tổng hợp

+ Naphtha nhẹ (xăng nhẹ): nhiên liệu cho ô tô, dung môi

+ Naphtha nặng (xăng): nhiên liệu, dung môi

+ Paraffin (dầu hỏa): nhiên liệu cho máy bay, đun nấu, thắp sáng

+ Dầu diesel: nhiên liệu động cơ diesel

+ Dầu nhiên liệu: nhiên liệu động cơ phản lực, dầu thắp dân dụng

+ Dầu nhờn hay dầu nặng: dùng cho động cơ và máy móc ô tô; sáp và chất đánh bóng

+ Nhựa đường: rải mặt đường

5.

- Quá trình chuyển hóa để nhận được xăng chất lượng cao hơn là cracking và reforming dầu mỏ

- Nguyên tắc hóa học của quá trình cracking là quá trình ‘‘bẻ gãy’’ các hydrocarbon mạch dài thành hydrocarbon mạch ngắn hơn

- Nguyên tắc hóa học của quá trình reforming là quá trình biến đổi cấu trúc của hydrocarbon từ mạch không nhánh thành mạch nhánh, mạch vòng no và vòng thơm

- Cracking quan trọng trong chế biến dầu mỏ do thực hiện quá trình ‘‘bẻ gãy’’ các hydrocarbon mạch dài thành hydrocarbon mạch ngắn hơn. Sản phẩm cuối cùng là các hydrocarbon mạch ngắn, nhằm tăng chỉ số octane, tăng chất lượng của xăng

6.

 7. Các điều kiện cần thiết của phản ứng cracking hydrocarbon trong nhà máy lọc dầu:

- Nguyên liệu được sử dụng là phân đoạn xăng (để sản xuất khí hóa lỏng), phân đoạn kerosen – diesel và distilate chân không (để sản xuất xăng, nhiên liệu phản lực và nhiên liệu diesel), sản phẩm cặn của quá trình chế biến dầu để sản xuất dầu nhờn index cao), dầu lưu huỳnh cao, mazut chứa lưu huỳnh và lưu huỳnh cao, semigudron và gudron (để sản xuất sản phẩm distillate hoặc nhiên liệu đốt lò với hàm lượng lưu huỳnh thấp).

- Cracking hydrocarbon diễn ra với sự phá hủy phân tử nguyên liệu, cho phép thu được các hydrocarbo nhẹ hơn từ hydrocarbon nặng. Xúc tác được sử dụng là oxide hoặc sulfur, nickel, cobalt, wolfram, xúc tác chứa zeolite với platinum hoặc kim loại quý khác.

Ví dụ:

8. Đối với hydrocarbon no có phân tử khối càng lớn thì hiệu ứng thuận lợi của nhiệt độ và áp suất càng rõ rệt. Nghĩa là trong cùng một điều kiện, các hydrocarbon mạch dài hơn (có số nguyên tử carbon cao hơn) sẽ dễ chuyển hóa thành sản phẩm hơn.

Ví dụ: