Nguồn Hiđrocacbon thiên nhiên

BÀI 37. NGUỒN HIĐROCACBON THIÊN NHIÊN

1. 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 phân tử nhất định được không? Tại sao?

Giải

Dầu mỏ là hỗn hợp của rất nhiều hiđrocacbon khác nhau (ankan; xicloankan và hiđrocacbon thơm). Ngoài ra còn có một lượng nhỏ các hợp chất hữu cơ chứa oxi, nitơ, lưu huỳnh và một lượng rất nhỏ các chất vô cơ ở dạng hòa tan.

Dầu mỏ không có nhiệt độ sôi nhất định vì nó là hỗn hợp nhiều chất với thành phần thay đổi tùy theo khu vực. Do là hỗn hợp nhiều chất nên dầu mỏ không thể có công thức phân tử nhất định.

2. Khí thiên nhiên, khí dầu mỏ, khí lò cốc là gì? Nêu thành phần chính của mỗi loại khí này và ứng dụng của chúng.

Giải

- Khí thiên nhiên là các mỏ khí tích tụ trong các lớp đất đá xốp ở những độ sâu khác nhau và được bao bọc bởi các lớp đất đá không thấm nước và khí.

- Khí mỏ dầu (hay khí đồng hành) là khí có trong các mỏ dầu, phần lớn tích tụ lại thành lớp khí phía trên lớp dầu

- Khi nung than mỡ ở 1000°C trong điều kiện không có không khí sẽ thu được phần khí gọi là khí lò cốc.

Thành phần chủ yếu của khí thiên nhiên là metan, còn lại là etan, propan, butan và một số khí vô cơ như $N_{2}$, $CO_{2}$, $H_{2}S$, $H_{2}$ ...

Thành phần của khí mỏ dầu gần giống như khí thiên nhiên nhưng hàm lượng metan thấp hơn, các thành phần ankan còn lại cao hơn.

Thành phần của khí lò cốc phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu, nhưng hàm lượng $H_{2}$ là cao nhất (khoảng 59%), rồi đến $CH_{4}$ (khoảng 25%), còn lại là CO, $N_{2}$, $CO_{2}$ ...

3. Trình bày tóm tắt quy 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.

Giải :

Trong công nghiệp, dầu mỏ được chưng cất ở áp suất thường trong những tháp cất liên tục (chưng cất phân đoạn). Nhờ vậy người ta tách được những phân đoạn đầu có nhiệt độ sôi khác nhau như sau

Có ba loại than chính là than gầy, than mỡ và than nâu

Than gầy chứa 75 - 90% cacbon; than mỡ chứa 95% cacbon và than nâu chứa 65 - 70% cacbon

4. Một loại khí thiên nhiên có thành phần phần trăm về thể tích các khí như sau: 85,0% metan; 10,0% etan; 2,0% nitơ; 3,0% cacbon đioxit.

a) Tính thể tích khí (đo ở điều kiện tiêu chuẩn) cần để đun nóng 100,0 lít nước từ 20,0°C lên 100,0°C, biết nhiệt lượng toả ra khi đốt 1 mol metan, 1 mol etan lần lượt bằng 880,0 kJ; 1560,0 kJ và để nâng 1 ml nước lên 1° cần 4,18 J.

b) Nếu chuyển được toàn bộ hiđrocacbon trong 1,000.$10^{3}$ $m^{3}$ 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?

Giải

a) Nhiệt lượng cần để 100 lít nước từ 20°C lên 100°C

= (100 - 20). 4,18. 100. 1000 = 33 440 000J = 33 440 KJ

Gọi V (l) là thể tích khí cần dùng.

Trong V (lít) khí này có $\large \frac{0,85V}{22,4}$ mol $CH_{4}$ và $\large \frac{0,1V}{22,4}$ mol etan

⇒ $\large \frac{0,85V}{22,4}$.880 + $\large \frac{0,1V}{22,4}$.1560 = 33 440 ⇔ V = 828,6 lít

b) 1000 $m^{3}$ khí trên gồm 850$m^{3}$ $CH_{4}$ và 100 $m^{3}$ $C_{2}H_{6}$

850 $m^{3}$ $CH_{4}$ → 425 $m^{3}$ $C_{2}H_{2}$

100 $m^{3}$ $C_{2}H_{6}$ → 100 $m^{3}$ $C_{2}H_{2}$

⇒ $V_{C_{2}H_{2}}$ = 525 $m^{3}$ tức $\large \frac{525000}{22,4}$ = 23437,5 mol $C_{2}H_{2}$

⇒ $n_{C_{2}H_{3}Cl}$ = $n_{C_{2}H_{2}}$ = 23437,5 mol

⇒ $m_{vinylclorua}$ = 23437,5 . 62,5.$\large \frac{65}{100}$ = 952.148,4375 g = 952,1484375 kg