Bài 8: Chế biến dầu mỏ - Chuyên đề học tập Hóa 11 Chân trời sáng tạo

MĐ

Phải dùng nhiều phương pháp lí hóa khác nhau để chế biến dầu mỏ. Chế biến dầu mỏ xảy ra qua bao nhiêu giai đoạn, thu được các sản phẩm nào? Làm thế nào để nâng cao chất lượng sản phẩm của dầu mỏ?

Nhà máy hóa – lọc dầu ở Việt Nam dùng công nghệ nào, xử lí ra sao?

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức về quy trình xử lí dầu mỏ

Lời giải chi tiết:

Chế biến dầu mỏ xảy ra qua 4 giai đoạn, thu được các sản phẩm như dầu, xăng,…

TL1

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 được áp dụng để tách lớp nước và dầu ra khỏi nhau là gì?

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức về các giai đoạn chế biến dầu mỏ

Lời giải chi tiết:

Mục đích của việc thêm nước là để loại bỏ muối, cát, hợp chất chứa sulfur có trong dầu thô.

Dầu không tan trong nước và nhẹ hơn nước nên khi cho thêm nước vào dầu sẽ nổi lên trên bề mặt nước.

Phương pháp đã được áp dụng để tách lớp nước và dầu ra khỏi nhau là phương pháp lắng, lọc,...

TL2

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

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức về các giai đoạn chế biến dầu mỏ

Lời giải chi tiết:

Vì mỗi chất đều có khoảng nhiệt độ sôi khác nhau nên có thể tách các thành phần của dầu mỏ bằng phương pháp chưng cất phân đoạn

TL3

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

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức trong bảng 8.1

Lời giải chi tiết:

TL4

Dựa vào hình 8.1 hãy mô tả quá trình chưng cất phân đoạn dầu mỏ và các sản phẩm ứng dụng

Phương pháp giải:

Dựa vào hình 8.1

Lời giải chi tiết:

Dầu thô được đưa qua buồng lò đốt nóng để làm bay hơi các hydrocarbon có khoảng nhiệt độ sôi khác nhau. Từ đó chia ra thành các thành phần khác nhau

ở nhiệt độ < 25⁰C: thu được các khí (C₁ – C₄)

Ở nhiệt độ 25⁰– 80⁰: thu được xăng nhẹ (C₅ – C₇)

Ở nhiệt độ 50⁰ – 200⁰: thu được paraffin (C₁₀ – C₁₆)

Ở nhiệt độ 220⁰ – 250⁰: thu được dầu diesel (C₁₃ – C₂₁)

Ở nhiệt độ 350⁰ – 500⁰: thu được dầu nhờn (C₃₀ – C₅₀)

Ở nhiệt độ > 500⁰: thu được nhựa đường (> C₅₀)

TL5

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?

Phương pháp giải:

Dựa vào các quy trình chế biến dầu mỏ

Lời giải chi tiết:

Nguyên tắc hoá học của quá trình:

• Cracking:  quá trình “bẻ gãy” các hydrocarbon mạch dài thành hydrocarbon mạch ngắn hơn.
• Reforming là quá trình biến đổi cấu trúc của hydrocarbon từ mạch không nhánh thành mạch nhánh, mạch vòng no vòng thơm, nhằm tăng chỉ số octane(*) (octane number) tức là tăng chất lượng của xăng

Cracking lại quan trọng trong chế biến dầu mỏ do nhu cầu về số lượng và chất lượng các sản phẩm nhẹ, nguyên liệu cho các ngành công nghiệp hoá học là rất lớn, nếu chỉ chưng cất trực tiếp từ dầu thô thì không thể đáp ứng nhu cầu. Do đó cracking đóng vai trò quan trọng để chuyển hoá các phần nặng của dầu thành các sản phẩm nhẹ và tạo nguyên liệu cho hoá dầu.

TL6

chỉ ra sự khác biệt giữa cracking nhiệt và cracking xúc tác.

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức về carcking nhiệt và cracking xúc tác

Lời giải chi tiết:

Nhiệt độ khác nhau

TL7

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

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức về carcking nhiệt và cracking xúc tác

Lời giải chi tiết:

Cracking nhiệt:

+ Điều kiện: nhiệt độ 500 ^oC – 700 ^oC, áp suất 10 bar – 70 bar.

+ Sản phẩm cuối cùng của craking nhiệt là alkane có phân tử khối nhỏ và alkene. Khí cracking sinh ra chứa nhiều methane và ethylene.

-Cracking xúc tác:

+ Điều kiện: nhiệt độ 450 ^oC – 500 ^oC, chất xúc tác là aluminosilicate thiên nhiên hoặc nhân tạo, chẳng hạn đất sét tẩm acid.

+ Sản phẩm cuối cùng của cracking xúc tác chứa nhiều alkane mạch nhánh, cycloalkane và arene cho dầu mỏ có chất lượng cao.

LT1

Các hydrocarbon mạch ngắn thu được từ quá trình dầu luôn nhiều hơn so với thành phần của chúng trong dầu thô ban đầu. Điều này có làm tăng giá trị của dầu thô ban đầu không? Giải thích

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức về phản ứng cracking

Lời giải chi tiết:

Điều này làm tăng giá trị của dầu thô ban đầu. Vì khi có nhiều các hydrocarbon mạch ngắn hơn sẽ làm tăng khối lượng sản phẩm thu được.

Ngoài ra quá trình cracking không chỉ tạo ra nhiều xăng hơn mà còn tạo ra nguyên liệu cho quá trình tổng hợp polymer, sợi tổng hợp, ...

TL8

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

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức về các giai đoạn xử lí dầu mỏ

Lời giải chi tiết:

Vì quá trình reforming biến đổi cấu trúc của hydrocarbon từ mạch không nhánh thành mạch nhánh, mạch hở thành vòng no nhằm tăng chỉ số octane.

LT2

Reforming hexane cho sản phẩm là 2,3 – dimethylbutane và 2,2 – dimethylbutane. Viết sơ đồ phản ứng

Phương pháp giải:

Dựa vào nguyên tắc của phản ứng reforming

Lời giải chi tiết:

\({C_6}{H_{14}} \to C{H_2} - CH(C{H_3}) - CH(C{H_3}) - C{H_3}\)

\({C_6}{H_{14}} \to C{H_2} - CH{(C{H_3})_2} - C{H_2} - C{H_3}\)

TL9

Tại sao dầu mỏ được gọi là “vàng đen”

Phương pháp giải:

Dựa vào công dụng của sản phẩm dầu mỏ

Lời giải chi tiết:

Vì các sản phẩm từ quy trình chế biến dầu mỏ đều có ích trong sản xuất và đời sống của con người.

LT3

Hãy cho biết ứng dụng của các sản phẩm dầu mỏ trong đời sống hằng ngày

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức về ứng dụng của sản phẩm dầu mỏ

Lời giải chi tiết:

Khí hóa lỏng: được sử dụng làm nhiên liệu

Xăng: được sử dụng làm nhiên liệu cho các động cơ đốt trong

Dầu hỏa: được sử dụng làm nguyên liệu chất đốt

Dầu diesel: được dùng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong

Xăng máy bay: sử dụng cho máy bay

Xăng phản lực: được sử dụng cho nhiên liệu động cơ phản lực

Dầu đốt: được sử dụng để đốt lò, cấp nhiệt cho nồi hơi hoặc sử dụng để vận hành các động cơ

Dầu bôi trơn: sử dụng cho các xe máy, xe oto

Nhựa đường: sản xuất bê tông asphalt để rải đường

Sản phẩm hóa dầu: sử dụng làm nguyên liệu chế tạo hóa phẩm, dung môi, tổng hợp cao su.

TL10

Vì sao dầu hỏa dân dụng dùng để đun nấu, thắp sáng nhưng hiện nay ít được sử dụng

Phương pháp giải:

Dựa vào thành phần nguyên tố của dầu hỏa

Lời giải chi tiết:

Trong dầu hỏa chứa các hợp chất hữu cơ ngoài ra còn chứa N, S, O nên khi đốt cháy sinh ra các khí độc gây ô nhiễm môi trường

TL11

Xăng máy bay nặng hơn so với xăng thông thường, phải có thành phần phân đoạn tương thích, hãy tìm hiểu và giải thích

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức về xăng máy bay

Lời giải chi tiết:

Xăng máy bay sử dụng cho máy bay, chỉ số octan >100. Phần cất của phân đoạn xăng máy bay hẹp để tránh có nhiều phân tử nhẹ (sẽ tạo nút hơi trong hệ thông cấp nhiên liệu) và tránh phân tử nặng (sẽ tạo cặn bởi sự cháy không hoàn toàn).

TL12

Nhà máy lọc dầu Dung Quất đang sản xuất nhiên liệu phản lực JET A-1 cung cấp cho thị trường hàng không Việt Nam. Tìm hiểu những đặc điểm của loại nhiên liệu này.

Phương pháp giải:

Tìm hiểu trên các nguồn internet

Lời giải chi tiết:

Đặc tính bay hơi của nhiên liệu phản lực Jet A1 thể hiện ở thành phần chưng cất, ở nhiệt độ bắt cháy và ở áp suất hơi bão hòa. Đặc tính bay hơi trong nhiệt độ sôi từ 200 – 3000 độ C. Theo tiêu chuẩn ASTM D445, nhiên liệu có nhiệt độ thấp -200 độ C là giới hạn đảm bảo dòng nhiên liệu và áp suất đủ duy trì ở điều kiện vận hành. Độ nhớt có thể ảnh hưởng nhiều đến đặc tính bôi trơn của nhiên liệu và tuổi thọ của máy bơm nhiên liệu.Đặc tính bay hơi của nhiên liệu phản lực Jet A1 thể hiện ở thành phần chưng cất, ở nhiệt độ bắt cháy và ở áp suất hơi bão hòa. Đặc tính bay hơi trong nhiệt độ sôi từ 200 – 3000 độ C. Theo tiêu chuẩn ASTM D445, nhiên liệu có nhiệt độ thấp -200 độ C là giới hạn đảm bảo dòng nhiên liệu và áp suất đủ duy trì ở điều kiện vận hành. Độ nhớt có thể ảnh hưởng nhiều đến đặc tính bôi trơn của nhiên liệu và tuổi thọ của máy bơm nhiên liệu

TL13

Nhựa đường được nghiên cứu để tạo ra nhiều ứng dụng mới trong các lĩnh vực khác nhau từ xây dựng, y tế, quân sự, công nghiệp chế tạo,.. Hãy tìm hiểu những ứng dụng khác của nhựa đường.

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức về nhựa đường trong sách chuyên đề hoặc các nguồn internet

Lời giải chi tiết:

Trong ngành công nghiệp

– Sản xuất ô tô: làm hộp số, sơn gầm ô tô, hợp chất cách nhiệt, cách âm giảm tiếng ồn do ma sát, phanh,…

– Sản xuất vật liệu điện: vỏ bình ắc quy, lõi cacbon, băng giấy, bộ phận cách điện,…

– Sản xuất sơn: sơn mài, hợp chất chống thấm, chống axit, vecni,…

Trong nông nghiệp – thủy lợi

Nhựa đường được ứng dụng phổ biến trong nông nghiệp và thủy lợi như:

– Làm tấm chống thấm cho đập nước, công trình máng thoát nước, sơn phủ hàng rào, bảo vệ các kè đá, bờ đê,…

– Dùng làm tấm phủ chuồng gia súc, sân kho, chống thấm cho các con kênh hay vùng tụ nước.

– Bảo vệ kết cấu cho hồ chứa, bê tông, bồn nước, chậu, vại,…

– Khả năng chịu lực, hạn chế đứt gãy giúp bảo vệ đê ngăn nước, chắn sóng biển, làm đệm cho đê bờ.

– Nhựa đường có có tác dụng quét lên cây xanh, phòng chống rửa trôi đất do bão, lũ lụt, thiên tai gây ra.

Trong xây dựng

Phần lớn, nhựa đường được ứng dụng nhiều nhất trong lĩnh vực xây dựng, chủ yếu sử dụng để sản xuất bê tông trải đường hoặc lát nền. Ngoài ra, nó còn được ứng dụng để:

– Chống thấm, chống ẩm cho sàn, trần, sân thượng,.. của các công trình thể thao, công cộng hay dân dụng.

– Dùng để trám giữa các kẽ hở, van lát tường, gắn các tấm lợp, chống thấm cho các bề mặt trước khi sơn.

– Nhựa đường dùng để xử lý đá ở lòng đường sắt, lối sang ngang,…

– Rải bề mặt sân tennis, trượt băng, bể bơi,…

TL14

Hãy tìm hiểu một số sản phẩm trên thị trường là sản phẩm ứng dụng của hóa dầu.

Phương pháp giải:

Tìm hiểu trên các nguồn internet

Lời giải chi tiết:

Các loại lốp xe, vải…

TL15

Nền văn minh mà loài người đã xây dựng liệu có bị đe dọa khi thế giới hết dầu mỏ?

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức về dầu mỏ

Lời giải chi tiết:

Nền văn minh mà loài người đã xây dựng sẽ bị sụp đổ nhanh chóng do dầu mỏ đóng vai trò quan trọng và cần thiết trong đời sống và sản xuất của con người.

VD

Nên sử dụng dầu thô để sản xuất ra các sản phẩm hóa dầu vì khi đốt cháy dầu thô sinh ra nhiều khí thải độc hại, gây ô nhiễm môi trường.

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức về dầu mỏ

Lời giải chi tiết:

Nên sử dụng dầu thô làm nhiên liệu do sự cần thiết của việc chạy động cơ trong công nghiệp sản xuất

TL16

Biển báo dưới đây cho biết những thông tin gì?

Phương pháp giải:

Dựa vào hình trong sách chuyên đề

Lời giải chi tiết:

E5 ron 92: xăng sinh học chứa 5% alcohol ethylic và 92% xăng truyền thống

E5 ron 95: xăng sinh học chứa 5% alcohol ethylic và 95% xăng truyền thống.

TL17

Làm thế nào để tăng chỉ số octane của xăng?

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức về các biện pháp nâng cao chỉ số octane

Lời giải chi tiết:

1. Phương pháp dùng phụ gia

2. Phương pháp hóa học

TL18

Tìm hiểu và trình bày bằng các hình ảnh liên quan về cách sử dụng nhiên liệu an toàn, tiết kiệm, hiệu quả, bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

Phương pháp giải:

Tìm hiểu trên nguồn internet

Lời giải chi tiết:

TL19

Hãy kể các nguồn ô nhiễm chính do các phương tiện giao thông thải ra. Nêu một số biện pháp để giảm thiểu ô nhiễm do khí thải từ các phương tiện giao thông

Phương pháp giải:

Tìm hiểu trên các nguồn internet

Lời giải chi tiết:

Các khí gây ô nhiễm môi trường: CO₂, SO_x, N_xO_y

Biện pháp: sử dụng các phương tiện công cộng, chuyển sang dùng xăng sinh học

Câu hỏi 1

Biện pháp nào sau đây sử dụng nhiên liệu an toàn, hiệu quả? Giải thích.

a) Tăng diện tích tiếp xúc giữa không khí và nhiên liệu

b) Điều chỉnh nhiên liệu để duy trì sự cháy ở mức cần thiết nhằm cung cấp lượng nhiệt vừa đủ với nhu cầu sử, tránh lãng phí nhiên liệu

c) Sử dụng nhiên liệu sinh học

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức về dầu mỏ

Lời giải chi tiết:

Cả ba biện pháp đều được áp dụng để sử dụng nhiên liệu an toàn, hiệu quả

a) khi cung cấp đầy đủ oxygen cho quá trình cháy, tăng diện tích tiếp xúc sẽ giúp nhiên liệu được sử dụng hiệu quả

b) cần sử dụng hết tránh dư thừa nhiên liệu gây lãng phí và tận dụng được hết lượng nhiệt nguyên liệu tạo ra trong quá trình cháy đó. 

c) thay thế nguyên liệu hoá thạch bằng nguyên liệu sinh học giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Câu hỏi 2

 Những phát biểu nào sau đây đúng? Giải thích.

a) Dầu mỏ là một hỗn hợp tự nhiên của nhiều loại hydrocarbon.

b) Dầu mỏ sôi ở một nhiệt độ xác định.

c) Dầu mỏ sôi ở những nhiệt độ khác nhau.

Lời giải chi tiết:

a, c đúng

do dầu mỏ là một hỗn hợp tự nhiên của nhiều loại hydrocarbon, các hydrocarbon có nhiệt độ sôi  khác nhau --> Dầu mỏ sôi ở những nhiệt độ khác nhau.

Câu hỏi 3

Nêu sự phụ thuộc chỉ số octane vào thành phần nhiên liệu. Trình bày phương pháp tăng chỉ số octane.

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức về biện pháp làm tăng chỉ số octane trong xăng

Lời giải chi tiết:

Chỉ số octane càng cao thì khả năng chịu nén của nhiên liệu trước khi phát nổ (đốt cháy) càng lớn. Chỉ số octane là phần trăm, tính theo thể tích, của 2,2,4-trimethylpentane trong hỗn hợp với heptane. 

Phương pháp tăng chỉ số octane

• Phương pháp dùng phụ gia
  • Phụ gia chống nổ sớm: Dùng các chất như tetramethyl lead (Pb(CH₃)₄), tetraethyl lead (Pb(C₂H₅)₄), có tác dụng phá huỷ các hợp chất trung gian hoạt động (peroxide, hydroperoxide) và làm giảm khả năng bị cháy nổ. Do tính độc hại của chì (Pb) nên nhiều quốc gia ban hành luật cấm sử dụng các phụ gia trên, trong đó có Việt Nam.
  • Phụ gia không chứa chì như các hợp chất: ethanol, tert-butyl methyl ether, tert-butyl ethyl ether, …
• Phương pháp hoá học
  • Áp dụng các công nghệ lọc dầu tiên tiến như cracking xúc tác, reforming xúc tác, … để chuyển hydrocarbon mạch không nhánh thành hydrocarbon mạch nhánh hoặc vòng no, vòng thơm có chỉ số octane cao

Câu hỏi 4

Liệt kê những sản phẩm của dầu mỏ mà em và gia đình sử dụng hằng ngày.

Phương pháp giải:

Liên hệ với thực tiễn gia đình em

Lời giải chi tiết:

Những sản phẩm của dầu mỏ mà gia đình sử dụng hằng ngày là gas, xăng, dầu hoả, ...

Để tăng hàm lượng các hydrocarbon mạch ngắn trong sản phẩm chưng cất dầu mỏ, người ta đã sử dụng giải pháp nào? Viết công thức của một số sản phẩm tạo thành khi decane (C₁₀H₂₂) được xử lí theo phương pháp này.

Sử dụng phương pháp cracking để tăng hàm lượng các hydrocarbon mạch ngắn (xăng) bằng cách phá vỡ các phân tử alkane mạch dài thành các hydrocarbon (alkane, alkene) mạch ngắn hơn.

Cracking decane (C₁₀H₂₂):