Chuyên đề Hóa học 11 CTST Chế biến dầu mỏ có đáp án

- Chế biến dầu mỏ trải qua 4 giai đoạn: tiền xử lí, chưng cất, cracking, reforming. Các sản phẩm thu được là: khí đốt, xăng, dầu thắp, dầu diesel, benzene, sáp paraffin, nhựa đường …

- Một số biện pháp nâng cao chất lượng sản phẩm của dầu mỏ:

+ Dùng thêm chất phụ gia như phụ gia chống nổ sớm …

+ Áp dụng các công nghệ tiên tiến như cracking xúc tác, reforming xúc tác …

- Nhà máy lọc dầu đầu tiên của Việt Nam được xây dựng tại Khu kinh tế Dung Quất, áp dụng công nghệ chế biến sâu, hiện đại, đảm bảo chất lượng sản phẩm đáp ứng yêu cầu của Việt Nam và khu vực.

- Mục đích của việc thêm nước là hòa tan muối và các tạp chất lẫn trong dầu.

- Phương pháp áp dụng để tách lớp nước và dầu ra khỏi nhau là lọc. Lọc để tách nước ra khỏi dầu dựa trên tính thấm ướt lựa chọn các chất lỏng khác nhau của các vật liệu. Lọc được ứng dụng trong trường hợp khi nhũ tương đã bị phá nhưng những giọt nước còn giữ lại ở trạng thái lơ lửng và không lắng xuông đáy.

Phân đoạn: Sản phẩm ở mỗi giai đoạn

- Phân đoạn khí: Alkane khí.

- Phân đoạn naphtha nhẹ (xăng nhẹ): Alkane dễ bay hơi.

- Phân đoạn naphtha nặng (xăng): Alkane, cycloalkane, arene.

- Phân đoạn paraffin (dầu hỏa): Alkane, cycloalkane, arene.

- Phân đoạn dầu diesel: Chủ yếu alkane.

- Phân đoạn dầu nhiên liệu: Chủ yếu alkane.

- Phân đoạn dầu nhờn hay dầu nặng: Chủ yếu alkane.

- Phân đoạn nhựa đường: Alkane, cycloalkane, arene.

- Các quá trình chuyển hoá để nhận được xăng có chất lượng cao: Cracking và reforming.

+ Nguyên tắc của quá trình cracking là quá trình “bẻ gãy” các hydrocarbon mạch dài thành hydrocacbon mạch ngắn hơn. Hydrocarbon sinh ra có thể cracking tiếp tục. Sản phẩm cuối cùng là hydrocarbon mạch ngắn.

+ Nguyên tắc của quá trình reforming là quá trình biến đổi cấu trúc của hydrocarbon từ mạch không phân nhánh thành mạch nhánh, mạch vòng no, mạch vòng thơm, nhằm tăng chỉ số octane, tức là tăng chất lượng xăng và cung cấp lượng lớn arene, dùng trong tổng hợp hóa dầu.

- Cracking quan trọng trong chế biến dầu mỏ do làm tăng khối lượng xăng.

Sự khác biệt giữa cracking nhiệt và cracking xúc tác là:

+ Cracking nhiệt xảy ra ở nhiệt độ cao hơn cracking xúc tác. Cracking nhiệt không cần xúc tác.

+ Cracking xúc tác có xúc tác là alumosilicate thiên nhiên hoặc nhân tạo, chẳng hạn đất sét tẩm acid.

- Cracking nhiệt:

+ Điều kiện: nhiệt độ 500 $^{o}$C – 700 $^{o}$C, 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 $^{o}$C – 500 $^{o}$C, chất xúc tác là alumosilicate 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.

Ứng dụng của các sản phẩm dầu mỏ trong đời sống hàng ngày:

+ Làm nhiên liệu đun nấu, thắp sáng, chạy động cơ …

+ Làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp hoá chất, xây dựng …

+ Làm dung môi.

+ Làm nguyên liệu cho tổng hợp cao su …

Xăng có từ 7 đến 11 nguyên tử C trong một chuỗi hydrocarbon. Tuy nhiên, xăng máy bay nặng hơn một chút so với xăng thông thường, một chuỗi hydrocarbon của xăng máy bay chứa từ 12 - 15 nguyên tử C.

Xăng máy bay có hệ số bắt lửa cao và điểm đóng băng thấp giúp cho máy bay có tầm hoạt động an toàn.

Nhiên liệu phản lực Jet A – 1 chủ yếu được pha chế từ thành phần chưng cất trực tiếp nên không chứa olefin. Sulfur (lưu huỳnh) bị hạn chế từ 0,2 - 0,4% trọng lượng do hàm lượng lưu huỳnh cao làm tăng xu hướng tạo cặn carbon trong lò đốt. Sự có mặt của các hợp chất oxide của S trong khí đốt sẽ gây ăn mòn động cơ.

Đặc tính bay hơi của nhiên liệu phản lực Jet A – 1 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.

Do có nhiều tạp chất gây ô nhiễm môi trường, các hợp chất chứa S, N, O và kim loại nặng nên hiện nay dầu đốt ít được sử dụng và nhiều nước trên thế giới cấm sử dụng.

Dầu đốt khi đã loại bỏ các tạp chất độc và tạo cặn được sử dụng làm nhiên liệu cho tàu biển để giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường.

- Với xe máy:

Các chuyên gia về dầu nhớt xe máy khuyên rằng, sau 1 000 km đầu tiên buộc phải thay dầu. Sau đó, thời gian thay nhớt xe máy hợp lí là sau khi xe chạy được 2 000 km đối với xe máy đời mới và 1 000 – 1 500 km đối với xe cũ (thời gian này có thể rút ngắn tuỳ theo tuổi thọ xe và môi trưởng sử dụng).

Riêng xe tay ga có 2 loại dầu, dầu máy và dầu láp (dầu hộp số). Theo kinh nghiệm, 3 lần thay dầu máy thì 1 lần thay dầu láp.

- Với ô tô:

Đối với những xe ô tô mới mua thường thay dầu sau khi vận hành được 1 000 km – 3 000 km, với những xe hạng sang có thể lên tới 5 000 km mới phải thay thế mới dầu nhớt.

Sau mốc thay dầu lần đầu cho xe mới, các mốc thay thế tiếp theo thường là 5 000 km, 10 000 km, 12 000 km … các mốc này phụ thuộc vào chất lượng loại dầu nhớt thay thế và từng loại động cơ khác nhau.

Một số loại dầu nhớt dùng cho ô tô: dầu khoáng, dầu bán tổng hợp, dầu tổng hợp.

Một số sản phẩm hoá dầu:

- Ethylene: Nguyên liệu chế tạo nhiều hoá phẩm và sản phẩm như: polyethylene, ethylene oxide, ethylene glycol, polyethylene glycol, sợi polyester và màng polyester, glycol ester, …

- Propylene: Nguyên liệu để điều chế polypropylene; isopropyl alcohol (propan – 2 – ol), thường dùng làm dung môi cao su, làm tác nhân và dung môi cho nhiều phản ứng khác nhau, dung môi cho mực in, sản xuất propylene glycol, các glycol ether, polypropylene oxide, …

- Buta – 1,3 – diene: Ứng dụng lớn nhất là tổng hợp cao su styrene – butadiene và cao su butadiene, chủ yếu dùng trong công nghiệp sản xuất lốp ô tô.

Khi thế giới hết dầu mỏ nền kinh tế toàn cầu có thể sẽ sụp đổ nhanh chóng. Tất cả các vật dụng hàng ngày được làm từ dầu mỏ sẽ không được sản xuất nữa. Việc vận chuyển và sản xuất hàng hóa cũng sẽ bị dừng lại. Hàng triệu người sẽ bị mất việc làm. Xu thế phát triển của nhiều ngành khác cũng sẽ đóng băng. Ngành sản xuất thực phẩm cũng sẽ bị đình trệ. Hàng triệu người có nguy cơ chết đói.

Hiện nay, con người đang nỗ lực tìm ra nguồn nguyên liệu thay thế dầu mỏ. Trong số này có thể kể đến nguồn nhiên liệu sinh học được sản xuất từ ngô, đậu nành… Nguồn nhiên liệu này cũng được dùng để vận hành máy móc và sản xuất nhựa plastic. Hỗn hợp nhiên liệu sinh học và xăng đã được dùng trong nhiều loại ô tô. Tuy nhiên, các nhà khoa học đều cảnh báo rằng nguồn nhiên liệu sinh học sẽ không thể tồn tại vĩnh viễn và nó không phải là một giải pháp lâu dài cho cuộc khủng hoảng nguồn cung dầu. Nguyên nhân chính là sản xuất nhiên liệu sinh học đòi hỏi rất nhiều đất đai. Nếu như nhiên liệu sinh học trở thành nguồn nhiên liệu mới thì các quốc gia trên thế giới sẽ phải đối mặt với hai sự lựa chọn: một là trồng cây để lấy lương thực, hai là trồng cây để sản xuất nhiên liệu. Bởi vì diện tích đất trồng trọt trên trái đất là có hạn và không đủ để con người thỏa mãn cả hai nhu cầu trên.

Học sinh tự nêu ý kiến. Ví dụ:

Dầu thô thu được nên vừa làm nhiên liệu vừa làm các sản phẩm hoá dầu (với tỉ lệ phù hợp) để đáp ứng nhu cầu của thị trường.

+ Biển đầu tiên là xăng 92 (còn gọi là A92 hoặc RON 92) có pha thêm 5% ethanol, chỉ số octane là 92.

+ Biển thứ 2 là xăng 95 (còn gọi A95 hoặc RON 95) có chỉ số octane là 95.

Một số cách đề xuất để sử dụng nhiên liệu an toàn – hiệu quả:

- Sử dụng nhiên liệu theo đúng yêu cầu của nhà chế tạo, cụ thể là theo đúng tỉ số nén của động cơ.

- Không sử dụng các phương tiện đã quá niên hạn sử dụng.

- Duy trì các điều kiện thuận lợi cho sự cháy cung cấp đủ không khí, tăng diện tích tiếp xúc giữa nhiên liệu và không khí.

- Điều chỉnh lượng nhiên liệu để duy trì sự cháy ở mức độ cần thiết, phù hợp với nhu cầu sử dụng

- Tăng cường sử dụng những nhiên liệu có thể tái tạo và ít ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người, như xăng sinh học (E5, E10,…)

Chỉ số octane là một đại lượng quy ước đặc trưng cho khả năng chống kích nổ của nhiên liệu. Chỉ số octane càng cao thì khả năng chịu nén của nhiên liệu trước khi nổ (đốt cháy) càng lớn.

Để tăng chỉ số octane của xăng (từ đó tăng hiệu quả sử dụng xăng, bảo vệ động cơ…) có thể sử dụng các phụ gia chứa chì hoặc không chứa chì hoặc có thể dùng phương pháp hóa học (như cracking xúc tác, reforming xúc tác…).

Một số hình ảnh (sưu tầm):

Hình 1: Xăng E5 RON 92 thân thiện với môi trường

Hình 2: Sử dụng nhiên liệu tái chế

Hình 3: Sử dụng năng lượng tái tạo

- Các nguồn ô nhiễm chính do các phương tiện giao thông thải ra: Khí CO$_{2}$, CO, SO$_{2}$, NO$_{x}$ (các hợp chất của N), khói, bụi mịn…

- Một số biện pháp để giảm thiểu ô nhiễm môi trường do khí thải từ các phương tiện giao thông:

+ Tăng cường sử dụng xe đạp và các phương tiện công cộng.

+ Trồng nhiều cây xanh.

+ Sử dụng nhiên liệu theo đúng yêu cầu của nhà chế tạo.

+ Sử dụng nhiên liệu sinh học …

- Dầu ăn chiên rán nhiều lần không nên tái chế để tiếp tục làm thực phẩm.

- Một số cách sử dụng dầu ăn chiên rán nhiều lần 1 cách hiệu quả:

+ Tái chế làm xà phòng tẩy rửa (chú ý loại xà phòng này nên dùng để tẩy rửa đồ vật, không nên dùng cho cơ thể).

+ Tái chế làm nhiên liệu.

Cả 3 biện pháp a, b, c đều là các biện pháp sử dụng nhiên liệu an toàn, hiệu quả.

- Biện pháp a) giúp tăng tốc độ phản ứng, tăng hiệu suất phản ứng.

- Biện pháp b) giúp tiết kiệm nhiên liệu, tránh lãng phí.

- Biện pháp c) giúp bảo vệ môi trường.

Các phát biểu a), c) là đúng.

Phát biểu b) là phát biểu sai vì dầu mỏ là thành phần phức tạp gồm hàng trăm hydrocarbon khác nhau nên không có nhiệt độ sôi xác định.

- Hiện nay, hệ thống đánh giá chỉ số octane RON đang được nhiều quốc gia sử dụng. Heptane được quy ước có chỉ số octane RON bằng 0, trong khi 2,2,4 – trimethylpentane được quy ước có chỉ số octane RON bằng 100. Ví dụ, xăng RON 87 có khả năng chịu nén tương đương hỗn hợp chứa 87% 2,2,4 – trimethylpentane và 13% heptane (về thể tích). Do đó có thể nói sự phụ thuộc chỉ số octane vào thành phần nhiên liệu.

- Một số biện pháp nâng cao chỉ số octane:

+ Phương pháp dùng phụ gia (phụ gia chống nổ sớm, phụ gia không chứ chì …)

+ Phương pháp hoá học (cracking xúc tác, reforming xúc tác …)

Để tăng hàm lượng các hydrocacbon mạch ngắn trong sản phẩm chưng cất dầu mỏ người ta dùng phương pháp cracking.

Một số sản phẩm tạo thành khi decane (C$_{10}$H$_{22}$) được xử lí theo phương pháp này: C$_{5}$H$_{10}$; C$_{5}$H$_{12}$; C$_{6}$H$_{14}$; C$_{4}$H$_{8}$ …