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1、化学工业与我们的生活徐培泽第四章 化学与能源 v 概述v 煤v 石油v 天然气v 化学电源v 核能v 清洁能源一、一、 基本概念基本概念能量形式能量形式: : 机械能机械能( (风能、水能等风能、水能等) )、电磁能、热能、电磁能、热能、化学能、原子能、光能。化学能、原子能、光能。能源能源: : 自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。源。能源种类能源种类：按生成方式分按生成方式分: : 天然天然( (一次一次) )能源和人工能源和人工( (二次二次) )能源能源按原始来源分按原始来源分: : 地内能源和地外能源以及相互作用能地内能源和地外能源以及相
2、互作用能源。源。按对能源的认识过程分：常规能源和新能源。按对能源的认识过程分：常规能源和新能源。天然天然( (一次一次) )能源和人工能源和人工( (二次二次) )能源能源4.1 概述二次能源：它是指经过消耗一次能源加工转化而产生的诞生它是指经过消耗一次能源加工转化而产生的诞生能源。如电能、热能、煤气、柴油、氢能、焦炭、沼气等。能源。如电能、热能、煤气、柴油、氢能、焦炭、沼气等。 非再生能源：石油、天然气、原煤、核燃料等非再生能源：石油、天然气、原煤、核燃料等一次能源 再生能源：太阳能、风能、水能、海洋能生物质能再生能源：太阳能、风能、水能、海洋能生物质能地内能源：地热能地热能( (地下蒸气、
3、温泉、火山地下蒸气、温泉、火山) )、核能、核能地外能源：主要来自太阳，包括由太阳能转变来的风能、水能主要来自太阳，包括由太阳能转变来的风能、水能、 矿物燃料矿物燃料( (煤，石油等煤，石油等) )，及少量宇宙辐射能，及少量宇宙辐射能相互作用能源：主要指潮汐能。主要指潮汐能。常规能源常规能源：已被广泛利用的能源，如煤、石油、水力、电能已被广泛利用的能源，如煤、石油、水力、电能新能源：原子能、太阳能新能源：原子能、太阳能( (对发展中国家而言对发展中国家而言) )、雷电能、宇、雷电能、宇宙射线能、火山能、地震能等。宙射线能、火山能、地震能等。 二、二、 能源问题能源问题 能源模式的演变：能源模式
4、的演变：木材木材煤煤石油石油核能或多种形式能源核能或多种形式能源目前人类使用的能源储量和分布目前人类使用的能源储量和分布 非再生能源非再生能源: : 石油、天然气、煤炭和裂变核燃料约占能源总石油、天然气、煤炭和裂变核燃料约占能源总消费量的消费量的90%90%左右左右; ;再生能源再生能源: : 水力、植物燃料等只占水力、植物燃料等只占10%10%左右左右再生能源分布再生能源分布: : 太阳能占太阳能占99.44%, 99.44%, 水能、风能、地热能、生物水能、风能、地热能、生物能等不到能等不到1%1%在非再生能源中，太阳能在非再生能源中，太阳能( (聚变核能聚变核能) )几乎占几乎占100%
5、100%，煤炭、石，煤炭、石油、天然气、裂变核燃料加起来也不足千万分之一。所以，油、天然气、裂变核燃料加起来也不足千万分之一。所以，人类使用的能源归根到底要依靠太阳能，太阳能是人类永恒人类使用的能源归根到底要依靠太阳能，太阳能是人类永恒发展的能源保证。发展的能源保证。 世界世界能源能源储量分布与利用储量分布与利用世界非再生能源储量分布世界非再生能源储量分布: : 美国开采策略、渤海湾污染、康美国开采策略、渤海湾污染、康菲石油，美国的污染赔偿菲石油，美国的污染赔偿中东地区中东地区: : 石油储量最多石油储量最多, , 占占56.8%56.8%；伊拉克、利比亚战争伊拉克、利比亚战争欧洲欧洲: :
6、天然气和煤炭储量最多天然气和煤炭储量最多, , 各占各占54.6%54.6%和和45%45%，沙特生活沙特生活亚洲、大洋洲亚洲、大洋洲: : 煤炭各占煤炭各占18%18%，石油、天然气只有，石油、天然气只有5%5%我国能源资源地区分布不均衡我国能源资源地区分布不均衡煤炭，主要集中在华北和西北煤炭，主要集中在华北和西北石油、天然气，主要分布在黑龙江、辽宁、河北、河南、山石油、天然气，主要分布在黑龙江、辽宁、河北、河南、山东、四川、甘肃和新疆等省区内东、四川、甘肃和新疆等省区内可开发水力资源有，主要集中在西南可开发水力资源有，主要集中在西南太阳能和风能资源丰富，有很大利用潜力。太阳能和风能资源丰富
7、，有很大利用潜力。我国能源资源丰富我国能源资源丰富煤炭资源煤炭资源( (探明储量探明储量) )和水力资源均居世界第一位；和水力资源均居世界第一位；石油资源占世界第十一位；石油资源占世界第十一位；天然气资源占世界第十四位；天然气资源占世界第十四位；太阳能资源居世界第二位；太阳能资源居世界第二位；潮汐、地热、风力和核燃料资源都很丰富。潮汐、地热、风力和核燃料资源都很丰富。人均占有量很少，只有世界平均水平的一半。人均占有量很少，只有世界平均水平的一半。利用能源的过程直接污染地球环境。利用能源的过程直接污染地球环境。主要来源：主要来源：1) 1) 煤、石油等燃料的燃烧废气；煤、石油等燃料的燃烧废气；2
8、) 2) 汽车排放的废气；汽车排放的废气；3) 3) 工业生产工业生产( (化工厂、炼焦厂等化工厂、炼焦厂等) )过程中产生的废气。过程中产生的废气。大气污染：大气污染：1) 1) 酸雨问题；酸雨问题；2) 2) 温室效应；温室效应；3) 3) 臭氧层破坏。臭氧层破坏。能源问题能源问题 即环境与能源关系问题即环境与能源关系问题 联合国提出可持续发展概念，即要满足当代人的需要，又联合国提出可持续发展概念，即要满足当代人的需要，又要考虑不损害后代的需要。因此要考虑不损害后代的需要。因此, , 今后的能源战略是多元结构今后的能源战略是多元结构的能源系统和高效清洁的能源技术。的能源系统和高效清洁的能源
9、技术。三、我国能源的现状和未来1、能源总量丰富、人均不足v煤炭探明储量1.5Tt(Tt=1012t)，居世界第一位；v石油（Gt=109t），第十一位；v天然气33.3Tm3,第十四位；v水力资源及水电第一位。G千兆，109；T兆兆，1012v商品能源人均耗量800kg标准煤，仅为世界平均值的1/3。v而单位国民生产总值能耗则是世界最高的国家之一。v造成能源短缺，利用率低、浪费严重、污染成害。v2、改善能源结构、提高能源利用率v煤炭和石油是我国的主要能源，民用煤的利用率只相当发达国家的四分之一，石油大部分依赖进口。v能源生产和使用面临经济发展需求和环境质量改善的双重压力，能源短缺和浪费同时存在
10、。v能源政策重点：改善能源结构、增加清洁能源比重，提高煤炭转换成电能的比重。v加快水电和核能的建设，开发太阳能、风能、地热能、潮汐能和生物能等清洁能源，加强对煤的综合利用，大力提倡节约能源。地球煤开采只能维持200年左右；v石油天然气只能维持50年左右。4.2 煤v 矿物燃料/化石燃料 按照全世界对化石燃料的消耗速度计算，这些能源可供人类使用的时间大约还有：储量有限的化石燃料一、煤的燃烧v煤的形成：煤主要是由古代植物在地下隔绝空气的条件下，经过数亿年的地热高温、高压和细菌作用，而形成的一种由有机物和无机物所组成的复杂的混合物。v根据煤化程度不同，可分为泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤。v煤的主要成分是
11、碳、氢、氧，还含有氮、硫、磷等元素，以及泥、沙等矿物质和水分。v煤的燃烧大致经历热干燥、挥发份析出、着火燃烧、剩余焦炭的着火和燃烧等过程。无烟煤泥煤褐煤煤的开采v按含硫质量分数分为：低硫煤（小于1.5%）、中硫煤（1.5%-2.5%）、高硫煤（2.5%-4.0%）、富硫煤（大于4%）。v用途 二、煤的气化v煤的气化反应是指用氧、空气、水蒸气等氧化剂与高温煤层或煤粒相互作用，使煤中有机物在氧气不足的情况下进行不完全氧化，转化成含有氢气、甲烷、一氧化碳等的可燃性混合气体的过程。v煤的高温干馏 将煤在隔绝空气的条件下，加热到600-800，煤中的有机物受热分解，生成焦炭和主要含甲烷、挥发性有机物的焦
12、炉煤气。v煤的发生炉气化 将空气通入高温煤层，得到含二氧化碳、一氧化碳、氢气、氮气的空气煤气。热值不高v煤的水煤气化将水蒸气通入高温煤层使之煤气化，产生的气体是水煤气。（主要成分是CO和H2）热值较高半水煤气干馏产品主要成分用途出炉煤气焦炉气氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳气体燃料、化工原料粗氨水氨、铵盐氮肥炸药、染料、医药、农药、合成材料煤焦油苯、甲苯、二甲苯酚类、萘染料、医药、农药、合成材料沥青筑路材料、制碳素电极焦炭碳冶金、合成氨造气、电石、燃料干馏产品及主要用途v煤的加氢气化将煤先转化成煤气，然后将煤气转变成富含甲烷的干净煤气。热值极高v合成气将纯氧和水蒸气在加压下通入高温煤层，煤中的苯酚等
13、挥发出来，生成含氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳的气态混合物燃料，称混合气。u煤气的用途：用作燃料；化工原料；煤气化联合循环发电。三、煤的液化v直接液化：在高温和高压下，将煤粉碎与溶剂混合，通入氢气和催化剂，进行加氢裂化。v间接液化：将煤先气化，然后在较低的压力和温度下反应。据催化剂和反应条件不一样，最终产物可为石蜡、烯烃类、醇类。替代石油四、水煤浆v将煤炭、水、部分添加剂，磨碎后成为一种类似于石油的可以流动的煤基流体燃料。v优点：燃烧效果好；环保效果明显；工艺上具有许多优越性；4.3 石油v石油是多种碳氢化合物的混合物，主要是烷烃、环烷烃、芳香烃、烯烃、少量有机硫化物、有机氧化物、有机氮化物。
14、一、石油的成因vv现在观点，大多数石油是由埋藏在地下沉积层中的现在观点，大多数石油是由埋藏在地下沉积层中的有机物经过几百万年在有机物经过几百万年在7575200200的温度下形成的的温度下形成的。vv微生物将地表以下的有机物转化为碳氢化合物，剩微生物将地表以下的有机物转化为碳氢化合物，剩下的埋藏在深层地底下的埋藏在深层地底( (通常具有商业价值的油田都通常具有商业价值的油田都位于地表以下位于地表以下500500米米700700米深处，最深的油井在米深处，最深的油井在约约6 6公里深的地底公里深的地底) )的有机物则在温度和压力下经过的有机物则在温度和压力下经过分解及复杂的化学反应生成石油。分解
15、及复杂的化学反应生成石油。二、石油化工的作用1石油化工是能源的主要供应者石油化工，主要指石油炼制生产的汽油、煤油、柴油、重油以及天然气是当前主要能源的主要供应者。2.石油化工是材料工业的支柱之一金属、无机非金属材料和高分子合成材料，被称为三大材料（塑料、橡胶、纤维）。除合成材料外，石油化工还提供了绝大多数的有机化工原料。3石油化工促进了农业的发展农业是我国国民经济的基础产业。石化工业提供的氮肥占化肥总量的80，农用塑料薄膜的推广使用，加上农药的合理使用以及大量农业机械所需各类燃料，形成了石化工业支援农业的主力军。4各工业部门离不开石化产品现代交通工业的发展与燃料供应息息相关，可以毫不夸张地说，
16、没有燃料，就没有现代交通工业。金属加工、各类机械毫无例外需要各类润滑材料及其它配套材料，消耗了大量石化产品。建材工业是石化产品的新领域，如塑料关材、门窗、铺地材料、涂料被称为化学建材。轻工、纺织工业是石化产品的传统用户，人们的衣食住行，无不有石化产品的身影。三、石油化工的概念是化学工业的重要组成部分，在国民经济的发展中有重要作用，是我国的支柱产业部门之一。石油化工指以石油和天然气为原料，生产石油产品和石油化工产品的加工工业。石油产品又称油品，主要包括各种燃料油（汽油、煤油、柴油等）和润滑油以及液化石油气、石油焦碳等。生产这些产品的加工过程常被称为石油炼制，简称炼油。石油化工产品以炼油过程提供的原料油进一步化学加工获得。第一步是对原料油和气（如丙烷、汽油、柴油等）进行裂解，生成以乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯为代表的基本化工原料。第二步是以基本化工原料生产多种有机化工原料（约200种）及合成材料（塑料、合成纤维、合成橡胶）。四、石油产品：石油产品可分为：石油燃料、石油溶剂与化工原料、润滑剂、石蜡、石油沥青、石油焦等6类。其中，各种燃料产量最大，约占总产量的90；各种润滑剂品种最多，
