第十二讲 化石燃料

nullnull化学与社会 Chemistry and Society化学化工系null第十二讲 化石燃料null能源使用发展史柴草时期 从火的发现到 18 世纪产业革命期间，树枝杂草一直是人类使用的主要能源。柴草不仅能烧烤食物，驱寒取暖，还被用来烧制陶器和冶炼金属。煤炭时期 煤炭的开采始于 13 世纪，而大规模开采并使其成为世界的主要能源则是 18 世纪中叶的事了。1769 年，瓦特发明蒸汽机，煤炭作为蒸汽机的动力之源而受到关注。石油时期 第二次世界大战之后，在美国、中东、北非等地区相继发现了大油田及伴生的天然气，每吨原油产生的热量比每吨煤高一倍。石油炼制得到的汽油、柴油等是汽车、飞机用的内燃机燃料。null能源分类一次能源二次能源常规能源新能源煤制品──洗煤，焦炭，煤气石油制品──汽油，煤油，柴油 燃料油，液化石油气电力，氢能，余热，沼气，蒸气等可再生能源——水能非再生能源——如煤炭，石油 天然气，核裂变燃料可再生能源——太阳能， 风能，生物质能 非再生能源——核聚变燃料 油页岩，油砂null能源研究三大课题太阳能、风能、水能、氢能等清洁能源的经济合理利用与开发新能源开发石油、煤、天然气、铀矿等化石燃料的高效、清洁利用null1950 － 1990 年世界能源消费量和构成null1955 － 1994 年我国能源消费量和构成null主要内容null石油与经济石油有“工业的血液”、“黑色的黄金”等美誉。自本世纪50年代开始，在世界能源消费结构中，石油跃居首位。石油产品的种类已超过几千种。石油是国家现代化建设的战略物资，许多国际争端往往与石油资源有关。现代生活中的衣、食、住、行直接地或间接地与石油产品有关。null 1973～1979年这段时期，曾有“石油危机”之称。自二次世界大战之后到1973年间，国际石油市场一直被美国的埃克森、德士古、加州、海湾、飞马（美孚）和英国石油、英国壳牌等七家石油公司（号称“石油七姐妹”）所垄断。 20世纪70年代，为阻止石油价格的不断降低，中东地区主要产油国组成了一个卡特尔组织——欧佩克,成功地提高了石油价格：从1978年到1981年，石油价格翻了一倍还多。 石油输入国情况就不同了，由于石油供给的减少和石油价格的上升，石油输入国生产汽油、轮胎和许多其它产品的企业成本迅速上升，而产品的价格不能同步迅速做出反应，所以企业都大量减少产量，或者干脆停业或破产。null现在认为石油是由远古海洋或湖泊中的动植物遗体在地下经过漫长的复杂变化而形成棕黑色粘稠液态混合物，其沸点范围从室温到 500℃以上。未经处理的石油叫原油，它分布很广，世界各大洲都有石油的开采和炼制。就目前已查明的储量看，重要的含油带集中在北纬20°～48°之间，世界上两个最大的产油带，一个叫长科迪勒地带，北起阿拉斯加和加拿大经美国西海岸到南美委内瑞拉、阿根廷；另一个叫特提斯地带，从地中海经中东到印度尼西亚。这两个地带在地质变化过程中曾都是海槽，因此曾有“海相成油”学说。石油的形成null石油的生产与消费分布nullnull储量前10名 （R） 单位：万吨产量前10位 （P） 单位：万吨出口量前10位 （E）三个格对比得出结论。nullnullnull中国石油分布图null地处河南省濮阳地区，于1975年发现，经过20年的勘探开发建设，已累计探明石油地质储量4.55亿吨，探明天然气地质储量395.7亿立方米，累计生产原油7723万吨、天然气133.8亿立方米。现已是我国东部地区重要的石油天然气生产基地之一。中原油田：河南油田：地处豫西南的南阳盆地，矿区横跨南阳、驻马店、平顶山三地市，分布在新野、唐河等8县境内。已累计找到14个油田，探明石油地质储量1.7亿吨及含油面积117.9平方公里。null石油的成分石油主要是由各种烷烃、环烷烃和环烷烃所组成的混合物。石油的大部分是液态烃，同时在液态烃里溶有少量的气态烃和固态烃。石油主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元素。null石油的炼制常压和减压分馏热裂化和催化裂化裂解催化重整石油的炼制null石油分馏原油常压蒸馏轻质油汽油煤油柴油重油减压蒸馏石油气柴油沥青燃料油石蜡润滑油nullnullnull2.石油裂化：如：C16H34 ——→ C8H18 + C8H16C8H18 ——→ C4H10 + C4H8 C4H10 ——→ CH4 + C3H6C4H10 ——→ C2H4 + C2H6目的:提高轻质液体燃料的产量.特别是提高汽油的产量。null石油有热裂化和催化裂化两种热裂化催化裂化目的:提高汽油的产量缺点：温度过高，发生结焦现象目的:提高汽油的质量和产量催化剂：硅酸铝，分子筛（铝硅酸盐）null3.裂解定义：使具有长链分子的烃在700度以上高温时断裂成短链的烃的过程叫裂解目的：生产短链不饱和烃如工业“三烯”乙烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志用途：合成纤维，塑料，橡胶等4. 石油的催化重整支链化:提高汽油质量环化:生产芳烃催化剂：Pt Re null石油的综合利用石油塑料燃料nullnull汽车发动机汽缸的点火平稳点火爆鸣点火-- 在焰峰到达之前已发生 自燃，造成压力骤增而 形成冲击波，使发动机 发生震动。 原因：不同组分燃点不 同，同一组分直链与支 链燃点不同null•含有5-8个碳原子的烃 •汽油性能的表征--辛烷值 •提高汽油辛烷值的方法 •重整汽油 所谓重整，就是把馏分中的烃类分子重新排列而构成新的分子结构。汽油的性能与表征异辛烷 • 辛烷值为100 • 抗震性好 • 燃点418ºC正庚烷 • 辛烷值为0 • 抗震性差 • 燃点223ºCnull提高汽油辛烷值的方法 • 重整汽油 • 加入少量抗爆剂：0.1%的四乙基铅加入到正庚烷中，辛烷值由0提高到47。nullnullnullnull天然生成，并以一定压力蕴藏于地下岩层或缝隙中的混合气体。天然气含义：天然气中的烃类主要包括三种： (1) 烷烃 如甲烷、乙烷、丙烷等 (2) 环烷烃 五员环和六员环含量较多 (3) 芳烃 苯、甲苯及其同系物 烯烃及炔烃基本不含。 nullnull 我国天然气资源量区域主要分布在我国的中西盆地。同时，我国还具有主要富集于华北地区非常规的煤层气远景资源。 　　经过十几年的艰苦勘探，成果已清晰地展现在世人面前。它表明，在我国 960 万平方公里的土地和 300 多万平方公里的管辖海域下，蕴藏着十分丰富的天然气资源。专家预测，资源总量可达 40 － 60 多万亿立方米，是一个天然气资源大国。勘探领域广阔，潜力巨大，前景十分美好。 　　近几年，祖国的东南西北中天然气勘探喜讯频传，初步为我们描绘出了 21 世纪天然气发展的轮廓。 　　东，就是东海盆地。那里已经喷射出天然气的曙光； 　　南，就是莺歌海－琼东南及云贵地区。那里也已展现出大气区的雄姿； 　　西，就是新疆的塔里木盆地、吐哈盆地、准噶尔盆地和青海的柴达木盆地。在那古丝绸之路的西端，石油、天然气会战的鼓声越擂越响。它们不但将成为我国石油战略接替的重要地区，而且天然气之火也已熊熊燃起，燎原之势不可阻挡； 　　北，就是东北华北的广大地区。在那里有着众多的大油田、老油田，它们在未来高科技的推动下，不但要保持油气稳产，还将有可能攀登新的高峰； 　　中，就是鄂尔多斯盆地和四川盆地。鄂尔多斯盆地的天然气勘探战场越扩越大，探明储量年年剧增，开发工程正在展开。四川盆地是我国天然气生产的主力地区，最近又有新的发现，大的突破，天然气的发展将进入一个全新的阶段，再上一个新台阶。 　　从北到南，从东到西，从陆地到海洋，天然气的希望之火冲天旺，天然气大国之梦将在希望之火中化成美丽七彩的火凤凰。 　　随着科技的发展，在未来的世界里人类肯定会找到比天然气更为理想的能源。但不管将来谁取代天然气，天然气将起到向新能源迈进的不可替代的重要的桥梁作用。null一、我国天然气发展历史 四川是世界上开采利用天然气最早的地区之一 。 西周时期（约公元前1100~前771年）的《周易》中有：“泽中有火”的记载。 西汉时期出现天然气井，文学家扬雄在《蜀都赋》中谓之“火井”。 在唐代，钻井技术、规模有了较大发展，开始使用“之轴滚筒”。 宋朝出现“顿钻钻井”，同时出现“卓筒井”，这是我国钻井史上重要里程碑。宋应星《天工开物》中有记载。 我国钻井技术约十二世纪前传到西方，1835年，我国钻井深度突破1000米大关，而美国在1859年才钻出一口21.69米的井。 null天然气储量与产量(1)世界天然气储量与产量 据美国《油气杂质》2003年统计数据，世界天然气剩余可采储量排名前几位的国家见下表，其中我国天然气可采储量名列第22位。2005年世界天然气产量居前几位的国家见下表，中国以481亿立方米名列世界12位。 2005年世界天然气产量居前几位的国家见下表，中国以481亿立方米名列世界12位。 null我国天然气资源比较丰富，主要分布在中、西部地区和近海。截至2001年底，我国获得的天然气地质储量为3.01×1013m3。但我国天然气资源的探明程度尚不高，目前可采资源量的探明程度仅仅为16.7%，在我国一次能源结构中不过占2.5%左右。 null(1) 合成氨天然气的用途(2) 合成甲醇(3) 生产乙炔天然气发电; 作为基本有机化工原料，制甲醇、氮肥; 城市燃气事业，特别是居民生活用气; 压缩天然气汽车; 天然气处理的副产品用途 ，如CO2，硫 磺、氦气。nullnull煤的组成片段煤的结构null 碳是煤中有机质的主要成分，煤的含碳量随着煤的变质程度加深而增加。氢也是煤的有机物的主要元素。含氢量和含氧量在煤的变质过程中随着不断脱出CO2和H2O都在逐渐降低。氮是组成有机质的次要元素，硫是煤中有害元素，燃煤时生成SO2是污染空气的有害“元凶”。磷的含量虽然不高，但炼焦时进入焦碳，炼铁时进入生铁，增加铁的脆性。 铁、铝、镁、钙、硅等元素都是煤的无机物的组成元素，煤燃烧时，这些元素都留在灰份中。null无烟煤 95％ 烟煤 70～80％ 褐煤 50～70％ 泥煤 50～60％煤null将煤隔绝空气加强热使其分解的过程，叫煤的干馏，也叫煤的焦化。3. 煤的干馏煤干馏出炉煤气煤焦油焦炭－－焦炉气：H2 CH4 C2H4 CO 粗氨水：氨和铵盐 粗苯：苯 甲苯 二甲苯苯 甲苯 二甲苯 酚类、萘 沥青冶金、电石、合成氨造气、 燃料等(气态)(液态)(固态)null煤焦油成分：苯、甲苯、二甲苯等有机物用途：燃料、化肥、农药、洗涤剂、 溶剂和多种合成nullnull煤气化碳在空气中燃烧低值热气中值热气特点和用途：热值较低，用作冶金、 机械工业的燃烧气特点和用途：热值较高，可短距离 输送。用作居民使用煤气，也可以用于合成氨成分：CO、H2 、相当量的氮气成分：CO、H2、少量的CH4 成分：CH4 高热值天然气碳在空气中燃烧特点和用途：热值很高，可远距离输送煤的气化null “煤变油”是20世纪20年代德国的两位科学家发明的。即煤炭的液化，就是指以煤炭为原料制取汽油、柴油、液化石油气的技术。 目前，我国在建和拟建的“煤变油”项目已达1600万吨，计划投入的资金高达1200亿元。今年国家正着手制订“十一五”，很多省份都试图将“煤变油”项目列为重点发展项目。煤的液化null煤的液化直接液化间接液化直接液化就是煤在高温高压下加氢催化裂化，转变成油料产品间接液化就是先使煤转化为一氧化碳和氢气，然后在高温、高压以及催化剂的作用下生成液态烃、甲醇等有机物null谢谢！！