化学与能源课件.ppt

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1、化学与能源蒋哥PB13206***能源就是向自然界提供能量转化的物质（矿物质能源，核物理能源，大气环流能源，地理性能源）。能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。现在将能源分为传统能源和新型能源分别讨论能源在应用中所用到的化学知识与工艺。能源传统能源煤煤主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成，碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上，是非常重要的能源，也是冶金、化学工业的重要原料。煤的综合利用煤的气化煤的气化就是把煤转化为可燃性气体的过程。在高温下煤和

2、水蒸气作用得到CO、H2、CH4等气体，生成的气体可作为燃料或化工原料气。煤的液化煤的液化是把煤转化为液体燃料的过程。在一定条件下，使煤和氢气作用，可以得到液体燃料（甲醇等）。煤气化生成的水煤气在经过催化合成也可以得到液体燃料。煤的干馏煤干馏是将煤隔绝空气加强热，使其发生复杂的变化，得到焦炭、煤焦油、焦炉气、粗氨水、粗苯等。通过煤的综合利用，大大提高了煤的利用率，并且可以提供大量的化工原料。石油石油又称原油，是一种粘稠的、深褐色液体。地壳上层部分地区有石油储存。主要成分是各种烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。石油

3、主要被用来作为燃油和汽油，也是许多化学工业产品如溶液、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。981钻井平台石油的综合利用石油的分馏石油的裂化与裂解裂化反应，或称作裂解作用，是指把较大的烷烃分子间的碳键破坏，并生成较小的碳氢化合物的过程。温度与催化剂的使用对反应速率与所生成的物质有极大影响。此类型反应的另一重要优点是能够生成更具经济价值的烯烃等不饱和化合物。反应机理：其中一类的裂化反应是自由基的作用，以乙烷为例：链的引发：CH3CH3→2CH3·链的传递：CH3·+CH3CH3→CH4+CH3CH2·CH3CH2·→CH

4、2=CH2+H·CH3CH2·+CH2=CH2→CH3CH2CH2CH2·链的终止：CH3·+CH3CH2·→CH3CH2CH3CH3CH2·+CH3CH2·→CH2=CH2+CH3CH3例如：C16H34→C8H18+C8H16C8H18→C4H10+C4H8C4H10→CH4+C3H6C4H10→C2H4+C2H6天然气天然气，是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较煤和石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。CH

5、4+2O2→CO2+2H2O中俄签署4000亿美元天然气协议天然气的综合利用天然气除了直接用作燃料，还可用于发电，以天然气为燃料的燃气轮机电厂的废物排放水平大大低于燃煤与燃油电厂，而且发电效率高，建设成本低，建设速度快；天然气也可用作化工原料，以天然气为原料的一次加工产品主要有合成氨、甲醇、炭黑等近20个品种，经二次或三次加工后的重要化工产品则包括甲醛、醋酸、碳酸二甲酯等50个品种以上。甲醇合成工序：CH4+H2O→CO+3H2（镍催化剂）CO+H2O→CO2+H2（镍催化剂）CO+2H2=CH3OHCO2+

6、3H2=CH3OH+H2O传统能源的缺点传统能源大多属于不可再生能源，虽然像煤的储量是所有矿物中最丰富的，还有石油和天然气等，由于其不可再生性，这些能源总有消耗完的一天。传统能源在利用时，大多是通过燃烧，在燃烧的过程中，产生各种不同的气体、烟尘微粒，污染的空气、水源，特别是排放的温室气体，使全球气候变暖，对人类的生活环境影响较大，就对每个人来说，对其身体，特别是呼吸道方面影响较大。而且其能源利用率也不高。因此，新型能源逐渐诞生了。新型能源核能（下面仅谈其与化学的关系）铀的分离与提取基本原理利用238UF6和2

7、35UF6蒸气扩散速度的差异，可分离235U和238U，达到富集核燃料235U的目的。核反应堆中的减速剂主要是重水，它可以减小中子的速率，使之符合发生裂变过程的需要。重水（D2O）的生产：地球上的水约有3,200分之一是半重水（HDO）。半重水可以通过电解及蒸馏生产或以化学方法从普通水中提炼出来。可以使用化学方法，是因为重氢及普通氢原子由于质量稍为不同，所以化学反应的速度有异。当水中的半重水到了相当的浓度，重水便会因为水份子之间交换氢原子而慢慢出现。要从半重水再提炼纯正的重水亦可使用电解、蒸馏及化学方法。但是

8、电解及蒸馏所需要的能量会非常巨大，因此一般这一步只会使用化学方法。下面介绍两种主要的化学交换法：GS法是基于在一系列塔内（通过顶部冷和底部热的方式操作）水和硫化氢之间氢与氘交换的一种方法。在此过程中，水向塔底流动，而硫化氢气体从塔底向塔顶循环。使用一系列多孔塔板促进硫化氢气体和水之间的混合。在低温下氘向水中迁移，而在高温下氘向硫化氢中迁移。氘被浓缩了的硫化氢气体或水从第一级塔的热段和冷段的接合处排出