《化学与能源》ppt课件

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1、第六章化学与能源能源是指一切能量比较集中的含能体(如煤炭、天然气等)和能量过程(如风、潮汐)。能源按其来源大致分为三类：太阳能及其转化物,如太阳直接辅射能、煤、石油、天然气等化石燃料，以及太阳能转化来的生物能、水能、风能、海洋能等；地球本身的能量，如地热能、核能；天体对地球的引力能，如潮汐能。能源按利用方式可分为两种：直接从自然界获得的不改变其形态的—次能源和经人类加工生产出来的二次能源。一次能源按能否再生又可分为：可再生能源，如太阳能、风能；经过亿万年形成且短期内不可再生能源的能源，如化石燃科、核能等。从对环境的影响来看，化石燃料等为污染能源，水

2、能、风能等则为清洁能源。煤、石油、天然气是当今世界上最重要的化石燃料(又叫矿物燃料)，是主要的能源。煤—黑色金子煤的形成：煤主要是由古代植物在地下隔绝空气的条件下，经过长期的一系列复杂的化学变化和生物变化，而形成的一种由有机物和无机物所组成的复杂的混合物。煤的主要成分是碳，还含有氢、氧、氮及硫、磷等48种元素。煤炭有实用价值的综合利用主要有煤的干馏、气化和液化。煤最主要的应用是直接作为燃料，将煤粉放在隔绝空气的炼焦炉中加热，即煤的干馏。由此得到焦炭、煤焦油、炔炉气、粗氨水和粗苯等。这些产物可用于生产化肥、塑料、合成橡胶、合成纤维、炸药、染料、医药等

3、。一、常规能源——化石燃料煤的气化：是把煤中的有机物转化为可燃件气体的过程。煤与有限的空气和水蒸气反应，得到—种气态混合物，称之为半煤气：如果将煤在高温时与水蒸气反应即可制很水煤气，这种气体的燃烧热比半水煤气高1倍。煤的液化：是把煤转化成液体燃料的过程。煤与液态烃在化学组成上的差别在于煤的氢碳原子比(即H/C)低(一般石油烃的H/C约为1．8)。为使煤液化，需要加氢。石油的形成：石油是由古代动、植物遗体在地壳内部高温、高压条件下经过非常复杂的化学变化而形成的各种烷烃、环烷烃和芳烃组成的混合物。石油所含的基本元素是碳和氢(达97％—98％)，同时含少

4、量硫、氧、氮等元素。石油（原油）经过分馏可得到系列产品，如溶剂油、汽油、柴油、润滑油等。石油—工业的粮食图6-1原油加工示意图辛烷值常用来衡量汽油的抗震程度，把抗震性较好的异辛烷(2，2，4一三甲基戊烷)的辛烷值定为l00，爆震性极强的正庚烷的辛烷值定为零，把汽油的抗震性和这两种烃的不同比例的混合物进行比较，就可以得到该汽油的相对辛烷值。为了提高汽油的辛烷值，过去广泛使用的一种入法是在汽油中添加少量抗震剂—四乙基铅；现在为了提高汽油的辛烷值，一般采用甲基叔丁基醚[CH3—O—C(CH3)3，又名MTBE]作为高辛烷值组分。目前，我国使用的车用汽油标

5、号就是按照汽油的辛烷值大小划分的，例如90号汽油表示该汽油的辛烷值不低于90。汽油和汽油的标号氢能是经人类加工生产出来的二次能源，它具有以下优点：原料来源丰富(水)，取之不尽，用之不竭；燃烧热值高，1千克H2燃烧可以放出近12万千焦热量，相当于燃烧3千克汽油；无污染，不产生有毒有害气体。因此，氢能源是理想的新能源。发展新能源，首先，需要解决如何廉价大量制备氢气的问题，其次，要解决储存问题。目前世界上已开发和正在研究的方法有：电解法(电解水或食盐水)；用煤、天然气、轻质油与高压水蒸气反应的热化学法；阳光催化分解法；生物法等。二、理想的新能源——氢能光

6、分解水制氢的研究中已找到一些催化刘，如钙和联吡啶形成的配合物。它吸收的阳光正好近似于水分解成氢和氧所需的能量。另外，二氧化钛和某些含钙的化合物也是较适用的催化剂。有人大胆设想用城市垃圾和污水来制取氢气，主要原理是：日本东京大学的科学家在氩和氦的气流中，将陶瓷CNF加热至300度，然后用注射针头向CNF注水制得氢。由于水解后CNF又回到非活化状态，所以CNF能反复使用。在每一次反应中，平均每克CNF可产生2至3厘米3H2。我国在世界上首次完成生物制氢中试实验。哈尔滨建筑大学的学者利用细茵从污水中分解收集氢气，并于2000年2月初完成中试实验。利用含碳

7、水化合物的有机废水通过生物发酵制氢，使人类找到了一种新的可再生的洁净能源。大量储存氢一般有两种方法。一种方法是高压下液化为液氢。但在常压下，氢气必须降温至-252度才能变成液体，这种方法成本高，而且储存液氢要有极好的绝热设备—托瓦瓶。液氢易逸散渗漏，会酿成严重火灾和爆炸事故。另一种方法是用某些金属或合金来储存氢。氢有一个奇持的性质，它会与某些过渡金属(如钯等)或合金形成金属氢化物，如1体积胶状佬(Rh)能吸收2900体积氢气。当温度升高或体系氢压降低时，它们就放出氢。利用储氢材料储氢具有储存量高、可逆、安全等优点。氢的储存方法研究新的合理的制氢方法

8、是一项一劳永逸地解决能源问题的研究课题，理想的氢能源如图所示。图6-2理想的氢能源示意图化学电池是一种将化学能直接转换为电