工业化学课件第2章

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1、2.1能源的需求与来源12.1.1能源的需求20世纪80年代,世界能源的需求量显著增长,现在世界的主要能源是煤、石油、天然气、水能和核能等。1998年世界一次能源消费组成为石油40%,煤26%,天然气20%,核能7%,再生能源3%。能源的消费量是与国民经济的发展速度相适应的。2能源资源与煤化工2世界能源消耗的结构上也已发生了很大的变化。从1950年至1998年,煤的比例由60%逐渐下降到26%,而石油的比例则由25%增加到1975年的45%后,1998年又降为40%。我国能源有了很大发展,20世纪60年代能源产量如表2-1所示。由表

2、可见,中国能源消费结构长期以来一直是以煤为主,用于工业锅炉、窑炉、采暖的煤炭比例很高,约占47%~48%。据统计,1995年全国一次能源生产量和消费量分别为1.239Gt和1.29Gt,其中煤炭为1.36Gt,居世界各国之首;原油产量149Mt,居世界第五位;天然气1.7×10^10m3,发电量1.007×10^12kWh,成为世界第二大电力生产国。2.1.2能源的来源31)石油石油是远古海洋或湖泊生物在地下经过漫长的地球化学演化而形成的复杂混合物。目前全世界每年约消耗石油3Gt,其中85%以上作为燃料。全世界石油资源的地埋分布情

3、况为:中东56.7%、西半球11.7%、非洲9.2%、亚太地区3.1%。1998年世界原油加工能力为4.02Gt中国原油产量达到162.51Mt,原油加工能力为270.29Mt。452)天然气天然气广义上是指埋藏于地层中自然形成的气体总称。1983年探明世界天然气储量约90×10^12m3,主要分布(%)为:苏联35、中东29、北非8、美国7、西欧6。1983年世界产气量为1.56×10^12m3。我国1980年探明的天然气储量约7.286×10^11m3,约占世界储量的1%,天然气田主要分布在四川、大庆、河南、华北地区、辽河、胜利

4、油田及沿海一带大陆架。1.2化学工业的发展史63)煤煤是古代植物长期埋藏在地下,处于空气不足条件下,经历复杂的生物化学和物理化学变化,逐步形成的固体可燃物。世界煤炭资源丰富,1996年可采储量为984.21Gt,中国煤的储量和产量均居世界前列,1996年可采储量114.5Gt,居世界第三位。74)核燃料核燃料在一些重要领域,特别在发电方面是能够代替矿物燃料的。铀和钍的储量很大,而且在世界上分布很广,在低等和中等范围内铀储量大约有4Mt,其中已证实的有2.2Mt。钍的储量约为2.2Mt。普通的轻水反应堆基本上只使用U-235(在天

5、然铀中含量达0.7%),每千克铀相当于58.6MJ,假如采用增殖反应堆来充分利用这些铀资源,其能量可增加125倍。而每千克钍的能量与铀相当。所谓高度增殖反应堆,就是从不裂变的同位素U-238中获得可裂变的钚-239(Pu-239)及从钍-232(Th-232)中获得可裂变的。2.1.3新能源8A.燃料电池燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料电池有碱性燃料电池(AFC),磷酸型燃料电池(PAFC),熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)等。其中10kW级的高性能碱性燃料电池是美国航天飞机的主要电源,已应

6、用近20年。磷酸型燃料电池是以天然气、石油或甲醇为燃料,空气为氧化剂,已建立11MW的电站,技术趋于成熟,但尚未达到商业化程度。熔融碳酸盐型燃料电池,与煤造气技术联合,已建立了2MW中心电站以改变燃料结构,21世纪初将建立MW级商业试运行电站。9B.新型汽车燃料1）燃料酒精及燃料甲醇目前,中国每年消耗的汽油为40Mt,开发燃料酒精及燃料甲醇等石油替代品,以节省石油资源,在我国石油生产量尚不能满足消费需求的情况下,是十分重要的。2）生物柴油从植物油(包括动物油脂)生产的柴油称为生物柴油,它是一种植物油中长链脂肪酸的单烷基酯。生物柴油

7、基本上不含硫和芳烃,其十六烷值也高,其他性能也符合柴油要求,只是倾点较高,影响低温启动。(1)少排放CO2,从而减少对地球的温室效应;(2)本身无毒、无害,能自行分解回归自然界;(3)不排放SOx,是一种清洁燃料。2.1.4能源与环境10燃煤烟气产生的大气污染主要表现在:(1)温室效应,污染物质主要是CO2;(2)酸雨,污染物质主要是SO2,NOx也有部分作用;(3)大气臭氧层破坏,污染物质主要是NOx;(4)颗料悬浮物气溶胶,污染物质主要是燃煤产生的灰尘,通常小于5μm。根据环保部门测定,1995年我国煤炭消耗量1.28G

8、t,SO2排放量达23.7Mt,超过美国目前的21Mt,成为世界SO2排放的第一大国。此外,我国排放的CO2折合碳为821Mt,占世界的13.2%,仅次于美国。为此,1997年国务院批准了国家环保总局制定的《酸雨控制区和二氧化硫污染控