理化生化學(xué)與能源課件

2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源1化學(xué)與常規(guī)能源主講：王瑞琪2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源1化學(xué)與常規(guī)能源主講：王2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源2主要內(nèi)容柴薪(生物質(zhì)能)——第一代主體能源煤——最主要的固體燃料石油和天然氣化學(xué)電池能源利用的化學(xué)本質(zhì)2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源2主要內(nèi)容柴薪(生物質(zhì)能2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源3什么是能源？能源是提供能量的自然資源。能量是一切運(yùn)動(dòng)的源泉。沒有能量就沒有生命運(yùn)動(dòng)，生命運(yùn)動(dòng)的停止意味著生命的死亡；沒有能量就沒有化學(xué)反應(yīng)，所有形式的生命都不能維持。能源是宇宙的推動(dòng)力，是系統(tǒng)作功能力的量化特性，能源可以是動(dòng)能、位能、熱能。能源的形式有很多(例如熱力、電力等)，而且一種能源形式可以轉(zhuǎn)化成另一種形式。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源3什么是能源？能源是提供2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源4能源結(jié)構(gòu)：石油仍居主導(dǎo)地位，占能源消費(fèi)總量的36.8％，煤炭次之，占27.2％，天然氣發(fā)展較快，已占23.7％，有三足鼎立之勢。而水電與核能則相對(duì)勢微，分別僅占6.2％和6.1％。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源4能源結(jié)構(gòu)：石油仍居主2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源5

目前，我國能源利用效率為33%，比發(fā)達(dá)國家低10個(gè)百分點(diǎn)；單位產(chǎn)值能耗是世界平均水平的2倍多，比美國、歐盟、日本、印度分別高2.5倍、4.9倍、8.7倍和43%；我國8個(gè)行業(yè)（石化、電力、鋼鐵、有色、建材、化工、輕工、紡織）主要產(chǎn)品單位能耗平均比國際先進(jìn)水平高40%；燃煤工業(yè)鍋爐平均運(yùn)行效率比國際先進(jìn)水平低15-20%；機(jī)動(dòng)車百公里油耗比歐洲高25%，比日本高20%。能源利用效率2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源5

目前，我國能源2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源6能源的分類能源按其來源不同可以分類四類：太陽能：除太陽輻射能以外，還包括煤、石油、天然氣等化石燃料，以及生物質(zhì)能、水能、風(fēng)能、海洋能等間接來自太陽能的能源。地?zé)崮埽喝绲叵聼崴?、地下蒸氣、干熱巖體。核裂變資源和核聚變資源：如鈾、釷等核裂變和氘、氚、鋰等核聚變資源。月球、太陽等星體對(duì)地球的引力為主產(chǎn)生的能源：如以月球引力為主產(chǎn)生的潮汐能。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源6能源的分類能源按其來源2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源7按能源工作者的分類一次能源：可從自然界取得而不改變其基本形態(tài)的能源。常規(guī)能源：已被人們廣泛應(yīng)用的能源，如水能、煤、石油、核裂變材料等新能源：采用新的先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)而被廣泛應(yīng)用的能源，如太陽能、風(fēng)能、核聚變材料二次能源：由一次能源加工或轉(zhuǎn)換而轉(zhuǎn)變了形態(tài)的能源稱為二次能源。煤制品石油制品電能、沼氣、蒸汽等。能源的分類2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源7按能源工作者的分類能源2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源8一次能源二次能源再生能源非再生能源太陽能、水力、風(fēng)力、生物質(zhì)能、波浪能、潮汐能、海洋溫差能、地?zé)嵩?、原油、天然氣、油頁巖、核能電力、蒸汽、煤氣、汽油、柴油、重油、液化石油氣、酒精、沼氣、氫氣和焦炭能源的分類2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源8一次能源二次能源再生能2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源9直接利用太陽能光合作用空氣、地表吸熱煤炭食物中的化學(xué)能空氣變熱形成風(fēng)水蒸氣形成雨雪2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源9直接利用太陽能光合作用2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源10

Ⅰ.柴薪(生物質(zhì)能)

——第一代主體能源柴薪是人類第一代主體能源柴薪也可稱為生物質(zhì)能,它是光合作用的產(chǎn)物,是太陽能的間接利用植物的葉綠體通過光合作用，利用太陽的能量，將CO2和H2O合成為有機(jī)物并放出O2,在燃燒時(shí)，這些有機(jī)物又與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)變?yōu)镃O2和H2O,同時(shí)釋放出能量。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源10Ⅰ.柴薪(生物質(zhì)能2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源11水+二氧化碳----->有機(jī)體+氧植物太陽能

生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式，一種以生物質(zhì)為載體的能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用，在各種可再生能源中，生物質(zhì)是獨(dú)特的，它是貯存的太陽能，更是一種唯一可再生的碳源。生物質(zhì)資源數(shù)量龐大，形式繁多，其中包括柴薪，農(nóng)林作物，尤其是為了生產(chǎn)能源而種植的能源作物，農(nóng)業(yè)和林業(yè)殘剩物，食品加工和林產(chǎn)品加工的下腳料，城市固體廢棄物，生活污水和水生植物等等（中國生物質(zhì)資源主要是農(nóng)業(yè)廢棄物及農(nóng)林產(chǎn)品加工業(yè)廢棄物、薪柴、人畜糞便、城鎮(zhèn)生活垃圾等四個(gè)方面）。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源11水+二氧化碳--2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源12生物能具備下列優(yōu)點(diǎn)：

*提供低硫燃料；

*提供廉價(jià)能源(於某些條件下)；

*將有機(jī)物轉(zhuǎn)化成燃料可減少環(huán)境公害(例如，垃圾燃料)；

*與其他非傳統(tǒng)性能源相比較，技術(shù)上的難題較少。其缺點(diǎn)有:

*小規(guī)模利用；

*植物僅能將極少量的太陽能轉(zhuǎn)化成有機(jī)物；

*單位土地面的有機(jī)物能量偏低；

*缺乏適合栽種植物的土地；

*有機(jī)物的水分偏多(50%～95%)。

生物能的優(yōu)缺點(diǎn)2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源12生物能具備下列優(yōu)點(diǎn)：2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源13據(jù)統(tǒng)計(jì)：世界每年約產(chǎn)出1.7×1011噸干生物量，利用量僅為1.3×108噸，不足總量的1%；生物質(zhì)向人類提供了世界能源消費(fèi)總量的15%,僅次于石油、煤碳和天然氣（生物能是第四大能源）；我國利用的生物質(zhì)能約為2.6×108噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占農(nóng)村能源消費(fèi)的70%左右。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源13據(jù)統(tǒng)計(jì)：世界每年約產(chǎn)2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源14傳統(tǒng)能源使用的新方式柴薪的傳統(tǒng)使用方法是直接燃燒，其熱利用率很低，為15%左右，即使用新式節(jié)柴灶，也最多能提高到25%左右，而且直接燃燒還會(huì)造成環(huán)境污染?？傮w思路：將固態(tài)的柴薪通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可燃性液態(tài)或氣態(tài)化合物，即將生物能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，然后再燃燒放熱。氣態(tài)燃料：沼氣液態(tài)燃料：甲醇、乙醇2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源14傳統(tǒng)能源使用的新方式2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源15一、氣體燃料—沼氣生物質(zhì)在厭氧條件下可生成沼氣,其主要成份是甲烷(CH4),甲烷燃燒熱值高,而且干凈,因此被稱為清潔燃料。另外，生成沼氣的殘?jiān)?、殘液是?yōu)質(zhì)的速效肥料。沼氣的原料可以是有機(jī)垃圾，既處理了生活垃圾的一部分又清潔了環(huán)境，所以建設(shè)大型沼氣池可同時(shí)處理城市垃圾，還可以用于發(fā)電。到2000年底，我國共建成了1000座工業(yè)廢水和畜禽糞便沼氣工程形成了每年約6億立方米沼氣生產(chǎn)能力。我國農(nóng)村有500多萬小型沼氣池作為家用能源。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源15一、氣體燃料—沼氣生2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源16二、液體燃料生物質(zhì)經(jīng)過發(fā)酵或高溫?zé)岱纸獾确椒芍圃旒状?、乙醇等干凈的液態(tài)燃料。許多歐美國家已經(jīng)普及使用了乙醇或含乙醇的汽油做汽車燃料。歐洲已有多家由木屑生產(chǎn)甲醇的工廠。除利用農(nóng)牧業(yè)的廢料，科學(xué)家們成功地培植了一些速生樹木等高產(chǎn)作物以獲取生物能源。巴西：香膠樹（又稱石油樹）每株每年產(chǎn)50KG左右與石油成份相近的膠質(zhì)。美國：黃鼠草，每公頃年產(chǎn)6000kg石油；巨型海藻，提煉類似柴油的燃料油。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源16二、液體燃料生物質(zhì)經(jīng)2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源17生物能的開發(fā)和利用具有巨大的潛力

直接燃燒生物質(zhì)來產(chǎn)生熱能、蒸汽或電能。利用能源作物生產(chǎn)液體燃料。目前具有發(fā)展?jié)摿Φ哪茉醋魑铮ǎ嚎焖俪砷L作物樹木、糖與淀粉作物（供制造乙醇）、含有碳氧化的合作物、草本作物、水生植物。生產(chǎn)木炭和炭。生物質(zhì)（熱解）氣化后用于電力生產(chǎn)，如集成式生物質(zhì)氣化器和噴氣式蒸汽燃?xì)廨啓C(jī)（BIG/STIG）聯(lián)合發(fā)電裝置。對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物、糞便、污水或城市固體廢物等進(jìn)行厭氧消化，以生產(chǎn)沼氣和避免用錯(cuò)誤的方法處置這些物質(zhì)，以免引起環(huán)境危害。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源17生物能的開發(fā)和利用具2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源18

根據(jù)生物質(zhì)能的作用和我國的現(xiàn)狀，目前重點(diǎn)發(fā)展的項(xiàng)目如下：（1）近期優(yōu)先發(fā)展項(xiàng)目·

生物質(zhì)氣化供氣·

生物質(zhì)氣化發(fā)電·

大型沼氣工程·

生物質(zhì)直接燃燒供熱（2）中長期化發(fā)展項(xiàng)目·

生物質(zhì)高度氣化發(fā)電項(xiàng)目（BIG/CC）·

生物質(zhì)制氫等優(yōu)質(zhì)燃?xì)狻?/p>

生物質(zhì)熱解液化制油2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源18根據(jù)生物質(zhì)2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源19Ⅱ.煤——最主要的固體燃料概述煤是我國的主要能源煤的來源及形成煤的化學(xué)組成煤的利用方式直接燃燒綜合利用煤的氣化煤的干餾煤的液化2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源19Ⅱ.煤——最主要的固2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源20煤是我國的主要能源中國最早使用煤，700多年前，馬可波羅看到中國人燒煤，這是他第一次見識(shí)到一種可以燃燒的“黑石頭”最早大規(guī)模使用煤的是英國：英國森林資源有限，而英國又是產(chǎn)業(yè)革命的發(fā)源地，隨著蒸汽機(jī)的發(fā)明和推廣，煤逐漸成為能源主角。世界能源消費(fèi)：20世紀(jì)70年代石油超過了煤。發(fā)展中國家仍以煤為主要能源。中國的能源消費(fèi)構(gòu)成：煤所占比例為：1960年94%；1970年81%;1990年76%；2000年68%2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源20煤是我國的主要能源中2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源21煤的來源（形成）煤、石油和天然氣是上億年前的植物或動(dòng)物變來的，故被稱為“化石能源”。它的主要演變過程為：約3億年前的古生代——泥煤形成隨著地殼下降，下有地?zé)?，上有土石壓力——褐煤形成地殼繼續(xù)下降，較深的地方，壓力繼續(xù)增大，地?zé)釡囟瓤蛇_(dá)20000C左右，形成煙煤，最后變成無煙煤。

煤因此被稱為化石能源2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源21煤的來源（形成）煤、2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源22煤的化學(xué)組成因產(chǎn)地而異。目前公認(rèn)的平均組成含C、H、O、N、S分別為85.0%，5.0%，7.6%，0.7%，1.7%，可折成原子比來表示：

C135H96O9NS此外還含有其他的金屬和非金屬元素。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源22煤的化學(xué)組成因產(chǎn)地而2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源232022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源232023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源242022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源242023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源25煤的利用方式

——直接燃燒

我國是一個(gè)燃煤大國。年消費(fèi)量在10億噸以上。其中30%用于火力發(fā)電，煉焦；50%用于各種工業(yè)鍋爐、窯爐；20%的用于生活?？梢?，絕大部分是直接燒掉。直接燃燒的弊端：熱效率低；化學(xué)利用率低；嚴(yán)重污染環(huán)境。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源25煤的利用方式

2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源262022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源262023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源27煤的綜合利用

——煤的干餾（煤的焦化）即隔絕空氣加熱，使煤分解生成：焦?fàn)t氣（氣體），煤焦油（液體），焦炭（固體）煤隔絕空氣：控制干餾的溫度可以得到不同的產(chǎn)品。焦?fàn)t氣中除可燃?xì)怏wCO，H2，CH4外，還有乙烯、苯、氨等。煤焦油可提煉苯、酚、萘、蒽、菲等環(huán)狀化合物，它們是醫(yī)藥、農(nóng)藥、炸藥、染料行業(yè)的重要原料，此外還可分離出吡啶、喹啉、機(jī)油、瀝青等400多種化合物；焦炭的主要用途是煉鐵，還可制成電石，電極等2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源27煤的綜合利用

（1）煤的干餾（1）煤的干餾2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源29煤的綜合利用

——煤的氣化讓煤在氧氣不足的情況下，進(jìn)行部分氧化，使煤中的有機(jī)物部分分轉(zhuǎn)化。氣化的主要目的有二個(gè)：產(chǎn)生氣體燃料，便于管道輸送（車間、實(shí)驗(yàn)室、廚房）氣化的過程涉及10個(gè)左右的基本化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)不同需要作不同的條件控制，產(chǎn)物的成分和比例不同。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源29煤的綜合利用

（2）煤的氣化（2）煤的氣化2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源31煤的綜合利用

——煤的液化(在研究過程中)煤與石油有著相似的“成長經(jīng)歷”，有著近似的“基因”，有可能通過一定化學(xué)反應(yīng)，將煤轉(zhuǎn)化為石油。煤炭液化油可稱為人造石油。煤的液化可分為直接和間接液化2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源31煤的綜合利用

2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源32直接液化：2.3噸煤可以液化為一噸油，但不能直接用于汽油。加H2，重整后可用于汽油，但成本加大間接液化：5-6噸煤可以液化為1噸油，品位較純，符合環(huán)保要求2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源32直接液化：2.3噸煤2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源33一碳化學(xué)隨著煤的氣化和液化技術(shù)的重大突破，以煤為原料的C1化學(xué)可望在今后形成一個(gè)新體系。C1化學(xué)：以分子中含一個(gè)碳原子的化合物（如：CH3OH、CO、CH4等）為原料來合成化工產(chǎn)品的化學(xué)體系。C1化學(xué)的發(fā)展對(duì)煤礦資源豐富的我國十分重要。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源33一碳化學(xué)隨著煤的氣化2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源34Ⅲ.石油和天燃?xì)馐偷挠蓙砼c分布石油的組成與利用石油的伴生物——天然氣2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源34Ⅲ.石油和天燃?xì)馐?023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源35石油的由來石油在世界能源消耗結(jié)構(gòu)中雄居首位，同時(shí)是化工生產(chǎn)最主要的原料來源——被稱為“工業(yè)的血液”。關(guān)于石油的成因，現(xiàn)在較為一致的觀點(diǎn)：石油是遠(yuǎn)古時(shí)代海洋或湖泊中動(dòng)植遺體，在地下經(jīng)過漫長的復(fù)雜變化而形成的棕黑色黏稠液態(tài)混合物。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源35石油的由來石油在世界2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源36石油的分布未經(jīng)處理的石油叫原油。目前查明儲(chǔ)量最大的產(chǎn)油帶有兩個(gè)，這兩個(gè)都曾是海槽，因此有“海相成油”學(xué)說。長科迪勒地帶：北起阿拉斯加和加拿大，經(jīng)美國西海岸，到南美委內(nèi)瑞拉、阿根挺特提斯地帶：從地中海起經(jīng)中東到印尼我國已經(jīng)開發(fā)的大小油田有160多個(gè)：大慶、勝利、中原、華北、大港等。我國還有大量的油氣資源（大陸架）2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源36石油的分布未經(jīng)處理的2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源37石油的組成與利用石油是極其龐雜的混合物，其中絕大多數(shù)是碳?xì)浠衔?。（C元素與H元素的化合物→烴）200年前，人類開始用蒸餾方法提煉石油最先出來的沸點(diǎn)最低：汽油其次是煤油剩在鍋里的是重油：柴油、潤滑油、凡士林、石蠟、瀝青2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源37石油的組成與利用石油2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源38石油的組成與利用最初，人們利用煤油照明，汽油和重油是副產(chǎn)品。19世紀(jì)80年代：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)問世，汽油的產(chǎn)量超過煤油。柴油機(jī)的發(fā)明、內(nèi)燃機(jī)的普及使工業(yè)對(duì)石油的需求量直線上升。至此，石油方成為工業(yè)的血液。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源38石油的組成與利用最初2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源392022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源392023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源402022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源402023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源412022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源412023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源42石油的組成與利用當(dāng)今社會(huì)，隨著汽車的普及，汽油用量遠(yuǎn)大于煤油。能否將煤油變成汽油呢？怎樣提高汽油的性能和品質(zhì)呢？熱裂法（催化裂解法制汽油）催化重整法加氫精制2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源42石油的組成與利用當(dāng)今2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源43煤油變汽油——熱裂法經(jīng)測定，汽油的主要成分是7~8個(gè)C原子的烷烴，而煤油為含10~15個(gè)C原子的烷烴。在加熱加壓條件下，通過催化劑，大分子分裂為小分子，煤油變成汽油。經(jīng)催化裂化，從重油中能獲得更多乙烯、丙烯、丁烯等化工原料，也能獲得較多較好的汽油。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源43煤油變汽油——熱裂法2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源44提高汽油性能——催化重整法提高汽油的辛烷值（汽油性能的表征）

辛烷值：汽油中異辛烷（2,2,4-三甲基戊烷）的含量，用以衡量汽油抗震性的高低。人們把抗震性最差的正庚烷的辛烷值定為0（自燃點(diǎn)：2230C），抗震性較好的異辛烷的辛烷值定為100（自燃點(diǎn)：4180C）。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源44提高汽油性能——催化2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源45

辛烷值常用來衡量汽油的抗震程度，把抗震性較好的異辛烷(2，2，4一三甲基戊烷)的辛烷值定為l00，爆震性極強(qiáng)的正庚烷的辛烷值定為零，把汽油的抗震性和這兩種烴的不同比例的混合物進(jìn)行比較，就可以得到該汽油的相對(duì)辛烷值。目前，我國使用的車用汽油標(biāo)號(hào)就是按照汽油的辛烷值大小劃分的，例如90號(hào)汽油表示該汽油的辛烷值不低于90。為了提高汽油的辛烷值，過去廣泛使用的一種方法是在汽油中添加少量抗震劑—四乙基鉛（汽油精）；現(xiàn)在為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]作為高辛烷值組分。汽油和汽油的標(biāo)號(hào)2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源45辛烷值常用來衡量2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源46這是石油工業(yè)中另外一個(gè)重要過程。在一定的溫度壓力下，汽油中的直鏈烴在催化劑表面上進(jìn)行結(jié)構(gòu)的“重新調(diào)整”，轉(zhuǎn)化為帶支鏈的烷烴異構(gòu)體，這就能有效地提高汽油的辛烷值，同時(shí)還可得到一部分芳香烴，這是原油中含量很少而只靠從煤焦油中提取不能滿足生產(chǎn)需要的化工原料，可以說是一舉兩得。現(xiàn)用催化劑是貴金屬鉑（Pt）、銥（Ir）和錸（Re）等，它們的價(jià)格比黃金貴得多，化學(xué)家們巧妙地選用便宜的多孔性氧化鋁或氧化硅為載體，在表面上浸漬0.1％的貴金屬，汽油在催化劑表面只要20～30s就能完成重整反應(yīng)。提高油品質(zhì)量——催化重整法2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源46這是石油工業(yè)中另外一2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源47提高油品質(zhì)量——加氫精制法蒸餾和裂解所得的汽油、煤油、柴油中都混有少量含N或含S的雜環(huán)有機(jī)物，在燃燒過程中會(huì)生成NOx及SO2等酸性氧化物污染空氣，當(dāng)環(huán)保問題日益受關(guān)注時(shí)，對(duì)油品中N，S含量的限制也就更加嚴(yán)格?，F(xiàn)行的辦法是用催化劑在一定溫度和壓力下使H2和這些雜環(huán)有機(jī)物起反應(yīng)生成NH3或H2S而分離，留在油品中的只是碳?xì)浠衔铩Ｗ?0年代末開始，石油化工科學(xué)研究院針對(duì)我國油品特點(diǎn)，開展了大量基礎(chǔ)研究工作，開發(fā)出多種加氫催化劑，基本滿足了國內(nèi)煉油工業(yè)的需要，并有出口。這類催化劑以Al2O3為載體，活性組分有鈷－鉬（Co－Mo）、鎳－鉬（Ni－Mo）、鎳－鎢（Ni－W）等體系。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源47提高油品質(zhì)量——加氫2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源48天然氣（與石油伴生）天然氣可分為兩種：干天然氣（含甲烷80-90%），難液化，常用于燃料。我國天然氣多為干天然氣濕天然氣，加壓降溫時(shí)易液化，常作裂解氣原料，制取乙烯。我國是最早利用天然氣的國家。比西方早1300年。在晉朝初年開始利用，宋朝時(shí)已經(jīng)大規(guī)模用于熬制井鹽。陸上資源主要集中在四川盆地、陜甘寧地區(qū)、塔里木盆地和青海，海上資源集中在南海和東海。此外，在渤海、華北等地區(qū)還有部分資源可利用。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源48天然氣（與石油伴生）。天然氣－－家庭用氣體燃料

管道煤氣由煤加工制得，液化氣是石油煉制產(chǎn)物，天然氣則能直接使用。家庭生活中，為什么要使用氣體燃料呢？①因氣體易擴(kuò)散，故氣體燃料與空氣混合充分，容易完全燃燒，與固體燃料相比有較高的能量利用率。②氣體燃料便于運(yùn)輸，使用方便（易點(diǎn)燃，易熄滅），且清潔衛(wèi)生。③固體煤中含有硫、氮等雜質(zhì)，直接燃煤、煤球或煤餅會(huì)產(chǎn)生大量二氧化硫、氮氧化物（NOx）、粉塵等，造成大氣污染，住宅環(huán)境也煙灰滿天，廚房空氣的污染則更嚴(yán)重。。天然氣－－家庭用氣體燃料管道煤氣由煤加工制得，液（1）主要成分管道煤氣的可燃成分是氫氣、一氧化碳和甲烷，分別約占48%～50%，10%～15%和13%～18%液化氣又叫液化石油氣，主要成分中C3、C4的烴是沸點(diǎn)較低的成分丙烷、丙烯、丁烷、丁烯。天然氣的主要成分是甲烷，還有少量的其他氣態(tài)烴，天然氣直接產(chǎn)自油氣田，開采后經(jīng)脫硫、脫水等，即可用作家庭燃?xì)?。?）主要成分三種氣體燃料的熱值大體為以下數(shù)值：

三種氣體燃料的熱值大體為以下數(shù)值：問題1：相同流速的天然氣、管道煤氣、液化石油氣燃燒時(shí)火焰大??？為什么？氣體的燃燒性能與該氣體的擴(kuò)散速度有關(guān)，H2、CO和CH4中，H2的相對(duì)分子質(zhì)量最小，氣體密度最小，故而有最大的擴(kuò)散速度和最好的燃燒性能。平時(shí)實(shí)驗(yàn)中，可以觀察到H2的火焰很長，而燃燒平穩(wěn)。管道煤氣中50％的H2保證了良好的燃燒火焰。

問題2：用液化氣燒水煮飯為什么比管道煤氣快？

從發(fā)熱量看，液化氣是比管道煤氣更優(yōu)質(zhì)的氣體燃料。在鋼瓶中的液化氣是液體，打開閥門減壓后變成氣體使用，因此液化氣有兩個(gè)熱值：47.3MJ/kg和109MJ/m3。用后者數(shù)值與管道煤氣（熱值為15.6MJ/m3）比較，管道煤氣只有液化氣的1/6～1/7，所以用液化氣燒水煮飯要快得多了。問題1：相同流速的天然氣、管道煤氣、液化石油氣燃燒時(shí)氣體的燃問題3：推廣使用天然氣為什么是城市燃?xì)獾陌l(fā)展方向？

管道煤氣是一種清潔燃料，然而這是相對(duì)于住宅、居室環(huán)境而言的，從城市大環(huán)境看，沒有改善城市大氣的污染程度。原因很簡單，制造煤氣要燃煤，使用煤氣沒有降低城市的煤炭消耗量。原來一家一戶煤球爐的廢氣僅僅變成由數(shù)家煤氣廠排放而已。液化氣是發(fā)熱量高的優(yōu)質(zhì)清潔燃料，但液化氣使用不便，且要消耗寶貴的石油資源，天然氣則是一種既有管道煤氣的方便，又有液化氣無毒、發(fā)熱量高的優(yōu)點(diǎn)的燃料，所以，推廣使用天然氣的是城市燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。問題3：推廣使用天然氣為什么是城市燃?xì)獾陌l(fā)展方向？管道煤氣（2）爆炸極限可燃?xì)怏w爆炸極限寬度大的，容易發(fā)生爆炸。從表中可知，液化氣、天然氣的爆炸極限較管道煤氣各種成分的寬度要小，因而具有不易爆的特點(diǎn)（注意：并非不會(huì)爆炸）。例題：借助上表的數(shù)值，計(jì)算天然氣爆炸最劇烈時(shí)，空氣中含天然氣的體積分?jǐn)?shù)（二位有效數(shù)字）。（2）爆炸極限可燃?xì)怏w爆炸極限寬度大的，容易發(fā)生爆炸。從表中為什么液化氣燃燒器上必須有一個(gè)風(fēng)門？液化氣的成分是C3、C4的烴類，完全燃燒時(shí)所需空氣量很大。例如，1L丁烷燃燒（2C4H10＋13O2→8CO2＋10H2O）需氧氣6.5L，折合成空氣約為31L，丁烷燃燒時(shí)，單單靠火焰周圍的空氣來支持燃燒，必定要發(fā)生不完全燃燒。因此液化氣在灶具上燃燒所需要的空氣是分兩次供給的。一次空氣量由風(fēng)門調(diào)節(jié)，約占全部需要量的70%?？諝庖M(jìn)后，在燃燒器內(nèi)部混合。二次空氣量則由火焰周圍的空氣供給。若將燒液化氣的灶具改天然氣，灶具需作何改進(jìn)？使用液化氣，為什么開始時(shí)風(fēng)門要調(diào)小些，使用一段時(shí)間（若干天）后，風(fēng)門要調(diào)大些？為什么液化氣燃燒器上必須有一個(gè)風(fēng)門？例題：煤氣中毒是CO中毒，其原因是CO與血紅蛋白（Hb）結(jié)合成Hb·CO，使血紅蛋白失去輸送O2功能的緣故。CO進(jìn)入血液后有如下平衡：CO＋Hb·O2

O2＋Hb·CO，試回答：（1）煤氣中毒病人，可以通過進(jìn)入高壓氧艙的方法來救治，請用化學(xué)平衡的原理加以說明。①②（2）已知該反應(yīng)平衡時(shí)，①的比值是一個(gè)不受濃度影響的常數(shù)，在人體體溫37℃下，該常數(shù)為220。又已知當(dāng)血液中②的比值大于0.02時(shí)，人的智力會(huì)受到損傷，此時(shí)c（CO）與c（O2）的比值應(yīng)小于

。（3）抽煙時(shí)，進(jìn)入肺部的空氣中c（CO）＝10－4mol/L，c（O2）＝10－2mol/L，則c（Hb·CO）為c（Hb·O2）的

倍，據(jù)此分析長期抽煙對(duì)人智力的影響。例題：煤氣中毒是CO中毒，其原因是CO與血紅蛋白（Hb）結(jié)合三、氫能1。氫氣的制取水電解法熱分解法光解法發(fā)酵分解法催化分解法細(xì)菌分解法三、氫能1。氫氣的制取2。氫能的應(yīng)用（1）作內(nèi)燃機(jī)燃料（2）氫氧燃料電池3。氫能的優(yōu)點(diǎn)H2（氣）十1/2O2（氣）→H2O（液）＋285.5kJ氫氣的燃燒值大，且燃燒后生成水，無污染，故為理想的燃料。4。尚未解決問題氫氣的廉價(jià)制取氫氣的貯存和運(yùn)輸氫氣燃機(jī)的熱換效率氫燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率

2。氫能的應(yīng)用四、其它能源的應(yīng)用1。生物質(zhì)能：是從生物質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生能量。四、其它能源的應(yīng)用1。生物質(zhì)能：是從生物質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生能量。

生物質(zhì)能（biologyenergy）是目前用得最為廣泛的第四種能源，它占全球一次性能源需求量的14%。生物質(zhì)能資源極為豐富，是一種無害的能源。

生物質(zhì)能源又稱可再生有機(jī)質(zhì)能源，諸如木材、薪草、藻類等。生物質(zhì)能分布廣，儲(chǔ)量豐富，全球每年通過光合作用儲(chǔ)存于植物的能量，大約是世界目前消費(fèi)能量的17倍。各國都非常重視生物質(zhì)能的開發(fā)利用。

現(xiàn)代生物轉(zhuǎn)換技術(shù)包括轉(zhuǎn)換為電能和轉(zhuǎn)換為固體燃料、液體燃料、氣體燃料，小規(guī)模地取代礦物燃料。生物質(zhì)能

生物質(zhì)能（biologyenergy）是目沼氣的產(chǎn)生：沼氣的產(chǎn)生：沼氣發(fā)生原理：以單糖（C6H12O6）為基質(zhì)的發(fā)酵過程：沼氣發(fā)生原理：以單糖（C6H12O6）為基質(zhì)的發(fā)酵過程：現(xiàn)代綠色能源——酒精和沼氣1.綠色能源是一種生物質(zhì)能源于太陽能，太陽光經(jīng)過植物的光合作用轉(zhuǎn)變成體內(nèi)的生物質(zhì)能，生物質(zhì)能實(shí)質(zhì)上是有機(jī)物的化學(xué)能。2.目前利用：主要燃燒，能源利用10%。3.發(fā)展方向：

1）制取酒精或甲醇

2）制造沼氣現(xiàn)代綠色能源——酒精和沼氣1.綠色能源是一種生物質(zhì)能源于太陽2。太陽能（1）燃料的循環(huán)試用設(shè)想2。太陽能

太陽上進(jìn)行的反應(yīng)是核聚變反應(yīng)，每天質(zhì)量變化4×106噸，向空間輻射能量4×1023kJ·s-1，這些能量的萬分之一足夠人類消耗。地球每天接受的輻射能可達(dá)6×1018kJ。其利用可分：1.太陽能的直接利用熱能—如太陽能集熱器；電能—太陽能電池。太陽能圖太陽能電池

太陽上進(jìn)行的太陽能圖太陽能電池太陽能的能量密度低；晝、夜、陰、雨變化較大，所以太陽能的貯存是個(gè)問題。2.太陽能的間接利用

風(fēng)能、地?zé)帷⒑＠?、水流等都來自太陽能。如：光合作用，潮汐發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電，水力發(fā)電等。太陽能的能量密度低；晝、夜、陰、雨變化較大，所以太陽能的貯存美國《科學(xué)美國人》雜志于1971年7月刊登了“地球的能量資源”一文中提供了如下數(shù)據(jù)：請選用以上數(shù)據(jù)計(jì)算：地球?qū)μ柲艿睦寐始s為_____________________。通過光合作用，每年有________千焦的太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(每年按365天計(jì))，每年由綠色植物通過光合作用(6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2)為我們的生存環(huán)境除去二氧化碳的質(zhì)量為A。試根據(jù)能量關(guān)系列出A的計(jì)算式。列式缺少的數(shù)據(jù)用符號(hào)表示A=___________千克。所缺數(shù)據(jù)的化學(xué)含義___________________。

美國《科學(xué)美國人》雜志于1971年7月刊登了“地球的能量資源化學(xué)能反應(yīng)熱熱能熱能Q＝cm?T動(dòng)能E＝1/2mv2電能電量Q＝It光能E＝hν=hλ/c生物能（ATP）ATP

ADP＋Pi+Q化學(xué)能反應(yīng)熱熱能熱能Q＝cm?T電能電量Q＝It光能例：人們在工作、學(xué)習(xí)和勞動(dòng)時(shí)需要能量。食物在人體內(nèi)經(jīng)消化過程轉(zhuǎn)化為葡萄糖，葡萄糖在體內(nèi)氧化成CO2和H2O，同時(shí)產(chǎn)生能量，一個(gè)體重為70Kg的短跑運(yùn)動(dòng)員起跑時(shí)以1/6秒時(shí)間沖出1米，他在這一瞬間消耗掉體內(nèi)儲(chǔ)存的葡萄糖多少克？S＝(V0＋Vt)/2,V0=0,Vt=12m/s,E=1/2mVt2-1/2mv02=5040Jn(葡萄糖）＝5040/2.803×106=1.80×10-3molm(葡萄糖）=0.32g例：人們在工作、學(xué)習(xí)和勞動(dòng)時(shí)需要能量。食物在人體內(nèi)經(jīng)消化過程例：在綠色植物光合作用中，每放出1個(gè)氧分子要吸收8個(gè)波長為6.88×10-7m的光量子。同時(shí)每放出1mol氧氣，植物儲(chǔ)存469Kj的能量。綠色植物能量的轉(zhuǎn)換效率約為多少？（普朗克常數(shù)h=6.63×10-37Kj/s)放出1mol吸收光量子的能量：E＝NA×8×hv=NA×8×hc/λ=6.02×1023×8×6.63×10-37×3×108/6.88×10-7=1392.3Kjη=469/1392.3=33%例：在綠色植物光合作用中，每放出1個(gè)氧分子要吸收8個(gè)波長為61997年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的一半授予了美國的保.博耶的英國的約翰.沃克，以表彰他們在研究腺苷三磷酸酶如何利用能量進(jìn)行自身再生方面取得的成就。腺苷三磷酸又叫ATP，其結(jié)構(gòu)如圖，分子中有二個(gè)高能磷酸鍵和一個(gè)低能磷酸鍵。（1）寫出ATP的分子式＿＿＿＿＿，其摩爾質(zhì)量為＿＿＿＿＿＿；（2）已知每摩高能磷酸鍵和每摩低能磷酸鍵水解可分別放出30514kJ和14212KJ的能量，如有50.7gATP完全水解，則可放出___kJ的能量。（1）C10H16O13N5P3，507g/mol（2）7524kj1997年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的一半授予（1）C10H16O13N5核能目前唯一達(dá)到工業(yè)應(yīng)用、可以大規(guī)模替代化石燃料的能源，就是核能。1942年12月2日第一座反應(yīng)堆首次啟動(dòng)時(shí)，功率僅為0.5瓦。60年后，核能已占全世界總能耗的6％。國際原子能機(jī)構(gòu)公布，截至2002年底，全世界共有441臺(tái)核電機(jī)組在運(yùn)行，2002年共生產(chǎn)電力2.574萬億千瓦小時(shí)，約占當(dāng)年世界總發(fā)電量的17％。其中，核發(fā)電量占本國總發(fā)電量比例最高的國家是立陶宛，達(dá)到80％，其次是法國，達(dá)到79％。核能目前唯一達(dá)到工業(yè)應(yīng)用、可以大規(guī)模替代化石燃料的能源，就是

1.核裂變能——把重核分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的核時(shí)，釋放出大量的

能量。此過程稱核裂變。

核裂變需有足夠能量的中子的轟擊，而U-235、Pu-239只需較低能量的中子。因此,當(dāng)前使用的核燃料主要是這兩種。1.核裂變能

1.核裂變能——把重核分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的核時(shí)，釋放出大量例如：U-235在中子轟擊下裂變?yōu)锽a-140和Kr-93同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)中子，接著就會(huì)發(fā)生爆炸式的連鎖反應(yīng)核裂變時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，遵守愛因斯坦定律：E=mc2

?E=

?mc2其中Δm=m（生成物）-m（反應(yīng)物）

按此式，1克U-235，核裂變能為-8.1×107kJ，相當(dāng)于3噸煤燃燒所放出的熱量。

核裂變產(chǎn)物大多具有放射性，尤其Sr-90。所以原料和產(chǎn)物的貯存、處理都要有嚴(yán)格的安全措施。例如：U-235在中子轟擊下裂變?yōu)锽a-140和Kr-93同

核聚變——使很輕的核在異常高的溫度下合成較重的核。核聚變時(shí)，放出更大的能量。按愛因斯坦公式，

ΔE=-1.698×109kJ·mol-1

1克氘(或氚)比1克鈾產(chǎn)生的能量大得多。氘可由重水中得到。海水中重水達(dá)2×1020kg。核聚變資源極為豐富。

但是,核聚變需足夠高的溫度(109℃

),足夠長的時(shí)間(1s)。而且要能人為控制不使爆炸。聚變不產(chǎn)生放射性產(chǎn)物。

2.核聚變能

核聚變——使很輕的核在異常高的溫度下合成較重

核能可以由兩種不同的路線釋放出來：重核裂變（爆裂），兩個(gè)輕核聚變（化合）。二者都是由于產(chǎn)物有更高的結(jié)合能。聚變作用難于進(jìn)行是因?yàn)楹碎g彼此排斥，不象裂變作用那樣。聚變不產(chǎn)生放射性產(chǎn)物。

核能可以由兩種不同的路線釋放出來：重核裂變（爆裂），兩中國核能的歷史、現(xiàn)狀和未來發(fā)展

一、中國和平利用核能的現(xiàn)狀1964年10月我國第一顆原子彈成功爆炸。上世紀(jì)80年代以來，以核電建設(shè)為重點(diǎn)，中國核能和平利用得到較快發(fā)展，規(guī)模不斷擴(kuò)大，科技水平不斷提高，呈現(xiàn)了良好的發(fā)展勢頭。中國自主設(shè)計(jì)建設(shè)的第一座核電站——秦山核電站于1991年建成投產(chǎn)，結(jié)束了中國大陸無核電的歷史。1994年建成投產(chǎn)的大亞灣核電站開創(chuàng)了中外合作建設(shè)核電站的成功范例。1996年開始，中國又自主設(shè)計(jì)建設(shè)了秦山二期核電站；與國外合作建設(shè)了嶺澳核電站、秦山三期核電站和田灣核電站。截至2004年７月，共有9臺(tái)核電機(jī)組投入運(yùn)行，總裝機(jī)容量701萬千瓦；建設(shè)中的江蘇田灣核電站2005年全部建成投運(yùn)，核電總裝機(jī)容量達(dá)913萬千瓦。中國核能的歷史、現(xiàn)狀和未來發(fā)展一、中國和平利用核能的現(xiàn)狀二、未來發(fā)展為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和滿足能源不斷增長的需要，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，必須加快核能的發(fā)展。中國把核電作為國家能源戰(zhàn)略的重要組成部分，逐步提高核能在能源供應(yīng)總量中的比例。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、電力負(fù)荷集中的沿海地區(qū)，核電將成為電力結(jié)構(gòu)的重要支柱。中國和平利用核能事業(yè)有著良好的發(fā)展前景。二、未來發(fā)展2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源79化學(xué)電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置，分為原電池和蓄電池。原電池原電池通常由正極、負(fù)極、電解液以及容器和隔膜等組成，它可表示為：負(fù)極/電解液/正極。Ⅳ.化學(xué)電池

原電池示意圖2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源79化學(xué)電池是一種將化學(xué)2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源80干電池

1800年伏打首先制成了伏打電池。1836年英國化學(xué)家發(fā)明了古典原電池。1865年法國化學(xué)家勒克朗斯發(fā)明了第—個(gè)干電池，現(xiàn)代的干電池不過是其改進(jìn)。

2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源80干電池1802023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源81鋅錳干電池結(jié)構(gòu)圖

2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源81鋅錳干電池結(jié)構(gòu)圖2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源82(2)堿性干電池用氫氧化鉀代替氯化鋅和氯化銨作電解質(zhì)，在這種電池里，電解質(zhì)為堿溶液，有良好的導(dǎo)電性能，比糊狀的氯化銨溶液導(dǎo)電速度快得多；鋅皮改為鋅粉，反應(yīng)的面積要比鋅皮大得多，因此可做到連續(xù)大容量放電；外殼另有做成封閉型的鐵皮，以防電解液滲漏。

2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源82(2)堿性干電池2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源83銀鋅鈕扣電池

鈕扣式電池中常見的為銀鋅電池。銀鋅電池體積小、重量輕，可大電流放電，放電電壓平穩(wěn)，工作電壓是1.6伏，廣泛應(yīng)用于對(duì)體積和重量有嚴(yán)格要求的場合，但價(jià)格昂貴。

2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源83銀鋅鈕扣電池2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源84蓄電池

蓄電池也稱二次電池，是指放電后能充電復(fù)原繼續(xù)使用的化學(xué)電池。(1)

鉛蓄電池由金屬鉛板(負(fù)極)和緊附著二氧化鉛的鉛板(正極)浸入30％（密度為1.2—1.3g/cm3）的硫酸水溶液所組成。鉛蓄電池充電后電壓可達(dá)2.2伏；放電后電壓下降，當(dāng)電壓降至l.25伏時(shí)(這時(shí)溶液密度為1.05g/cm3)不能再使用，必須充電。鉛蓄電池用于汽車、小型電動(dòng)機(jī)車作為啟動(dòng)電源，用于實(shí)驗(yàn)室作為常用電源，還廣泛用于飛機(jī)、汽車、拖拉機(jī)、坦克的照明光源。

2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源84蓄電池蓄電池也2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源85鉛蓄電池的電極反應(yīng)2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源85鉛蓄電池的電極反應(yīng)2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源86堿式鎳鎘蓄電池2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源86堿式鎳鎘蓄電池2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源87銀鋅電池2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源87銀鋅電池2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源88發(fā)展中的新型電池1、氫鎳電池氫鎳電池是新型的蓄電池，其正極為氧化鎳，負(fù)極為氫電極（其內(nèi)部氣體壓力可達(dá)4MP）。它的工作狀態(tài)可劃分為3種：正常工作狀態(tài)、過充電狀態(tài)和過放電狀態(tài)。氫鎳電池的電極反應(yīng)及對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電位2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源88發(fā)展中的新型電池1、2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源89氫鎳電池的電極反應(yīng)及對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電位

氫鎳電池的的突出優(yōu)點(diǎn)是循環(huán)壽命長，1977年起在地球同步軌道條件下壽命超過10年。此外，它承受過充電和過放電的能力很強(qiáng)。但其成本較高，電池放電速度較大，以及有爆炸的可能性。盡管如此，氫鎳電池的前景十分樂觀，最終將在航天領(lǐng)域內(nèi)全面取代鎘鎳電池。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源89氫鎳電池的電極反應(yīng)及2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源902、鋰電池鋰是自然界電池最輕的金屬元素，同時(shí)它又具有最低的電負(fù)性（-3.045V）。所以選擇適當(dāng)?shù)恼龢O與之匹配，可以獲得較高的電動(dòng)勢，具有最高的比能量，所謂比能量，即單位重量電極物質(zhì)所能放出的能量。由于鋰遇水會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)，所以應(yīng)選用非水電解質(zhì)溶液。日本三洋公司首先推出Li/MnO2電池。其電極反應(yīng)如下：反應(yīng)結(jié)束Li+進(jìn)入MnO2晶格中。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源902、鋰電池鋰是自然界2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源91鋰電池的優(yōu)異性能是：比能量高，使用溫度范圍廣，放電電壓平坦。以固體電解質(zhì)制成的鋰電池，體積小，無電解液滲漏，電壓隨放電時(shí)間下降緩慢，電池壽命長，特別適用于心臟起搏器的電源。主要缺點(diǎn)是：但在短路或某些重負(fù)荷下，有發(fā)生爆炸的可能性。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源91鋰電池的優(yōu)異性能是：2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源923、燃料電池

所謂燃料電池，是通過電化學(xué)過程將反應(yīng)物（燃料）中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的電池裝置。燃料電池的基本組成是電極、電解質(zhì)、燃料和氧化劑。工作時(shí)，燃料和氧化劑不間斷地分別輸送到電池的兩個(gè)電極上，確保電池連續(xù)穩(wěn)定工作。氫-氧燃料電池的工作原理2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源923、燃料電池所2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源93氫-氧燃料電池的反應(yīng)過程

燃料電池適用于航空事業(yè)，一則燃料電池有很高的比能量，可降低向太空的發(fā)射費(fèi)用。二則燃料電池的產(chǎn)物是水，經(jīng)處理后可供宇航員飲用，更可減少攜帶重量。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源93氫-氧燃料電池的反應(yīng)2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源94Ⅴ.能源利用的化學(xué)本質(zhì)能源利用過程是能量的轉(zhuǎn)化過程如煤燃燒放熱使蒸汽溫度升高的過程就是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的過程；高溫蒸汽推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的過程是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能的過程；電能通過電動(dòng)機(jī)可轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；電能通過白熾燈泡或熒光燈管可轉(zhuǎn)化為光能；電能通過電解槽可轉(zhuǎn)化為化學(xué)能等等。柴草、煤炭、石油和天然氣等常用能源所提供的能量都是隨化學(xué)變化而產(chǎn)生的，多種新能源的利用也與化學(xué)變化有關(guān)。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源94Ⅴ.能源利用的化學(xué)2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源95能源利用的化學(xué)本質(zhì)

——絕大多數(shù)能源利用的第一步是化學(xué)能的釋放化學(xué)能轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)是化學(xué)鍵的改組化學(xué)變化的實(shí)質(zhì)是原子的重新排列組合，化學(xué)變化過程是舊化學(xué)鍵斷裂和新化學(xué)鍵形成的過程。

2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源95能源利用的化學(xué)本質(zhì)2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源96化學(xué)與常規(guī)能源主講：王瑞琪2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源1化學(xué)與常規(guī)能源主講：王2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源97主要內(nèi)容柴薪(生物質(zhì)能)——第一代主體能源煤——最主要的固體燃料石油和天然氣化學(xué)電池能源利用的化學(xué)本質(zhì)2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源2主要內(nèi)容柴薪(生物質(zhì)能2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源98什么是能源？能源是提供能量的自然資源。能量是一切運(yùn)動(dòng)的源泉。沒有能量就沒有生命運(yùn)動(dòng)，生命運(yùn)動(dòng)的停止意味著生命的死亡；沒有能量就沒有化學(xué)反應(yīng)，所有形式的生命都不能維持。能源是宇宙的推動(dòng)力，是系統(tǒng)作功能力的量化特性，能源可以是動(dòng)能、位能、熱能。能源的形式有很多(例如熱力、電力等)，而且一種能源形式可以轉(zhuǎn)化成另一種形式。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源3什么是能源？能源是提供2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源99能源結(jié)構(gòu)：石油仍居主導(dǎo)地位，占能源消費(fèi)總量的36.8％，煤炭次之，占27.2％，天然氣發(fā)展較快，已占23.7％，有三足鼎立之勢。而水電與核能則相對(duì)勢微，分別僅占6.2％和6.1％。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源4能源結(jié)構(gòu)：石油仍居主2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源100

目前，我國能源利用效率為33%，比發(fā)達(dá)國家低10個(gè)百分點(diǎn)；單位產(chǎn)值能耗是世界平均水平的2倍多，比美國、歐盟、日本、印度分別高2.5倍、4.9倍、8.7倍和43%；我國8個(gè)行業(yè)（石化、電力、鋼鐵、有色、建材、化工、輕工、紡織）主要產(chǎn)品單位能耗平均比國際先進(jìn)水平高40%；燃煤工業(yè)鍋爐平均運(yùn)行效率比國際先進(jìn)水平低15-20%；機(jī)動(dòng)車百公里油耗比歐洲高25%，比日本高20%。能源利用效率2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源5

目前，我國能源2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源101能源的分類能源按其來源不同可以分類四類：太陽能：除太陽輻射能以外，還包括煤、石油、天然氣等化石燃料，以及生物質(zhì)能、水能、風(fēng)能、海洋能等間接來自太陽能的能源。地?zé)崮埽喝绲叵聼崴?、地下蒸氣、干熱巖體。核裂變資源和核聚變資源：如鈾、釷等核裂變和氘、氚、鋰等核聚變資源。月球、太陽等星體對(duì)地球的引力為主產(chǎn)生的能源：如以月球引力為主產(chǎn)生的潮汐能。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源6能源的分類能源按其來源2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源102按能源工作者的分類一次能源：可從自然界取得而不改變其基本形態(tài)的能源。常規(guī)能源：已被人們廣泛應(yīng)用的能源，如水能、煤、石油、核裂變材料等新能源：采用新的先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)而被廣泛應(yīng)用的能源，如太陽能、風(fēng)能、核聚變材料二次能源：由一次能源加工或轉(zhuǎn)換而轉(zhuǎn)變了形態(tài)的能源稱為二次能源。煤制品石油制品電能、沼氣、蒸汽等。能源的分類2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源7按能源工作者的分類能源2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源103一次能源二次能源再生能源非再生能源太陽能、水力、風(fēng)力、生物質(zhì)能、波浪能、潮汐能、海洋溫差能、地?zé)嵩骸⒃?、天然氣、油頁巖、核能電力、蒸汽、煤氣、汽油、柴油、重油、液化石油氣、酒精、沼氣、氫氣和焦炭能源的分類2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源8一次能源二次能源再生能2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源104直接利用太陽能光合作用空氣、地表吸熱煤炭食物中的化學(xué)能空氣變熱形成風(fēng)水蒸氣形成雨雪2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源9直接利用太陽能光合作用2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源105

Ⅰ.柴薪(生物質(zhì)能)

——第一代主體能源柴薪是人類第一代主體能源柴薪也可稱為生物質(zhì)能,它是光合作用的產(chǎn)物,是太陽能的間接利用植物的葉綠體通過光合作用，利用太陽的能量，將CO2和H2O合成為有機(jī)物并放出O2,在燃燒時(shí)，這些有機(jī)物又與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)變?yōu)镃O2和H2O,同時(shí)釋放出能量。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源10Ⅰ.柴薪(生物質(zhì)能2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源106水+二氧化碳----->有機(jī)體+氧植物太陽能

生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式，一種以生物質(zhì)為載體的能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用，在各種可再生能源中，生物質(zhì)是獨(dú)特的，它是貯存的太陽能，更是一種唯一可再生的碳源。生物質(zhì)資源數(shù)量龐大，形式繁多，其中包括柴薪，農(nóng)林作物，尤其是為了生產(chǎn)能源而種植的能源作物，農(nóng)業(yè)和林業(yè)殘剩物，食品加工和林產(chǎn)品加工的下腳料，城市固體廢棄物，生活污水和水生植物等等（中國生物質(zhì)資源主要是農(nóng)業(yè)廢棄物及農(nóng)林產(chǎn)品加工業(yè)廢棄物、薪柴、人畜糞便、城鎮(zhèn)生活垃圾等四個(gè)方面）。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源11水+二氧化碳--2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源107生物能具備下列優(yōu)點(diǎn)：

*提供低硫燃料；

*提供廉價(jià)能源(於某些條件下)；

*將有機(jī)物轉(zhuǎn)化成燃料可減少環(huán)境公害(例如，垃圾燃料)；

*與其他非傳統(tǒng)性能源相比較，技術(shù)上的難題較少。其缺點(diǎn)有:

*小規(guī)模利用；

*植物僅能將極少量的太陽能轉(zhuǎn)化成有機(jī)物；

*單位土地面的有機(jī)物能量偏低；

*缺乏適合栽種植物的土地；

*有機(jī)物的水分偏多(50%～95%)。

生物能的優(yōu)缺點(diǎn)2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源12生物能具備下列優(yōu)點(diǎn)：2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源108據(jù)統(tǒng)計(jì)：世界每年約產(chǎn)出1.7×1011噸干生物量，利用量僅為1.3×108噸，不足總量的1%；生物質(zhì)向人類提供了世界能源消費(fèi)總量的15%,僅次于石油、煤碳和天然氣（生物能是第四大能源）；我國利用的生物質(zhì)能約為2.6×108噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占農(nóng)村能源消費(fèi)的70%左右。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源13據(jù)統(tǒng)計(jì)：世界每年約產(chǎn)2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源109傳統(tǒng)能源使用的新方式柴薪的傳統(tǒng)使用方法是直接燃燒，其熱利用率很低，為15%左右，即使用新式節(jié)柴灶，也最多能提高到25%左右，而且直接燃燒還會(huì)造成環(huán)境污染?？傮w思路：將固態(tài)的柴薪通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可燃性液態(tài)或氣態(tài)化合物，即將生物能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，然后再燃燒放熱。氣態(tài)燃料：沼氣液態(tài)燃料：甲醇、乙醇2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源14傳統(tǒng)能源使用的新方式2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源110一、氣體燃料—沼氣生物質(zhì)在厭氧條件下可生成沼氣,其主要成份是甲烷(CH4),甲烷燃燒熱值高,而且干凈,因此被稱為清潔燃料。另外，生成沼氣的殘?jiān)?、殘液是?yōu)質(zhì)的速效肥料。沼氣的原料可以是有機(jī)垃圾，既處理了生活垃圾的一部分又清潔了環(huán)境，所以建設(shè)大型沼氣池可同時(shí)處理城市垃圾，還可以用于發(fā)電。到2000年底，我國共建成了1000座工業(yè)廢水和畜禽糞便沼氣工程形成了每年約6億立方米沼氣生產(chǎn)能力。我國農(nóng)村有500多萬小型沼氣池作為家用能源。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源15一、氣體燃料—沼氣生2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源111二、液體燃料生物質(zhì)經(jīng)過發(fā)酵或高溫?zé)岱纸獾确椒芍圃旒状?、乙醇等干凈的液態(tài)燃料。許多歐美國家已經(jīng)普及使用了乙醇或含乙醇的汽油做汽車燃料。歐洲已有多家由木屑生產(chǎn)甲醇的工廠。除利用農(nóng)牧業(yè)的廢料，科學(xué)家們成功地培植了一些速生樹木等高產(chǎn)作物以獲取生物能源。巴西：香膠樹（又稱石油樹）每株每年產(chǎn)50KG左右與石油成份相近的膠質(zhì)。美國：黃鼠草，每公頃年產(chǎn)6000kg石油；巨型海藻，提煉類似柴油的燃料油。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源16二、液體燃料生物質(zhì)經(jīng)2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源112生物能的開發(fā)和利用具有巨大的潛力

直接燃燒生物質(zhì)來產(chǎn)生熱能、蒸汽或電能。利用能源作物生產(chǎn)液體燃料。目前具有發(fā)展?jié)摿Φ哪茉醋魑铮ǎ嚎焖俪砷L作物樹木、糖與淀粉作物（供制造乙醇）、含有碳氧化的合作物、草本作物、水生植物。生產(chǎn)木炭和炭。生物質(zhì)（熱解）氣化后用于電力生產(chǎn)，如集成式生物質(zhì)氣化器和噴氣式蒸汽燃?xì)廨啓C(jī)（BIG/STIG）聯(lián)合發(fā)電裝置。對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物、糞便、污水或城市固體廢物等進(jìn)行厭氧消化，以生產(chǎn)沼氣和避免用錯(cuò)誤的方法處置這些物質(zhì)，以免引起環(huán)境危害。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源17生物能的開發(fā)和利用具2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源113

根據(jù)生物質(zhì)能的作用和我國的現(xiàn)狀，目前重點(diǎn)發(fā)展的項(xiàng)目如下：（1）近期優(yōu)先發(fā)展項(xiàng)目·

生物質(zhì)氣化供氣·

生物質(zhì)氣化發(fā)電·

大型沼氣工程·

生物質(zhì)直接燃燒供熱（2）中長期化發(fā)展項(xiàng)目·

生物質(zhì)高度氣化發(fā)電項(xiàng)目（BIG/CC）·

生物質(zhì)制氫等優(yōu)質(zhì)燃?xì)狻?/p>

生物質(zhì)熱解液化制油2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源18根據(jù)生物質(zhì)2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源114Ⅱ.煤——最主要的固體燃料概述煤是我國的主要能源煤的來源及形成煤的化學(xué)組成煤的利用方式直接燃燒綜合利用煤的氣化煤的干餾煤的液化2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源19Ⅱ.煤——最主要的固2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源115煤是我國的主要能源中國最早使用煤，700多年前，馬可波羅看到中國人燒煤，這是他第一次見識(shí)到一種可以燃燒的“黑石頭”最早大規(guī)模使用煤的是英國：英國森林資源有限，而英國又是產(chǎn)業(yè)革命的發(fā)源地，隨著蒸汽機(jī)的發(fā)明和推廣，煤逐漸成為能源主角。世界能源消費(fèi)：20世紀(jì)70年代石油超過了煤。發(fā)展中國家仍以煤為主要能源。中國的能源消費(fèi)構(gòu)成：煤所占比例為：1960年94%；1970年81%;1990年76%；2000年68%2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源20煤是我國的主要能源中2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源116煤的來源（形成）煤、石油和天然氣是上億年前的植物或動(dòng)物變來的，故被稱為“化石能源”。它的主要演變過程為：約3億年前的古生代——泥煤形成隨著地殼下降，下有地?zé)?，上有土石壓力——褐煤形成地殼繼續(xù)下降，較深的地方，壓力繼續(xù)增大，地?zé)釡囟瓤蛇_(dá)20000C左右，形成煙煤，最后變成無煙煤。

煤因此被稱為化石能源2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源21煤的來源（形成）煤、2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源117煤的化學(xué)組成因產(chǎn)地而異。目前公認(rèn)的平均組成含C、H、O、N、S分別為85.0%，5.0%，7.6%，0.7%，1.7%，可折成原子比來表示：

C135H96O9NS此外還含有其他的金屬和非金屬元素。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源22煤的化學(xué)組成因產(chǎn)地而2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源1182022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源232023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源1192022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源242023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源120煤的利用方式

——直接燃燒

我國是一個(gè)燃煤大國。年消費(fèi)量在10億噸以上。其中30%用于火力發(fā)電，煉焦；50%用于各種工業(yè)鍋爐、窯爐；20%的用于生活?？梢?，絕大部分是直接燒掉。直接燃燒的弊端：熱效率低；化學(xué)利用率低；嚴(yán)重污染環(huán)境。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源25煤的利用方式

2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源1212022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源262023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源122煤的綜合利用

——煤的干餾（煤的焦化）即隔絕空氣加熱，使煤分解生成：焦?fàn)t氣（氣體），煤焦油（液體），焦炭（固體）煤隔絕空氣：控制干餾的溫度可以得到不同的產(chǎn)品。焦?fàn)t氣中除可燃?xì)怏wCO，H2，CH4外，還有乙烯、苯、氨等。煤焦油可提煉苯、酚、萘、蒽、菲等環(huán)狀化合物，它們是醫(yī)藥、農(nóng)藥、炸藥、染料行業(yè)的重要原料，此外還可分離出吡啶、喹啉、機(jī)油、瀝青等400多種化合物；焦炭的主要用途是煉鐵，還可制成電石，電極等2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源27煤的綜合利用

（1）煤的干餾（1）煤的干餾2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源124煤的綜合利用

——煤的氣化讓煤在氧氣不足的情況下，進(jìn)行部分氧化，使煤中的有機(jī)物部分分轉(zhuǎn)化。氣化的主要目的有二個(gè)：產(chǎn)生氣體燃料，便于管道輸送（車間、實(shí)驗(yàn)室、廚房）氣化的過程涉及10個(gè)左右的基本化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)不同需要作不同的條件控制，產(chǎn)物的成分和比例不同。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源29煤的綜合利用

（2）煤的氣化（2）煤的氣化2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源126煤的綜合利用

——煤的液化(在研究過程中)煤與石油有著相似的“成長經(jīng)歷”，有著近似的“基因”，有可能通過一定化學(xué)反應(yīng)，將煤轉(zhuǎn)化為石油。煤炭液化油可稱為人造石油。煤的液化可分為直接和間接液化2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源31煤的綜合利用

2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源127直接液化：2.3噸煤可以液化為一噸油，但不能直接用于汽油。加H2，重整后可用于汽油，但成本加大間接液化：5-6噸煤可以液化為1噸油，品位較純，符合環(huán)保要求2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源32直接液化：2.3噸煤2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源128一碳化學(xué)隨著煤的氣化和液化技術(shù)的重大突破，以煤為原料的C1化學(xué)可望在今后形成一個(gè)新體系。C1化學(xué)：以分子中含一個(gè)碳原子的化合物（如：CH3OH、CO、CH4等）為原料來合成化工產(chǎn)品的化學(xué)體系。C1化學(xué)的發(fā)展對(duì)煤礦資源豐富的我國十分重要。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源33一碳化學(xué)隨著煤的氣化2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源129Ⅲ.石油和天燃?xì)馐偷挠蓙砼c分布石油的組成與利用石油的伴生物——天然氣2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源34Ⅲ.石油和天燃?xì)馐?023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源130石油的由來石油在世界能源消耗結(jié)構(gòu)中雄居首位，同時(shí)是化工生產(chǎn)最主要的原料來源——被稱為“工業(yè)的血液”。關(guān)于石油的成因，現(xiàn)在較為一致的觀點(diǎn)：石油是遠(yuǎn)古時(shí)代海洋或湖泊中動(dòng)植遺體，在地下經(jīng)過漫長的復(fù)雜變化而形成的棕黑色黏稠液態(tài)混合物。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源35石油的由來石油在世界2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源131石油的分布未經(jīng)處理的石油叫原油。目前查明儲(chǔ)量最大的產(chǎn)油帶有兩個(gè)，這兩個(gè)都曾是海槽，因此有“海相成油”學(xué)說。長科迪勒地帶：北起阿拉斯加和加拿大，經(jīng)美國西海岸，到南美委內(nèi)瑞拉、阿根挺特提斯地帶：從地中海起經(jīng)中東到印尼我國已經(jīng)開發(fā)的大小油田有160多個(gè)：大慶、勝利、中原、華北、大港等。我國還有大量的油氣資源（大陸架）2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源36石油的分布未經(jīng)處理的2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源132石油的組成與利用石油是極其龐雜的混合物，其中絕大多數(shù)是碳?xì)浠衔铩＃–元素與H元素的化合物→烴）200年前，人類開始用蒸餾方法提煉石油最先出來的沸點(diǎn)最低：汽油其次是煤油剩在鍋里的是重油：柴油、潤滑油、凡士林、石蠟、瀝青2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源37石油的組成與利用石油2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源133石油的組成與利用最初，人們利用煤油照明，汽油和重油是副產(chǎn)品。19世紀(jì)80年代：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)問世，汽油的產(chǎn)量超過煤油。柴油機(jī)的發(fā)明、內(nèi)燃機(jī)的普及使工業(yè)對(duì)石油的需求量直線上升。至此，石油方成為工業(yè)的血液。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源38石油的組成與利用最初2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源1342022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源392023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源1352022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源402023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源1362022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源412023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源137石油的組成與利用當(dāng)今社會(huì)，隨著汽車的普及，汽油用量遠(yuǎn)大于煤油。能否將煤油變成汽油呢？怎樣提高汽油的性能和品質(zhì)呢？熱裂法（催化裂解法制汽油）催化重整法加氫精制2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源42石油的組成與利用當(dāng)今2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源138煤油變汽油——熱裂法經(jīng)測定，汽油的主要成分是7~8個(gè)C原子的烷烴，而煤油為含10~15個(gè)C原子的烷烴。在加熱加壓條件下，通過催化劑，大分子分裂為小分子，煤油變成汽油。經(jīng)催化裂化，從重油中能獲得更多乙烯、丙烯、丁烯等化工原料，也能獲得較多較好的汽油。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源43煤油變汽油——熱裂法2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源139提高汽油性能——催化重整法提高汽油的辛烷值（汽油性能的表征）

辛烷值：汽油中異辛烷（2,2,4-三甲基戊烷）的含量，用以衡量汽油抗震性的高低。人們把抗震性最差的正庚烷的辛烷值定為0（自燃點(diǎn)：2230C），抗震性較好的異辛烷的辛烷值定為100（自燃點(diǎn)：4180C）。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源44提高汽油性能——催化2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源140

辛烷值常用來衡量汽油的抗震程度，把抗震性較好的異辛烷(2，2，4一三甲基戊烷)的辛烷值定為l00，爆震性極強(qiáng)的正庚烷的辛烷值定為零，把汽油的抗震性和這兩種烴的不同比例的混合物進(jìn)行比較，就可以得到該汽油的相對(duì)辛烷值。目前，我國使用的車用汽油標(biāo)號(hào)就是按照汽油的辛烷值大小劃分的，例如90號(hào)汽油表示該汽油的辛烷值不低于90。為了提高汽油的辛烷值，過去廣泛使用的一種方法是在汽油中添加少量抗震劑—四乙基鉛（汽油精）；現(xiàn)在為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]作為高辛烷值組分。汽油和汽油的標(biāo)號(hào)2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源45辛烷值常用來衡量2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源141這是石油工業(yè)中另外一個(gè)重要過程。在一定的溫度壓力下，汽油中的直鏈烴在催化劑表面上進(jìn)行結(jié)構(gòu)的“重新調(diào)整”，轉(zhuǎn)化為帶支鏈的烷烴異構(gòu)體，這就能有效地提高汽油的辛烷值，同時(shí)還可得到一部分芳香烴，這是原油中含量很少而只靠從煤焦油中提取不能滿足生產(chǎn)需要的化工原料，可以說是一舉兩得。現(xiàn)用催化劑是貴金屬鉑（Pt）、銥（Ir）和錸（Re）等，它們的價(jià)格比黃金貴得多，化學(xué)家們巧妙地選用便宜的多孔性氧化鋁或氧化硅為載體，在表面上浸漬0.1％的貴金屬，汽油在催化劑表面只要20～30s就能完成重整反應(yīng)。提高油品質(zhì)量——催化重整法2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源46這是石油工業(yè)中另外一2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源142提高油品質(zhì)量——加氫精制法蒸餾和裂解所得的汽油、煤油、柴油中都混有少量含N或含S的雜環(huán)有機(jī)物，在燃燒過程中會(huì)生成NOx及SO2等酸性氧化物污染空氣，當(dāng)環(huán)保問題日益受關(guān)注時(shí)，對(duì)油品中N，S含量的限制也就更加嚴(yán)格?，F(xiàn)行的辦法是用催化劑在一定溫度和壓力下使H2和這些雜環(huán)有機(jī)物起反應(yīng)生成NH3或H2S而分離，留在油品中的只是碳?xì)浠衔?。?0年代末開始，石油化工科學(xué)研究院針對(duì)我國油品特點(diǎn)，開展了大量基礎(chǔ)研究工作，開發(fā)出多種加氫催化劑，基本滿足了國內(nèi)煉油工業(yè)的需要，并有出口。這類催化劑以Al2O3為載體，活性組分有鈷－鉬（Co－Mo）、鎳－鉬（Ni－Mo）、鎳－鎢（Ni－W）等體系。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源47提高油品質(zhì)量——加氫2023/1/4化學(xué)與常規(guī)能源143天然氣（與石油伴生）天然氣可分為兩種：干天然氣（含甲烷80-90%），難液化，常用于燃料。我國天然氣多為干天然氣濕天然氣，加壓降溫時(shí)易液化，常作裂解氣原料，制取乙烯。我國是最早利用天然氣的國家。比西方早1300年。在晉朝初年開始利用，宋朝時(shí)已經(jīng)大規(guī)模用于熬制井鹽。陸上資源主要集中在四川盆地、陜甘寧地區(qū)、塔里木盆地和青海，海上資源集中在南海和東海。此外，在渤海、華北等地區(qū)還有部分資源可利用。2022/12/27化學(xué)與常規(guī)能源48天然氣（與石油伴生）。天然氣－－家庭用氣體燃料

管道煤氣由煤加工制得，液化氣是石油煉制產(chǎn)物，天然氣則能直接使用。家庭生活中，為什么