能源工程概論3-1常規(guī)能源的高效利用課件

2023/6/81主要內(nèi)容1煤炭2石油3天然氣4核能5二次能源2023/6/82四大常規(guī)能源煤碳石油天然氣水力能（電能）知識點回顧2023/6/83碳基能源主要碳基能源：煤碳、石油、天然氣等。石油：碳、氫是主要組成元素，其中碳占84%--88%，氫占12%--14%；另外氧、氮、硫等占不足1%。平均低位發(fā)熱量41.87MJ/kg。天然氣：碳占65%--80%，氫占12%--20%；平均低位發(fā)熱量38.97MJ/kg。煤碳：主要由碳、氫、氧、氮和硫等構成（碳、氫、氧占95％以上，含碳80％~85％，含氫4％~5％）；還有極少量的磷、氟、氯和砷等元素。原煤的平均低位發(fā)熱量20.93MJ/kg。知識點回顧2023/6/84CompanyLogo能源使用發(fā)展史柴草時期從火的發(fā)現(xiàn)到18世紀產(chǎn)業(yè)革命，樹枝雜草一直是人類使用的主要能源。柴草不僅能燒烤食物，驅寒取暖，還被用來燒制陶器和冶煉金屬。煤炭時期煤炭開采始于13世紀，而大規(guī)模開采并成為世界主要能源是18世紀中葉。1769年，瓦特發(fā)明蒸汽機，煤炭作為蒸汽機的動力之源而受到關注。石油時期二戰(zhàn)之后，美國、中東、北非等地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)了大油田及伴生的天然氣。每噸原油產(chǎn)生的熱量比每噸煤高一倍。石油煉制的汽油、柴油等是汽車、飛機等內(nèi)燃機燃料。2023/6/85能源研究三大課題太陽能、風能、水能、氫能等清潔能源的經(jīng)濟合理利用與開發(fā)可燃冰、核聚變能等新能源的開發(fā)石油、煤、天然氣等化石燃料及鈾礦的高效清潔利用2023/6/86１、煤：也叫煤炭，被稱為“工業(yè)的糧食”，主要含有C元素，還有少量S、H、N、O。2、石油：被譽為“工業(yè)的血液”、“黑色的黃金”

，主要含有C、H元素，還有少量O、N、S。3、天然氣：指在地下自然形成的可燃性氣體。主要成分是甲烷（CH4）。2023/6/87現(xiàn)象：1、燃燒放熱；2、產(chǎn)生藍色火焰；3、燒杯內(nèi)壁有水霧；4、有使澄清石灰水變渾濁的氣體生成。甲烷燃燒（點燃前需要檢驗純度）CH4+2O2CO2+2H2O

點燃2023/6/881煤炭2023/6/89煤炭的形成古代的植物體由于地殼運動而埋沒地下，在適宜的地質環(huán)境中經(jīng)過漫長年代的演變而形成煤。煤炭的含碳量一般為46%～97%。煤是重要的燃料和化學工業(yè)原料。2023/6/810煤的元素組成

煤由有機物質和無機物質混合組成。有機質主要由碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）四種元素構成;無機質主要有：硫（S）、磷（P）及稀有元素氟、氯和砷等。2023/6/811煤的組成片段2023/6/812碳是煤中有機質的主要成分。煤的含碳量隨著煤的變質程度加深而增加。氫也是煤的有機質的主要元素。含氫量和含氧量在煤的變質過程中隨著不斷脫出CO2和H2O都在逐漸降低。氮是組成有機質的次要元素；煤的元素組成

2023/6/813硫是煤中有害元素，燃煤時生成SO2是污染空氣的“元兇”。磷的含量雖然不高，但煉焦時進入焦碳，煉鐵時進入生鐵，增加鐵的脆性。鐵、鋁、鎂、鈣、硅等元素都是煤的無機物的組成元素。煤燃燒時，這些元素都留在灰份中。煤的元素組成

2023/6/814常用的煤質指標

水分灰分揮發(fā)分發(fā)熱量

固定碳全硫可磨性煤灰熔融性（灰熔點）煤的著火點（燃點）煤的密度2023/6/8151）水分水分符號：M，單位：%，是一項重要的煤質指標，煤的水分對其加工利用、貿(mào)易、運輸和儲存都有很大的影響。一般說來，水分高要影響煤的質量。2023/6/816水分在煤的利用中首先是煤的破碎問題，水分高的煤就難以破碎；在鍋爐中水分高會影響煤燃燒的穩(wěn)定性和熱傳導；在煉焦時，水分高會降低焦產(chǎn)率，且由于水分大量蒸發(fā)帶走熱量而延長焦化周期；在煤炭貿(mào)易中，水分也是一個定質和定量的主要指標，故在簽訂銷煤合同時，用戶一般都會提出煤中水分的限值。

2023/6/8172）灰分灰分符號：A，單位：%，是另一項在煤質特性及利用中起重要作用的指標，它與含碳量、發(fā)熱量、結渣性、可磨性等有不同程度的依賴關系。在煤燃燒和氣化中，根據(jù)煤的灰分及灰熔融性、灰粘度、導電性、化學組成等特性來預測燃燒中可能出現(xiàn)的腐蝕、沾污、結渣等問題，并據(jù)此來選擇爐型；2023/6/818灰分煤樣在規(guī)定條件下完全燃燒后所得的殘留物。包括有機質燃燒后的殘渣和無機礦物質在煤燃燒過程中形成的反應產(chǎn)物?；曳质侵敢环N物質中的固體無機物的含量。這種物質可以是食品也可以是非食品，可以是包含有機物的無機物也可是不含有機物的無機物，可以是鍛燒后的殘留物也可以是烘干后的剩余物。但灰分一定是某種物質中的固體部分而不是氣體或液體部分。2023/6/819灰分在煉焦中，要用煤的灰分大小來預測焦炭中灰分的高低。煤的灰分高，有效碳的含量就低，發(fā)熱量一般也低；在商業(yè)上要根據(jù)煤的灰分來定級論價（現(xiàn)煉焦煤以灰分論價，動力煤已改為以熱值為主論價）。2023/6/8203）揮發(fā)分煤的揮發(fā)分：符號V，單位：%，是煤中有機物和一部分礦物加熱分解的產(chǎn)物；它不是煤中固有物質，而是在特定溫度下煤受熱分解的產(chǎn)物。煤的揮發(fā)分與煤的變質程度有很大的關系。隨煤化程度的提高，揮發(fā)分減少。如褐煤的揮發(fā)分一般為38%-65%，煙煤的揮發(fā)分一般為10%-55%，無煙煤揮發(fā)分≤10%。2023/6/821揮發(fā)分揮發(fā)分是決定“煤炭利用設備”的重要指標。一般根據(jù)揮發(fā)分來選擇適于特定煤源的燃燒設備或適于特定燃燒設備的煤源（在鍋爐設計時已將揮發(fā)分值設定在某一范圍）；在煉焦中，要根據(jù)“揮發(fā)分”來確定配煤比例。對于揮發(fā)分適中的煙煤，粘結性好，適于煉焦；在煤的氣化和液化工藝的條件選擇上，“揮發(fā)分”也有重要的作用；在環(huán)境保護中，“揮發(fā)分”還作為一項制定煙霧法令的依據(jù)。2023/6/8224）發(fā)熱量（熱值）煤的發(fā)熱量符號：Q，單位：J/g（焦耳/克）、MJ/kg（兆焦/千克），習慣上也使用cal/g（卡/克）、kcal/kg（千卡/千克）；換算關系：1卡=4.1816焦耳；發(fā)熱量是表征煤質的一個重要指標。2023/6/823發(fā)熱量是表征煤質的一個重要指標。1、發(fā)熱量是燃燒設備熱工計算的基礎。燃煤工藝過程中的熱平衡、耗煤量及熱效率等計算都是以所用煤的熱值為依據(jù)；在設計電廠鍋爐時也是根據(jù)煤的平均低位發(fā)熱量來考慮鍋爐的種類、型號及燃燒方式；2、煤的發(fā)熱量是表征煤的各種特征的綜合指標。煤的發(fā)熱量與煤的變質程度有很大關系，一般是隨變質程度的加深而增高。2023/6/824發(fā)熱量（熱值）由于煤的發(fā)熱量指標的重要性，用戶購煤時首先考慮的是發(fā)熱量（熱值）的高低，是否符合燃煤設備對熱值的要求，在動力煤的計價中也是以發(fā)熱量作為結算依據(jù)。2023/6/825無煙煤95％煙煤70～80％褐煤50～70％泥煤50～60％煤的分類2023/6/826煤的分類

通常最簡單的分類方法，根據(jù)煤中干燥無灰基揮發(fā)分含量（煤化度）將煤分成褐煤、煙煤和無煙煤三大類。

煤的科學分類為其合理開發(fā)和利用奠定了基礎。2023/6/827煤的分類(1)褐煤(HM)多為塊狀，呈黑褐色，光澤暗，質地疏松；含揮發(fā)分40%左右，氧含量高，常達15～30%左右，燃點低，容易著火，燃燒時上火快，火焰大，冒黑煙；含碳量與發(fā)熱量較低，燃燒時間短。含水分大，密度較小，無粘結性，并含有不同數(shù)量的腐植酸，煤中化學反應性強，熱穩(wěn)定性差，塊煤加熱時破碎嚴重。存放空氣中易風化變質、破碎成塊甚至粉末狀。其灰中含有較多的CaO，而有較少的Al2O3。2023/6/828煤的分類(2)煙煤(YM)一般為粒狀、小塊狀，也有粉狀的，多呈黑色而有光澤，質地細致；含揮發(fā)分30%以上，燃點不太高，較易點燃；含碳量與發(fā)熱量較高，燃燒時上火快，火焰長，有大量黑煙，燃燒時間較長；大多數(shù)煙煤有粘性，燃燒時易結渣。2023/6/829煤的分類(3)無煙煤(WY)固定碳含量高，可達80%以上；揮發(fā)分含量低，在10%以下；密度大，硬度大，燃點高，不易著火；燃燒時不冒煙。有粉狀和小塊狀兩種，呈黑色有金屬光澤而發(fā)亮；雜質少，質地緊密，但發(fā)熱量高，剛燃燒時上火慢，火上來后比較大，火力強，火焰短，燃燒時間長，粘結性弱，燃燒時不易結渣。又分為：01號無煙煤為年老無煙煤；02號無煙煤為典型無煙煤；03號無煙煤為年輕無煙煤。2023/6/830煤炭資源煤炭是地球上蘊藏量最豐富、分布地域最廣的化石燃料。根據(jù)世界能源委員會的評估，世界煤炭可采資源量達4.84104億噸標準煤，占世界化石燃料可采資源量的66.8％。2023/6/831煤炭開采

1、露天開采：優(yōu)點是開采效率高，生產(chǎn)成本低，建設周期短，勞動條件好，安全性高。缺點是易受氣候和季節(jié)影響，矸石占地面積大。2、礦井開采：凡是不經(jīng)濟或不適合露天開采的煤田就必須采用礦井開采。

2023/6/832露天開采2023/6/833礦井開采2023/6/834我國能源資源我國能源資源的基本特點是“富煤、貧油、少氣”。這就決定了煤炭在一次能源中的重要地位。統(tǒng)計表明，我國煤炭資源總量為5.6萬億噸，其中已探明儲量為1萬億噸，占世界總儲量的11％，而石油占2.4％，天然氣僅占1.2％。

煤炭是最可靠的能源2023/6/835能源現(xiàn)狀決定了我國一次能源以煤為主的格局在相當長的時期內(nèi)難以改變，未來將呈以煤炭為主的多元能源結構。2023/6/836我國的煤炭資源在我國，煤炭資源主要分布在山西、陜西、內(nèi)蒙古、黑龍江、遼寧、山東幾個省區(qū)。著名的大型煤礦有大同煤礦（山西）、東勝煤礦（內(nèi)蒙古）、神府煤礦（陜西省榆林市）、河南焦作、平頂山煤礦等。2023/6/837我國的煤炭資源中國煤炭資源總量雖然較多，但探明程度低，人均占有儲量較少，按1999年人均可采儲量對比，中國人均可采儲量僅為90.9噸，約為世界人均可采儲量的55%。2023/6/838我國的煤炭資源中國煤炭資源和現(xiàn)有生產(chǎn)力呈逆向分布，造成了“北煤南運”和“西煤東調(diào)”的被動局面。大量煤炭長距離運輸，給煤炭生產(chǎn)和運輸造成了極大的壓力。我國適合“露天開采”的煤炭資源不多，煤炭生產(chǎn)以“地下開采”（礦井開采）為主。2023/6/839我國的煤炭消費我國是世界上最大的煤炭消費國。

在煤炭消費中，煤炭的加工轉換（包括洗選、發(fā)電、供熱、煉焦、制氣及煤制品加工等）增長迅速，而煤炭終端消費（指能源不通過中間加工轉換，而直接投入到各種加熱、動力等設備，用于生產(chǎn)和非生產(chǎn)活動的消費）增長對環(huán)境造成更大的破壞?！敉七M適合我國國情的煤炭清潔高效開發(fā)利用技術勢在必行。2023/6/840煤炭

高效潔凈利用技術

2023/6/841潔凈煤技術我國的能源消費75%以上靠煤炭。而煤炭由于在開采、燃燒過程中產(chǎn)生的矸石、灰渣，煙塵中的SO2、CO2、NOX等有害氣體，對環(huán)境污染較其他能源更為嚴重。因此，煤炭的清潔開發(fā)和利用是擺在全人類面前的緊迫問題。2023/6/842一噸煤燃燒可生產(chǎn)的廢棄物我國約有80%的煤用于直接燃燒，1噸煤要排放20公斤SO2，440公斤（以碳基計算）CO2及15公斤煙塵和260公斤的灰渣。我國南方一些地區(qū)已出現(xiàn)酸雨現(xiàn)象，如重慶、貴陽、柳州、長沙等地區(qū)，北方城市尤其在采暖季節(jié)，由于燃煤排放的煙塵，到大氣中的總浮微粒年平均超過800微克/標準立方米，有些城市冬季超過1000微克/標準立方米，超過國家大氣質量二級標準2倍多。2023/6/843一噸煤燃燒可生產(chǎn)的廢物示意圖CO2440kgCO1.4kgSO220kgHC0.5kg粉塵15kg2023/6/844潔凈煤技術潔凈煤技術（cleancoaltechnology）旨在減少污染和提高效益的煤炭加工、燃燒、轉換和污染控制等新技術的總稱。

主要包括：潔凈生產(chǎn)技術、潔凈加工技術、高效潔凈轉化技術、高效潔凈燃燒與發(fā)電技術、燃煤污染排放治理技術等。

2023/6/845潔凈煤技術體系2023/6/846燃燒前的處理（煤炭加工）

燃燒前的處理主要是：選煤、型煤和水煤漿三項技術。選煤的目的：降低原煤中的灰分、硫分等雜質含量，并將原煤加工成質量均勻、能適應用戶需要的不同品種及規(guī)格的商品煤。

2023/6/847燃燒前的處理——選煤就選煤能力而言，中國僅次于美國，居世界第2位。但總的來說，煤炭入洗率很低，僅有1/4煤炭入洗。2023/6/848燃燒前的處理——型煤

將粉煤或低品位煤加工成一定形狀、尺寸和有一定理化性能的煤制品。型煤是各種潔凈煤技術中投資小、見效快、適宜普遍推廣的技術。2023/6/849燃燒前的處理——水煤漿

水煤漿是20世紀70年代興起的煤基液態(tài)燃料。它是由煤粉、水和少量添加劑組成。水煤漿的制備以浮選精煤為原料，經(jīng)脫水、脫灰、磨制，加添加劑后與水混合成漿。2023/6/850燃燒中處理

為達到環(huán)保目的，工廠企業(yè)通常采用高煙囪排放：將燃燒裝置產(chǎn)生的有害煙氣排放到遠離地面的大氣層中，并通過大氣的運動使污染物濃度降低，以改善污染源附近的大氣質量。這種方法并不能減少有害物的總排放量，因此燃燒過程中處理，即爐內(nèi)脫硫、脫硝十分重要。

2023/6/851采用的脫硫方法

熱解法脫硫堿法脫硫

氣體脫硫

氧化脫硫

2023/6/852脫硫流程圖靜電除塵器2023/6/853脫硫流程圖靜電除塵器2023/6/854燃燒后處理

燃燒后處理主要是煙氣凈化和除塵。由于爐內(nèi)脫硫往往達不到環(huán)保要求，所以還需對燃燒后的煙氣進行脫硫處理。2023/6/855煙氣脫硫技術按其方法分:干法脫硫和濕法脫硫。按反應產(chǎn)物的處理方法分:回收法和拋棄法。按脫硫劑的使用情況分:再生法和非再生法。2023/6/856煙氣脫硝

通常煙氣脫硝也分為干法和濕法。干法煙氣脫硝主要有選擇性催化還原法和選擇性非催化還原法。濕法脫硝是先將煙氣中含量最多的NO通過氧化劑（如O3、ClO2等）氧化生成NO2，再被水或堿性溶液吸收。2023/6/857煙氣除塵

燃煤產(chǎn)生的大氣污染物占我國煙塵排放總量的60%，粉塵的70%以上，因此，煙氣除塵是一個突出的問題。靜電除塵器2023/6/858常用的煙氣除塵器

離心分離除塵器洗滌式除塵器袋式過濾除塵器靜電除塵器2023/6/859（1）煤的干餾（2）煤的氣化煤的綜合利用（3）煤的液化2023/6/860（1）煤的干餾煤焦炭+煤焦油+焦爐煤氣加強熱隔絕空氣（化學變化）煤在特殊設備里，在高溫下能生成煤氣（主要成分：H2、CO）。煤氣的優(yōu)點：經(jīng)濟方便、清潔衛(wèi)生、燃燒效率高。將煤隔絕空氣加強熱使其分解的過程。也叫煤的焦化。2023/6/861煤的干餾煤干餾焦爐煤氣煤焦油焦炭－－焦爐氣：H2、CH4、C2H4、CO粗氨水：氨和銨鹽粗苯：苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯、酚類、萘、瀝青冶金、電石、合成氨造氣、燃料等(氣態(tài))(液態(tài))(固態(tài))2023/6/862煤焦油成分：苯、甲苯、二甲苯等有機物用途：燃料、化肥、農(nóng)藥、洗滌劑、溶劑和多種合成材料2023/6/863煤氣化碳在空氣中燃燒低熱值氣中熱值氣特點和用途：熱值較低，用作冶金、機械工業(yè)的燃燒氣。特點和用途：熱值較高，可短距離輸送。用作居民使用煤氣，也可以用于合成氨。成分：CO、H2、相當量的氮氣成分：CO、H2、少量的CH4成分：CH4高熱值天然氣碳在空氣中燃燒CO+3H2CH4+H2O催化劑特點和用途：熱值很高，可遠距離輸送。煤的氣化2023/6/864煤的液化飛機、坦克、火箭、汽車等都使用液體燃料，石油的儲量又比煤少得多；其他能源如水能、核能又不能代替液體燃料，因此，煤的液化一直是人們努力的目標。2023/6/865“煤變油”是20世紀20年代德國兩位科學家發(fā)明的。是以煤炭為原料制取汽油、柴油、液化石油氣的技術。目前，我國在建和擬建的“煤變油”項目已達1600萬噸，計劃投入的資金高達1200億元。很多省份都試圖將“煤變油”項目列為重點發(fā)展項目。煤的液化2023/6/866煤的液化直接液化：間接液化：煤在高溫高壓下加氫催化裂化，轉變成油料產(chǎn)品。先使煤轉化為一氧化碳和氫氣，然后在高溫、高壓及催化劑作用下生成液態(tài)烴、甲醇等有機物。2023/6/867煤的綜合利用2023/6/8682石油2023/6/869石油與經(jīng)濟自20世紀50年代開始，在世界能源消費結構中，石油躍居首位。石油產(chǎn)品的種類已超過幾千種。石油是國家現(xiàn)代化建設的戰(zhàn)略物資，許多國際爭端往往與石油資源有關?，F(xiàn)代生活中的衣、食、住、行直接地或間接地與石油產(chǎn)品有關。2023/6/870石油是由遠古海洋或湖泊中的動物遺體在地下經(jīng)過漫長的復雜變化而形成的棕黑色粘稠液態(tài)混合物，其沸點范圍從室溫到500℃以上。石油分布很廣，世界各大洲都有石油的開采和煉制。就目前已查明的儲量看，主要含油帶集中在北緯20°～48°之間。石油的形成2023/6/871世界上兩個最大的產(chǎn)油帶：一個叫長科迪勒地帶，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、阿根廷；另一個叫特提斯地帶，從地中海經(jīng)中東到印度尼西亞。這兩個地帶在地質變化過程中曾都是海槽，因此曾有“海相成油”學說。石油的形成2023/6/872石油常識石油是一種天然的黃色、褐色或黑色的、流動或半流動的、黏稠的可燃液態(tài)烴類混合物。2023/6/873未經(jīng)加工的石油稱為“原油”。原油可以被加工成各種餾分，包括天然氣、汽油、石腦油、煤油、柴油、潤滑油、石蠟以及其他許多種衍生產(chǎn)品，是最重要的液體燃料和化工原料。石油常識2023/6/874石油主要是由烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等烴類化合物組成。石油的大部分是液態(tài)烴，同時在液態(tài)烴里溶有少量的氣態(tài)烴和固態(tài)烴。由于石油是一種由多種化合物組成的復雜的混合物，因此其成分隨產(chǎn)地的不同而變化很大。石油常識2023/6/875石油資源目前世界上已找到近3萬個油田和7500個氣田，這些油氣田遍布于地殼上六大穩(wěn)定板塊及其周圍的大陸架地區(qū)。在156個較大的盆地內(nèi)幾乎都發(fā)現(xiàn)了油氣田，但分布極不平衡。2023/6/876石油的生產(chǎn)與消費分布2023/6/8772023/6/8782023/6/879儲量前10名（R）單位：萬噸1沙特阿拉伯3553424.662加拿大2450589.043伊朗1723287.674伊拉克1575342.475科威特1321917.816阿布扎比1263013.707委內(nèi)瑞拉1065753.428俄羅斯821917.819利比亞493150.6810尼日利亞342465.75產(chǎn)量前10位（P）單位：萬噸1沙特阿拉伯421502俄羅斯410803美國286254伊朗186505中國170756墨西哥168257挪威151758加拿大111009尼日利亞1060010英國10475出口量前10位（E）1沙特阿拉伯850萬桶/日2俄羅斯588萬桶/日3挪威284萬桶/日4伊朗264萬桶/日5阿聯(lián)酋234萬桶/日6尼日利亞202萬桶/日7墨西哥191萬桶/日8科威特176萬桶/日9伊拉克173萬桶/日10阿爾及利亞147萬桶/日通過三個表格對比得出結論？2023/6/880我國的石油資源我國沉積盆地有485個，擁有沉積巖面積670萬km2

，其中陸上面積520萬km2，近海大陸架面積150萬km2。2023/6/881我國的石油資源面積大于4萬km2的大型盆地12個，面積1萬km2的盆地50個。這62個盆地占盆地總數(shù)的12.8%，卻擁有全國石油地質資源量的97%；其中9個主要含天然氣的盆地擁有全國天然氣地質資源量的80%。2023/6/882我國的石油資源目前，我國石油資源的探明程度遠低于其他產(chǎn)油國，特別是對近海大陸架可采儲資源比僅為0.145。而以上盆地和大陸架中很可能存在豐富的油氣資源，因此，在油氣方面我國尚有巨大的資源潛力。2023/6/883我國的石油資源根據(jù)2000年資料，我國石油資源的地質資源量為1020億噸，可采資源量114.4億噸。我國石油資源主要分布在東部區(qū)，約占地質資源量的40%、占可采資源量的60%左右。2023/6/884地處河南省濮陽地區(qū)，于1975年發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過20年的勘探開發(fā)建設，已累計探明石油地質儲量4.55億噸，探明天然氣地質儲量395.7億立方米，累計生產(chǎn)原油7723萬噸、天然氣133.8億立方米?，F(xiàn)已是我國東部地區(qū)重要的石油天然氣生產(chǎn)基地之一。中原油田：河南油田：地處豫西南的南陽盆地，礦區(qū)橫跨南陽、駐馬店、平頂山三地市，分布在新野、唐河等8縣境內(nèi)。已累計找到14個油田，探明石油地質儲量1.7億噸及含油面積117.9平方公里。2023/6/885石油資源的短缺按目前的開采速度，到2050年世界石油的產(chǎn)量會縮減至1960年的水平。目前專家們比較一致的看法是，現(xiàn)有的石油資源還可維持40年左右，加上非常規(guī)石油(油頁巖，油砂等)，估計石油資源可持續(xù)開發(fā)70年。2023/6/886烴類資源由于石油資源日益匱乏，人們開始把眼光投向另一類烴類資源：油頁巖和油砂。油頁巖是埋藏于沉積巖中，和礦物水成巖一層層地交錯沉積。油砂也稱瀝青砂，是一種含有很黏瀝青油的砂石，其中80%～90%為無機質，3%～6%為水，6%～20%為瀝青油。2023/6/887石油生產(chǎn)與消費石油工業(yè)是一個以石油勘探、開采、儲運、煉制為主的工業(yè)。由于其工作的對象是深埋于地下的石油礦藏，因此，有較高的不確定性，也就是說具有較大的風險。2023/6/888世界石油消費目前在世界一次能源的消費中，石油仍處在第1位。根據(jù)2001年的統(tǒng)計資料，世界一次性能源消費約為69.95億噸標準油，其中石油消費量占43.0%。2023/6/889世界石油消費在石油消費中，交通運輸占57.0%，工業(yè)占19.7%，其他行業(yè)占17.1%，非能源行業(yè)占6.2%。石油消費偏重于經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，經(jīng)濟越發(fā)展，越需要更多的石油。美國是世界第一大石油消費國。2023/6/890我國石油消費20世紀80年代以來，我國石油總產(chǎn)量從1988年的1.0122億噸增加到1999年的1.56874億噸，成為世界第五大產(chǎn)油國。從1994年以后，我國已從石油凈出口國變成石油凈進口國。2023/6/891油田的開發(fā)油田開發(fā)包括石油勘探、鉆井和油田的開采。石油勘探是石油開發(fā)中最重要的基礎環(huán)節(jié)，它包括油田的尋找、發(fā)現(xiàn)和評估。石油勘探通常分為區(qū)域普查、構造詳查、預探和詳探等四個階段。鉆井就是從地面打開一條通往油、氣層的孔道，以獲取地質資料和油氣能源。2023/6/892油田開發(fā)示意圖2023/6/893海上鉆井2023/6/894海上鉆井2023/6/895石油的加工開采出來的石油（原油）可以直接作燃料用，且價格便宜；若在煉油廠中進行深加工，則經(jīng)濟效益可增加許多倍。飛機、汽車、拖拉機等也不能直接燃用原油，必須把原油煉制成燃料油才能使用。因此，石油的加工是石油利用中非常重要的一環(huán)。2023/6/896煉油廠的加工類型：燃料型：以汽油、煤油、柴油等燃料油為主要產(chǎn)品。燃料－潤滑油型：除生產(chǎn)燃料油外，還生產(chǎn)各種潤滑油。石油化工型：它是提供石腦油、輕油、渣油用作生產(chǎn)石油化工產(chǎn)品的原料。2023/6/897石油煉制的方法分離法：如溶劑法、固體吸附法、結晶法和分餾法等，其中最常用的是分餾法。轉化法：轉化法是利用化學方法對分餾的油品進行深加工。常用的轉化法有熱裂化、催化裂化、加氫裂化和焦化等。2023/6/898石油的煉制常壓和減壓分餾熱裂化和催化裂化裂解催化重整石油的煉制2023/6/8991、石油分餾原油常壓蒸餾輕質油汽油煤油柴油重油減壓蒸餾石油氣柴油瀝青燃料油石蠟潤滑油2023/6/8100煉油廠的分餾塔2023/6/8101煉油廠的組成單元2023/6/8102石油的分餾（物理變化）2023/6/8103催化劑轉化法2023/6/81042、石油裂化：相對分子質量大沸點高的烴相對分子質量小沸點較低的烴如：C16H34——→C8H18+C8H16C8H18——→C4H10+C4H8

C4H10——→CH4+C3H6C4H10——→C2H4+C2H6目的:提高輕質液體燃料的產(chǎn)量，特別是提高汽油的產(chǎn)量。2023/6/8105石油裂化有熱裂化和催化裂化兩種：熱裂化催化裂化目的：提高汽油的產(chǎn)量。缺點：溫度過高，發(fā)生結焦現(xiàn)象。目的：提高汽油的質量和產(chǎn)量。催化劑：硅酸鋁，分子篩（鋁硅酸鹽）。2023/6/81063、裂解定義：使具有長鏈分子的烴在700度以上高溫時，斷裂成短鏈的烴的過程。目的：生產(chǎn)短鏈不飽和烴，如工業(yè)“三烯”。乙烯的產(chǎn)量作為衡量石油化工發(fā)展水平的標志。用途：合成纖維，塑料，橡膠等。2023/6/81074、石油的催化重整支鏈化：提高汽油質量環(huán)化：生產(chǎn)芳烴催化劑：PtRe

2023/6/8108燃料型煉油廠的流程圖2023/6/8109煉油轉化器煉油烴化器2023/6/8110

煉油廠實例2023/6/8111石油產(chǎn)品石油由許多組分組成，每一組分都各有其沸點。通過煉制加工，可以把石油分成幾種不同沸點范圍的組分：(1)40～205℃的組分作為汽油；(2)180～300℃的組分作為煤油；(3)250～350℃的組分作為柴油；(4)350～520℃的組分作為潤滑油（或重柴油）；(5)高于520℃的渣油作為重質燃料油；2023/6/8112石油產(chǎn)品按用途和特性，石油產(chǎn)品可分成14大類：溶劑油、燃料油、潤滑油、電器用油、液壓油、真空油脂、防銹油脂、工藝用油、潤滑脂、蠟及其制品、瀝青、油焦、石油添加劑和石油化學品。2023/6/8113溫度范圍/℃分餾產(chǎn)品名稱烴分子中所含碳原子數(shù)主要用途氣體

石油氣C1～C4化工原料，氣體燃料輕油30～180溶劑油汽油C5～C6C6～C10溶劑、汽車，飛機用液體燃料180～280煤油C10～C16液體燃料，溶劑280～350柴油C17～C20重型卡車，拖拉機，輪船，各種柴油機用燃料重油300～500潤滑油凡士林C18～C30機械，紡織等工業(yè)用的各種潤滑油，化妝品，醫(yī)藥業(yè)用的凡士林石蠟C20～C30蠟燭，肥皂瀝青C30～C40建筑業(yè)，鋪路＞500渣油＞C40做電極，金屬鑄造燃料2023/6/8114油品結構由于經(jīng)濟發(fā)展的需要、環(huán)境保護的要求、節(jié)能技術的進步以及替代能源的采用等因素影響，使世界油品需求構成發(fā)生了很大的變化，加上產(chǎn)油國之間的激烈競爭，世界油品結構也隨之發(fā)生變化。2023/6/8115石油綜合利用石油塑料燃料2023/6/8116石油輪胎水杯衣服眼鏡墻漆鍋大棚2023/6/8117石油的綜合利用2023/6/8118天然氣的發(fā)展前景預計到2010年，剩余探明可采儲量天然氣將為165.8×1012m3，石油為1441×108t；以熱量計算，天然氣儲量已超過石油儲量。2015年世界天然氣的產(chǎn)量將超過石油產(chǎn)量。2020年能源結構中天然氣將占29%～30%，石油占27%，煤占24%，核電為8%，其他能源為4%。2023/6/8119我國的天然氣資源我國天然氣資源豐富，據(jù)2000年資料，全國天然氣地質資源量為47.23×1012m3，其中可采資源量為9.3×1012m3。2023/6/8120天然氣市場2001年全世界氣體燃料的總消費量為1137百萬噸標準油。其中工業(yè)消費占44.8%，交通運輸占4.8%，其他行業(yè)和生活消費則為50.4%。天然氣市場非常廣闊。2023/6/8121

世界各地區(qū)的天然氣生產(chǎn)/消費圖（2002年，單位：十億m3）2023/6/8122天然氣的應用發(fā)電民用及商業(yè)燃料化肥及化工原料工業(yè)燃料2023/6/8123

煤層氣煤層氣（俗稱瓦斯）是一種與煤伴生，以吸附狀態(tài)儲存于煤層內(nèi)的非常規(guī)天然氣，其中甲烷含量大于95%，熱值33.44kJ/m3以上，是一種優(yōu)質潔凈的能源。2023/6/8124中國是世界上主要的煤炭生產(chǎn)大國之一，煤炭生產(chǎn)居世界首位，也是世界上煤炭資源和煤層氣資源最豐富的國家之一。豐富的煤層氣資源有望成為中國21世紀的接替性能源之一。2023/6/812521世紀發(fā)展煤層氣的意義減輕我國石油和天然氣的供應壓力；能有效地改善煤礦安全生產(chǎn)條件；將有效地保護大氣環(huán)境。2023/6/812612023/6/812722023/6/812832023/6/812942023/6/813062023/6/813172023/6/8132我國的煤層氣資源我國煤層氣資源分布廣泛，分布在不同的含煤盆地、不同的成煤時代，其埋藏深度和勘探程度也相差很大。據(jù)初步預測我國煤層氣的資源量為31萬億m3，高于我國陸上常規(guī)天然氣的資源量，居世界第2位。

2023/6/8133我國的煤層氣資源抽放煤層氣是減少瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突發(fā)事故的根本性措施，到目前為止，全國已由146個煤層氣抽放礦井，年抽放量6億～7億m3，利用量達4.8億m3。主要用于民用、發(fā)電、作化工原料和鍋爐爐窯的燃料等，撫順和陽泉礦區(qū)煤層氣的抽放量和利用率一直居全國首位。2023/6/81344核能2023/6/8135核能的來源“核能”來源于將核子(質子和中子)保持在原子核中的一種非常強的作用力——核力。核力和電磁力、萬有引力完全不同，它是一種非常強大的短程作用力。2023/6/8136當中子和質子形成原子核時，會放出能量，這種能量稱為該原子核的結合能。結合能的大小可以通過愛因斯坦的質能關系式求得：ΔE=Δmc2

式中ΔE——結合能，J；

Δm——質量虧損，kg；

c——光速，m/s；不同原子核俘獲中子后得到的結合能不同。2023/6/8137愛因斯坦的質能關系式2023/6/8138當質量數(shù)小于60或大于60的原子核由于某種原因向質量數(shù)等于60這個方向變換時，比結合能增大。在這樣的變換中必定伴隨著能量的釋放。兩種釋放能量的途徑核能的產(chǎn)生原理2023/6/8139根據(jù)這一原理，核能的實際利用有兩種方法：一是目前已達到實用階段的重核裂變方法，就是核裂變反應堆的原理；二是目前還處于研究試驗階段的輕核聚變方法，這就是核聚變反應的原理。2023/6/8140核裂變反應2023/6/8141核裂變反應2023/6/8142核聚變反應2023/6/8143核燃料核裂變的核燃料核聚變的核燃料2023/6/8144核裂變的燃料核裂變的核燃料主要是鈾。天然鈾通常由3種同位素構成：鈾-238，約占鈾總量的99.3%；鈾-235，占鈾的總量不到0.7％；還有極少量的鈾-234。2023/6/8145與一般礦物燃料相比，核燃料有兩個突出的不同特點：（1）生產(chǎn)過程復雜，要經(jīng)過采礦、加工、提煉、轉化、濃縮、燃料元件制造等多道工序才能制成可供反應堆使用的核燃料；（2）還要進行“后處理”。2023/6/8146臨時貯藏回收廢物處理最終儲存產(chǎn)生能量采礦轉化濃縮核燃料制作核燃料的循環(huán)2023/6/8147鈾的濃縮方法：（1）氣體擴散法；（2）激光分離法。2023/6/8148核聚變的核燃料最容易實現(xiàn)核裂變反應的是原子核中最輕的核，例如氫、氘、氚、鋰等。其中最容易實現(xiàn)的熱核反應是氘和氚聚合成氦的反應。作為核燃料之一的氘，地球上的儲量特別豐富，每升海水中即含氘0.034g，地球上有15×1014億噸海水，故海水中的氘含量即達450億噸，因此幾乎是取之不盡的。2023/6/8149世界核能利用的現(xiàn)狀截至1999年，全世界有29個國家的433座核電站在運行。目前全世界核電提供的電能占世界電力供應的17%，為此每年可以減少23億噸CO2的排放量，這意味著如果不使用核電，全世界CO2的排放量將增加10%。2023/6/8150美國三里島和前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故引起公眾對核的恐懼。在過去10年中，核電變成了一個倍受爭議的話題，已從世界發(fā)展最快的能源淪為發(fā)展最慢的能源。2023/6/8151但是這種恐核心理導致的核電發(fā)展停滯，已帶來嚴重的負面影響，例如，1999年瑞典核電占47%，因為關閉核電站，只能被迫向丹麥燃煤電廠購電，不但電費上漲，而且導致西歐CO2的排放總量超標。由于電力緊張，美國也中止了暫停建核電站的規(guī)定，重新起動核電站建設計劃。2023/6/8152與歐美發(fā)達國家相反，亞洲由于經(jīng)濟迅速崛起，核電發(fā)展方興未艾，亞洲目前共有90座核電站在運行，其中2/3集中在日本。韓國、中國大陸和臺灣地區(qū)、印度、巴基斯坦等仍有許多座新核電站在建設之中