化学及能源-(1).ppt
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1、第二章第二章 化学与能源化学与能源n能源、材料和信息被称为人类社会发展的能源、材料和信息被称为人类社会发展的 三大支柱。三大支柱。n能源是提供能量的自然资源能源是提供能量的自然资源n能源的利用,其实就是能量的转化过程能源的利用,其实就是能量的转化过程根据各个历史阶段使用的主要能源,可分为根据各个历史阶段使用的主要能源,可分为n n柴草时期:从火的发现柴草时期:从火的发现18世纪产业革命世纪产业革命n n煤炭时期:煤炭时期:13世纪世纪n n石油时期:第二次世界大战之后石油时期:第二次世界大战之后1950199019501990年世界能源消费量和构成年世界能源消费量和构成年世界能源消费量和构成年
2、世界能源消费量和构成年份年份年份年份消费量消费量消费量消费量万吨标准煤万吨标准煤万吨标准煤万吨标准煤在消费量中所占的比例在消费量中所占的比例在消费量中所占的比例在消费量中所占的比例/%/%煤炭煤炭煤炭煤炭石油石油石油石油天然气天然气天然气天然气 水电和核电水电和核电水电和核电水电和核电19501950239 194239 19460.960.927.227.210.110.11.81.819601960292 420292 42049.549.533.333.315.115.12.12.119701970643 956643 95633.533.544.044.020.120.12.42.41
3、9801980852 391852 39130.830.844.244.221.521.53.53.5199019901147 6101147 61027.327.338.638.621.721.712.412.4中国的能源消费量和构成中国的能源消费量和构成年份年份年份年份消费量消费量消费量消费量万吨标准煤万吨标准煤万吨标准煤万吨标准煤在消费量中所占的比例在消费量中所占的比例在消费量中所占的比例在消费量中所占的比例/%/%煤炭煤炭煤炭煤炭石油石油石油石油天然气天然气天然气天然气水电水电水电水电195519556 9686 96893.093.04.94.92.12.11960196030 18
4、930 18993.993.94.14.10.50.51.51.51970197029 29129 29180.980.914.714.70.90.93.53.51980198060 27560 27572.272.220.720.73.13.14.04.01990199098 70398 70376.276.216.616.62.12.15.15.119921992108 900108 90074.974.918.018.02.02.05.15.119941994122 737122 73775.075.017.417.41.91.95.75.7现代公认模型石油和煤成分(平均)的比较石油和煤
5、成分(平均)的比较 元素元素元素元素燃料燃料燃料燃料C CHHOONNS S发热发热发热发热量量量量/kJ/kJ.g g-1 1石油中石油中石油中石油中含量含量含量含量/%/%83878387101410140.052.00.052.00.020.20.020.20.058.00.058.04848煤炭中煤炭中煤炭中煤炭中含量含量含量含量/%/%80908090363658580.51.00.51.012123030煤的能源转换煤的能源转换n n煤的燃烧:化学能 热能n n煤的气化:煤 可燃气体n n煤的液化:煤 液体燃料、化工原料辛烷值-评价汽油质量的一个参数(Octan Number)正庚
6、烷正庚烷 223度度 o.n.=0异辛烷异辛烷 418度度 o.n.=100 90号汽油即辛烷值为号汽油即辛烷值为90,其抗爆性相当于,其抗爆性相当于90%异辛烷和异辛烷和10%正庚烷组成的汽油正庚烷组成的汽油 从分馏塔中制备出来的汽油称作为直馏汽从分馏塔中制备出来的汽油称作为直馏汽油,其辛烷值为油,其辛烷值为55。如何提高辛烷值?如何提高辛烷值?uu科学上解决任何一个难题都是从原因上入手科学上解决任何一个难题都是从原因上入手原因:1 汽油中自燃点低的组分太多办法之一 重整现代炼油工业上生产高辛烷值汽油的主要方法:催化重整catalytic reforming原因 2 爆震是由于产生过氧化物而
7、引起的办法之二消除过氧化物添加剂法添加剂法四乙基铅四乙基铅(二溴乙烷)其他方法:*组合剂法30%酒精*裂化汽油n n汽油质量指标之一抗爆性能爆震 detonationg原因:1 汽油中自燃点低的组分太多自燃点顺序:直链烃 支链听,环烷烃 芳香烃2 爆震是由于产生过氧化物而引起的 一碳化学弗歇尔弗歇尔托洛帕反应托洛帕反应(1926(1926年年 德国德国)一氧化碳和氢气在催化剂的作用下合成长链的一氧化碳和氢气在催化剂的作用下合成长链的烃类化合物烃类化合物甲烷化反应甲烷化反应 CO+3H2 CH4+H2OCO+3H2 CH4+H2O烷烃化反应烷烃化反应 nCO+(2n+1)H2 CnH2n+2+n
8、H2OnCO+(2n+1)H2 CnH2n+2+nH2O烯烃化反应烯烃化反应 nCO+2nH2 CnH2n+nH2OnCO+2nH2 CnH2n+nH2O醇化反应醇化反应 nCO+2nH2 CnH2n+1OH+(n-1)H2OnCO+2nH2 CnH2n+1OH+(n-1)H2O甲烷为主的燃气有两个优点:1 单位燃气体积的燃烧热值高2.22.5倍 2 甲烷的泄漏不会引起人的中毒v西方发达国家的管道煤气以甲烷为主v上海正在逐步过渡到使用天然气 东海气田的天然气(浦东地区)西气东输的天然气(2004年元旦浦西地区正式 点火使用)CH4 Methane 天然气水合物天然气水合物21世纪的新能源世纪的
9、新能源n n天然气水合物(CH4H2O):以甲烷为主的可燃气体和水形成的水合物又叫可以甲烷为主的可燃气体和水形成的水合物又叫可燃冰、气冰或固体瓦斯燃冰、气冰或固体瓦斯n n天然气水合物形成的最主要条件:充足的烃类气体来源、适当的温压条件、地质构充足的烃类气体来源、适当的温压条件、地质构造环境造环境n n其中甲烷占80%99.9%,可直接点燃 燃烧后几乎不产生任何残渣,污染比煤、石油、燃烧后几乎不产生任何残渣,污染比煤、石油、天然气都小的多天然气都小的多 生物质能燃料的碳循环生物质能燃料的碳循环 沼气的生产沼气的生产n n主要利用厌氧菌消化主要利用厌氧菌消化的生物化学方法的生物化学方法 n n消
10、化过程的消化过程的3 3个阶段:个阶段:水解水解 酸化酸化 甲烷化甲烷化 典型的消化池示意图 发酵法制乙醇发酵法制乙醇发酵法制备乙醇的流程示意图 生生 物物 柴柴 油油 n n典型的“绿色能源”二氧化硫、硫化物和一氧化碳的排放低生物降解性高 清洁的可再生能源 n目前生物柴油的主要问题:成本高化学电源的原理化学电源的原理氧化还原反应氧化还原反应化学能直接转换为电能的两个必要条件:n n在化学电源中发生的化学过程是有电子得失的氧在化学电源中发生的化学过程是有电子得失的氧化还原过程化还原过程n n给予适当的装置使反应分别在两个电极上进行,给予适当的装置使反应分别在两个电极上进行,电子必须通过外线路做
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