第十二讲 化石燃料.ppt

1,化学与社会ChemistryandSociety,化学化工系,2,第十二讲化石燃料,3,能源使用发展史,柴草时期从火的发现到18世纪产业革命期间，树枝杂草一直是人类使用的主要能源。柴草不仅能烧烤食物，驱寒取暖，还被用来烧制陶器和冶炼金属。,煤炭时期煤炭的开采始于13世纪，而大规模开采并使其成为世界的主要能源则是18世纪中叶的事了。1769年，瓦特发明蒸汽机，煤炭作为蒸汽机的动力之源而受到关注。,石油时期第二次世界大战之后，在美国、中东、北非等地区相继发现了大油田及伴生的天然气，每吨原油产生的热量比每吨煤高一倍。石油炼制得到的汽油、柴油等是汽车、飞机用的内燃机燃料。,4,能源分类,,一次能源,二次能源,,常规能源,新能源,,煤制品──洗煤，焦炭，煤气,石油制品──汽油，煤油，柴油燃料油，液化石油气,电力，氢能，余热，沼气，蒸气等,,可再生能源水能,非再生能源如煤炭，石油天然气，核裂变燃料,,可再生能源太阳能，风能，生物质能,非再生能源核聚变燃料油页岩，油砂,5,能源研究三大课题,太阳能、风能、水能、氢能等清洁能源的经济合理利用与开发,新能源开发,石油、煤、天然气、铀矿等化石燃料的高效、清洁利用,6,1950－1990年世界能源消费量和构成,7,1955－1994年我国能源消费量和构成,8,主要内容,9,石油与经济,石油有“工业的血液”、“黑色的黄金”等美誉。自本世纪50年代开始，在世界能源消费结构中，石油跃居首位。石油产品的种类已超过几千种。石油是国家现代化建设的战略物资，许多国际争端往往与石油资源有关。现代生活中的衣、食、住、行直接地或间接地与石油产品有关。,10,1973～1979年这段时期，曾有“石油危机”之称。自二次世界大战之后到1973年间，国际石油市场一直被美国的埃克森、德士古、加州标准、海湾、飞马（美孚）和英国石油、英国壳牌等七家石油公司（号称“石油七姐妹”）所垄断。20世纪70年代，为阻止石油价格的不断降低，中东地区主要产油国组成了一个卡特尔组织欧佩克,成功地提高了石油价格从1978年到1981年，石油价格翻了一倍还多。石油输入国情况就不同了，由于石油供给的减少和石油价格的上升，石油输入国生产汽油、轮胎和许多其它产品的企业成本迅速上升，而产品的价格不能同步迅速做出反应，所以企业都大量减少产量，或者干脆停业或破产。,11,现在认为石油是由远古海洋或湖泊中的动植物遗体在地下经过漫长的复杂变化而形成棕黑色粘稠液态混合物，其沸点范围从室温到500℃以上。未经处理的石油叫原油，它分布很广，世界各大洲都有石油的开采和炼制。就目前已查明的储量看，重要的含油带集中在北纬20～48之间，世界上两个最大的产油带，一个叫长科迪勒地带，北起阿拉斯加和加拿大经美国西海岸到南美委内瑞拉、阿根廷；另一个叫特提斯地带，从地中海经中东到印度尼西亚。这两个地带在地质变化过程中曾都是海槽，因此曾有“海相成油”学说。,石油的形成,12,石油的生产与消费分布,13,14,储量前10名（R）单位万吨,产量前10位（P）单位万吨,出口量前10位（E）,三个表格对比得出结论。,15,16,17,中国石油分布图,18,地处河南省濮阳地区，于1975年发现，经过20年的勘探开发建设，已累计探明石油地质储量4.55亿吨，探明天然气地质储量395.7亿立方米，累计生产原油7723万吨、天然气133.8亿立方米。现已是我国东部地区重要的石油天然气生产基地之一。,中原油田,河南油田,地处豫西南的南阳盆地，矿区横跨南阳、驻马店、平顶山三地市，分布在新野、唐河等8县境内。已累计找到14个油田，探明石油地质储量1.7亿吨及含油面积117.9平方公里。,19,石油的成分,石油主要是由各种烷烃、环烷烃和环烷烃所组成的混合物。石油的大部分是液态烃，同时在液态烃里溶有少量的气态烃和固态烃。,石油主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元素。,20,石油的炼制,常压和减压分馏,热裂化和催化裂化,裂解,催化重整,石油的炼制,21,石油分馏,原油,,常压蒸馏,,轻质油,,汽油,煤油,柴油,重油,,减压蒸馏,石油气,,柴油,沥青,燃料油,石蜡,润滑油,22,23,24,2.石油裂化,如C16H34→C8H18C8H16,C8H18→C4H10C4H8,C4H10→CH4C3H6,C4H10→C2H4C2H6,目的提高轻质液体燃料的产量.特别是提高汽油的产量。,25,石油有热裂化和催化裂化两种,热裂化,催化裂化,,目的提高汽油的产量,缺点温度过高，发生结焦现象,,目的提高汽油的质量和产量,催化剂硅酸铝，分子筛（铝硅酸盐）,26,3.裂解,定义使具有长链分子的烃在700度以上高温时断裂成短链的烃的过程叫裂解,目的生产短链不饱和烃如工业“三烯”,乙烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志,用途合成纤维，塑料，橡胶等,4.石油的催化重整,支链化提高汽油质量,环化生产芳烃,催化剂PtRe,27,石油的综合利用,,石油,塑料,,燃料,28,29,汽车发动机汽缸的点火,平稳点火,爆鸣点火--在焰峰到达之前已发生自燃，造成压力骤增而形成冲击波，使发动机发生震动。原因不同组分燃点不同，同一组分直链与支链燃点不同,30,含有5-8个碳原子的烃汽油性能的表征--辛烷值提高汽油辛烷值的方法重整汽油所谓重整，就是把馏分中的烃类分子重新排列而构成新的分子结构。,汽油的性能与表征,异辛烷辛烷值为100抗震性好燃点418C,正庚烷辛烷值为0抗震性差燃点223C,31,提高汽油辛烷值的方法重整汽油加入少量抗爆剂0.1的四乙基铅加入到正庚烷中，辛烷值由0提高到47。,32,33,34,35,天然生成，并以一定压力蕴藏于地下岩层或缝隙中的混合气体。,天然气含义,天然气中的烃类主要包括三种1烷烃如甲烷、乙烷、丙烷等2环烷烃五员环和六员环含量较多3芳烃苯、甲苯及其同系物烯烃及炔烃基本不含。,36,37,我国天然气资源量区域主要分布在我国的中西盆地。同时，我国还具有主要富集于华北地区非常规的煤层气远景资源。经过十几年的艰苦勘探，成果已清晰地展现在世人面前。它表明，在我国960万平方公里的土地和300多万平方公里的管辖海域下，蕴藏着十分丰富的天然气资源。专家预测，资源总量可达40－60多万亿立方米，是一个天然气资源大国。勘探领域广阔，潜力巨大，前景十分美好。近几年，祖国的东南西北中天然气勘探喜讯频传，初步为我们描绘出了21世纪天然气发展的轮廓。东，就是东海盆地。那里已经喷射出天然气的曙光；南，就是莺歌海－琼东南及云贵地区。那里也已展现出大气区的雄姿；西，就是新疆的塔里木盆地、吐哈盆地、准噶尔盆地和青海的柴达木盆地。在那古丝绸之路的西端，石油、天然气会战的鼓声越擂越响。它们不但将成为我国石油战略接替的重要地区，而且天然气之火也已熊熊燃起，燎原之势不可阻挡；北，就是东北华北的广大地区。在那里有着众多的大油田、老油田，它们在未来高科技的推动下，不但要保持油气稳产，还将有可能攀登新的高峰；中，就是鄂尔多斯盆地和四川盆地。鄂尔多斯盆地的天然气勘探战场越扩越大，探明储量年年剧增，开发工程正在展开。四川盆地是我国天然气生产的主力地区，最近又有新的发现，大的突破，天然气的发展将进入一个全新的阶段，再上一个新台阶。从北到南，从东到西，从陆地到海洋，天然气的希望之火冲天旺，天然气大国之梦将在希望之火中化成美丽七彩的火凤凰。随着科技的发展，在未来的世界里人类肯定会找到比天然气更为理想的能源。但不管将来谁取代天然气，天然气将起到向新能源迈进的不可替代的重要的桥梁作用。,38,一、我国天然气发展历史四川是世界上开采利用天然气最早的地区之一。西周时期（约公元前1100前771年）的周易中有“泽中有火”的记载。西汉时期出现天然气井，文学家扬雄在蜀都赋中谓之“火井”。在唐代，钻井技术、规模有了较大发展，开始使用“之轴滚筒”。宋朝出现“顿钻钻井”，同时出现“卓筒井”，这是我国钻井史上重要里程碑。宋应星天工开物中有记载。我国钻井技术约十二世纪前传到西方，1835年，我国钻井深度突破1000米大关，而美国在1859年才钻出一口21.69米的井。,39,,天然气储量与产量,1世界天然气储量与产量据美国油气杂质2003年统计数据，世界天然气剩余可采储量排名前几位的国家见下表，其中我国天然气可采储量名列第22位。,40,2005年世界天然气产量居前几位的国家见下表，中国以481亿立方米名列世界12位。,41,我国天然气资源比较丰富，主要分布在中、西部地区和近海。截至2001年底，我国获得的天然气地质储量为3.011013m3。但我国天然气资源的探明程度尚不高，目前可采资源量的探明程度仅仅为16.7，在我国一次能源结构中不过占2.5左右。,42,1合成氨,天然气的用途,2合成甲醇,3生产乙炔,天然气发电;作为基本有机化工原料，制甲醇、氮肥;城市燃气事业，特别是居民生活用气;压缩天然气汽车;天然气处理的副产品用途，如CO2，硫磺、氦气。,43,44,煤的组成片段,煤的结构,45,碳是煤中有机质的主要成分，煤的含碳量随着煤的变质程度加深而增加。氢也是煤的有机物的主要元素。含氢量和含氧量在煤的变质过程中随着不断脱出CO2和H2O都在逐渐降低。氮是组成有机质的次要元素，硫是煤中有害元素，燃煤时生成SO2是污染空气的有害“元凶”。磷的含量虽然不高，但炼焦时进入焦碳，炼铁时进入生铁，增加铁的脆性。铁、铝、镁、钙、硅等元素都是煤的无机物的组成元素，煤燃烧时，这些元素都留在灰份中。,46,无烟煤95％烟煤70～80％褐煤50～70％泥煤50～60％,,煤,47,将煤隔绝空气加强热使其分解的过程，叫煤的干馏，也叫煤的焦化。,3.煤的干馏,煤,,干馏,出炉煤气,煤焦油,焦炭－－,焦炉气H2CH4C2H4CO粗氨水氨和铵盐粗苯苯甲苯二甲苯,苯甲苯二甲苯酚类、萘沥青,冶金、电石、合成氨造气、燃料等,,,气态,液态,固态,,48,煤焦油,成分苯、甲苯、二甲苯等有机物,用途燃料、化肥、农药、洗涤剂、溶剂和多种合成材料,,49,50,煤气化,碳在空气中燃烧,低值热气,中值热气,特点和用途热值较低，用作冶金、机械工业的燃烧气,特点和用途热值较高，可短距离输送。用作居民使用煤气，也可以用于合成氨,成分CO、H2、相当量的氮气,成分CO、H2、少量的CH4,成分CH4,高热值天然气,碳在空气中燃烧,特点和用途热值很高，可远距离输送,,,,,,,,煤的气化,51,“煤变油”是20世纪20年代德国的两位科学家发明的。即煤炭的液化，就是指以煤炭为原料制取汽油、柴油、液化石油气的技术。目前，我国在建和拟建的“煤变油”项目已达1600万吨，计划投入的资金高达1200亿元。今年国家正着手制订“十一五”规划，很多省份都试图将“煤变油”项目列为重点发展项目。,煤的液化,52,煤的液化,直接液化,间接液化,直接液化就是煤在高温高压下加氢催化裂化，转变成油料产品,间接液化就是先使煤转化为一氧化碳和氢气，然后在高温、高压以及催化剂的作用下生成液态烃、甲醇等有机物,,53,谢谢,