《化学与能源》.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除化学与能源能源的基本概念与分类能源是指提供能量的自然资源，是机械能、热能、化学能、原子能、生物能、光能等的总称。能源是指可能为人类利用，以获取有用能量的各种来源。像化石燃料、核能、太阳能、风力、水力及地热能等等。 能源在人类社会的发展中占据重要地位，它是人类社会发展的基本条件，是发展农业、工业、科学技术和提高人民生活水平的重要的物质基础。能源开发利用的广度和深度，是衡量一个国家的科学技术和生产发展水平的主要标志之一。 从人类利用能源的历史可以清楚地看到，每-种能源的发现和利用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平；能源科学技术的每一次重大突破，都引起生产技术的革命。存在于自然界，可直接获得而无须改变其形态和性质的能源称为一次能源，亦称天然能源，其中风能、水能、太阳能、地热能、生物能、潮汐能等不会随着人们的使用而减少，称之为可再生能源。而矿物能源如煤炭、石油、核燃料等称为非再生能源。目前消耗量十分巨大的世界能源主要是化石燃科。其中石油、煤、天然气大约占85左右。由一次能源经加工、转换或改质而得到的另一类型能源产物称为二次能源，如电能、氢能、汽油、煤油、柴油、沼气等。根据消费后是否造成环境污染，又可将能源区分为污染型能源和清洁能源。如煤、石油等属于污染型能源；水力能、风能、氢能、太阳能等属于清洁能源。当前人们已经大规模生产并广泛开发利用的能源，例如煤炭、石油等化石能源及水力能、植物燃料等常称之为常规能源；以新技术为基础正在研究之中以便系统开发推广应用的一次能源如太阳能、氢能、风能、地热能、海水温差能等称为新型能源。能源分类如下表：能源的分类类 别 常 规 能 源 新 型 能 源 一次 能源 可再生能源 水力能 生物质能 太阳能 海洋能 风能 地热 非再生能源 煤炭 石油天然气 油页岩 沥青砂 核裂变燃料 核聚变能量 二次能源 煤炭制品 石油制品 发酵酒精 沼气 氢能电力激光 等离子体 几种主要能源种主要能源 太阳能：地球是在46亿年前由形成太阳系的一团混浊不清的星云分化而成。地球的形成与太阳密切相关，它无时无刻不从太阳获取大量辐射的光和热，经植物的光合作用转化为生物质的化学能。埋藏在地下的动植物残骸经漫长的地质作用转化为煤炭、石油、天然气等化石能源。江河湖海中的水，经日晒蒸发，再凝聚降落在高山丘陵形成水力能；空气经太阳光照射加热，因密度差而形成风能。因此地球上的主要能源都来自太阳，可以说，太阳能是地球上主要能源的总来源。化学能：目前第三世界农村（包括中国）几乎95的家庭仍以木柴、秸杆、干草等作为主要生活能源。蒸汽机的发明，完成了第一次工业革命，使得煤炭资源的消费增长很快。20世纪初，石油崭露头角，开始成为一种新型能源。石油的热值比煤高，且开采、运输均较容易，适用性也强，可用于锅炉、内燃机 、燃气轮机等各种场合，因此很快就占据能源消费的首位，目前维持在4647。天然气系指气田、油田等处产生的可燃性碳氢化合物。它们通过钻探而从储油层、储煤层或储气层开采出来，可经管道输送给用户。目前已成为世界第三位的能源。核能：是近年迅速发展的能源，目前利用的是核裂变能，主要是用于发电。核能资源十分丰富，已探明天然铀可利用的核裂变能量相当于1850025600亿吨标准煤。核电的生产和核电站的运行，事实上是清洁和安全的。核能是极重要的能源，要比化学反应的能量变化大得多。如1克铀裂变时所放出的热量相当于3吨标准煤燃烧时所放热量。而氘与氚聚变时，每克核燃料放出能量约为3108KJ,即千倍于核裂变放出的能量。仅海水中所蕴藏的氘聚变时产生的能量，足以提供较现在所耗大一千倍的能量达数亿年之久。但热核反应的技术十分复杂，目前还只能以“未来的能源” 对待。我国的能源状况我国的能源状况1. 能源总量丰富，人均不足我国能源资源总量十分丰富，资源品种也较齐全。但是由于我国人口众多，人均能量资源占有量仅为世界平均水平的12 。从几种广泛利用的常规能源来看，储量都比较大。煤炭已探明储量为1.5Tt，居世界第三位，石油为7.0Gt，居世界第六位，天然气为33.3T立方米，居世界第十六位；而水力资源及水电均居世界第一位。但由于我国人口众多，我国商品能源人均消耗量为800kg标准煤，仅为世界平均值的l3；另外，我国能源分布极不均衡，工业较发达的东南沿海地区煤炭和水力资源短缺。丰富的水力资源主要在西南交通不便和地形复杂的地区，开发利用难度较大。进入90年代后，我国核电事业开始起步，相继有大亚湾和秦山两座核电站投入运行。国家已经制定了核电的发展规划，今后若干年内我国核电工业，必将获稳步发展。2能源结构不佳，能源利用率低下从能源构成来看，煤炭仍然是我国的主要能源，能源利用率也较低，尤其是民用煤的利用率，只相当于发达国家的四分之一。这也是引起我国大气污染严重的原因之一。1992年能源生产中煤炭10.7亿吨，占总能源的74.3%，原油占18.9，天然气占2.0，水电占4.8%，这一基本情况近期不会有明显改变。由于我国煤炭的灰分和硫分较高，原煤入洗率较低，大部分原煤未经洗选就直接燃烧，造成了大气污染。因而，我们面临着严峻的的环境保护和治理的任务。我国能源生产和使用面临经济发展需求和环境质量改善的双重压力，能源短缺和浪费同时存在。我国能源政策实施的重点是改善能源结构，增加清洁能源比重特别是提高煤炭转换成电能的比重；加快水电和核电的建设，因地制宜地开发和推广大阳能、风能、地热能、潮汐能和生物质能等清洁能源；加强对煤的综合利用，改进燃烧技术来提高煤的利用率；大力提倡节约能源。3. 能源“瓶颈”已被突破近年来，党中央、国务院始终把发展能源工业放在优先地位，通过建立产业发展基金、拓宽融投资渠道、提倡节约等举措，使我国能源工业获得飞跃发展。据国家统计局报告，1996年我国生产的一次能源，包括原煤、原油、天然气、水电，折合标准煤1.26Gt，居世界前列。我国的能源工业已实现了从严重短缺到供需基本平衡的历史性跨越，引人注目的能源“瓶颈”已被突破。能源是国民经济的基础产业，是经济腾飞的动力源。随着我国经济的持续快速增长，对能源的需求也会越来越大，目前取得的能源供需平衡状况迟早会被打破，冲出“瓶颈”的能源工业仍然面临着沉重的压力。因此，必须继续保持能源工业优先发展的地位，同时要积极面向市场，培育出一批规模大、效益好的能源企业，以提商我国能源工业的国际竞争力，为我国经济发展提供不竭动力。4能源开发与可持续发展战略能源大量消耗带来环境污染和生态破坏。以煤炭为燃料的工业、锅炉、民用炉是大气中产生二氧化碳、烟尘之排放的主要来源。各种机动车的废气污染空气。燃用高硫煤和高硫油产生S02会形成酸雨。锅炉排放的粉煤灰污染江河与大地。煤炭和石油的开采结周围的生态环境带来影响。因此，在开发和利用能源的同时，必须重视污染的治理，实行能源开发、利用与环境治理同步发展的方针。治理污染已经有许多成熟的经验。使用高效率电气除尘装置可以把锅炉除尘效率提高到99，粉煤灰可以作为建筑材料、公路以及填海造地的材料。高硫油和高硫煤在使用前或使用中经过处理可以减少硫的徘放。这样做，可能增加发电厂和石化厂的建设投资，为了保护环境，是必要和值得的。机动车要使用无铅汽油，进行民气转换与监控，同时要研制和采用对环境危害较小的电动汽车。要大力开展治理能源污染的科研工作，促进能源环保技术装备的配套和产业的形成。能源资源是宝贵的财富，必须十分珍惜。我国有的矿产资源至今发现的蕴藏量有限，更要注意节约使用。对于可再生资源，如水力发电、风力发电、太阳能等，应加大科研开发和使用的力度。在开发和使用能源的时候，必须兴利除弊，保护环境和生态平衡，实行可持续发展战略。我们不仅要考虑当代人对能源的利用，而且要把一个可持续利用能源的条件留给子孙后代。随着科学技术的进步，一些新的能源将会得到发现和利用。阅读材料浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹建设一个比日本更好的“节约型社会”赵晓南方周末 2005-08-25在中国，要实现“让人民群众喝上干净的水、呼吸清洁的空气、吃上放心的食物，在良好的环境中生产和生活”，还有很长一段路要走。中国国民要像日本国民那样，具有一种基于自身资源不足的忧患意识，以及由此而生的节约意识和效率意识 “节约”成为发展国策“节约”在以前还只是一个涉及“效益”和“美德”范畴，如今却被提高到政府的常规事务中来，并上升到“国策”的高度，这说明中国的资源形势正日益严峻。我们必须合理高效利用资源、转变消费观念和行为、才有可能真正赢得“中国世纪”。 众所周知，就大部分重要资源的人均占有水平而言，中国都只有全世界平均水平的13甚至15。然而，过去的20多年间，中国能源消费总量增长了2.6倍，其中煤炭消费增长2.4倍，石油消费增长2.7倍，天然气消费增长2.2倍(李剑阁，2005)。2003年，中国创造的GDP不足全球的4，但消耗的原油、原煤、铁矿石、钢材、氧化铝和水泥分别约为世界消费量的7.4、31、30、27、25和40(国家环保总局数据)。 据华盛顿的地球政策研究所的一份报告，目前在一般资源方面，中国已取代美国成为全球第一资源消费大国。在五大基本商品中，除了石油以外，中国的粮食、肉类、煤和钢铁的消费均超过美国。英国剑桥能源研究协会曾指出，中国能源需求量2000年至2004年间的增长占世界总增长的40。 可以想象，中国的资源消耗还将随国民收入的增长水涨船高。据预测，中国的能源需求缺口量到2030年大约为2.5亿吨标准煤，到2050年大约为4.6亿吨标准煤。据估算，我国煤炭剩余可采量约900亿吨；可供开采不足百年；石油剩余可采量为23亿吨，仅可开采14年；天然气剩余可采量为6310亿立方米，可供开采不超过32年。 其实，无需数字预测，只要闭上眼睛想一想就知道中国崛起对世界资源和能源的挑战有多大。全世界所有发达工业化国家的人口的总和只有7亿，是自英国工业革命以来渐进形成的，现在中国也要成为新的发达工业国，而中国人口到最高峰时约14亿，几乎是目前全部发达工业国的两倍，并且这一进程要在短短几十年中压缩性完成。试想，全世界的资源能够充足地、无阻碍地满足中国之需吗？ 面对资源的约束，中国有三种选择。一是自废武功，即主动放弃高速增长的模式，或者减缓发展速度。二是技术革命。比如，在汽车领域，中国假如从现在起就大力鼓励电动汽车的发展，10年之内完成，成功地领导一场汽车能源与技术的革命，一劳永逸地摆脱对于石油资源的依赖。三是“节约闹革命”，走新型“节约型社会”、“节约型经济”的道路。 无论哪一条路都不好走。但节约型发展已成为必然的选择。在这方面，中国面临着急迫的任务。据专家分析预计，中国要实现2020年GDP翻两番的经济发展目标，又要保持现有的环境质量水平，未来资源生产率必须提高4至5倍，如果想环境质量得到明显改善，资源和生产效率必须提高8至10倍。 选择什么样的发展模式 新中国成立后的30年，中国师从前苏联，选择了计划经济的发展模式。然而前苏联国家集中、计划性使用资源以及优先发展重工业的发展方式是极其低效的，并不符合中国的资源秉赋，所以中国很快就碰到了资源瓶颈。改革开放后，中国选择了市场经济的发展模式，然而先天资源条件不同，导致中国的发展再次遭遇资源瓶颈。 美国是个自然资源丰富的国家，因此更多地消耗资源而节省人力是其合理选择。据统计，1994年美国仅人均能源消耗就是世界人均消耗的5.5倍。 中国的资源秉赋条件更接近于日本。日本的战略资源极度缺乏，仅有少量能源资源蕴藏量，2003年经确认的能源蕴藏量为原油805万千升、天然气397亿立方米、煤7.73亿吨。因此日本几乎全部依赖进口原油、煤、天然气及铀来维持其经济活动。据统计，日本99的石油、73.3的煤炭、99的铁矿石以及100的镍、锰、钛等稀有金属均依靠进口。然而，资源短缺并未阻碍日本高速发展之路，反而让日本走出了一条资源节约型发展新路。相比于美国人的大手大脚，日本素以节约型经济、节约型社会闻名天下。 因此，先天条件决定了中国的财富创造及消费模式应该更接近于日本，中国要建设“节约型社会”，首先必须谦虚地向日本取经。无论中国人对日本拥有什么样的民族感情，在理性上都必须兼容并包。 中日两国的差距 最近对中日两国在能源、水资源、土地资源以及资源综合利用及循环经济等各个方面作了一个比较全面的比较。仅举出能源利用的一些差距为例。 日本瑞穗证券公司最近估计，目前中国每生产1美元产值需使用800克原油，日本为130克，两者相差6.15倍。而按标准煤的算法，中国每公斤标准煤能源产生的国内生产总值仅为0.36美元，而日本为5.58美元，世界平均值为1.86美元，也就是说日本是中国的15.5倍。 也就是说，按现行汇率计算，中国单位能源的产出水平大概只相当于日本的110到120。 上述国民经济总量的比较有不合理的地方，因为没有考虑经济结构的差异以及购买力平价因素。但即使用单项技术性指标比较，中日之间的差异仍然是十分明显的。 譬如，在钢铁方面，中国钢铁工业由于设备规模小、铁钢比不同、余能余热资源回收利用低等原因，目前在钢产量同日本大致相同的情况下，比日本多耗能源4000万吨标准煤(戴彦德，2005)。在汽车耗油方面，中国平均每辆汽车的年耗油量几乎是日本的3倍。从机动车燃油经济性水平来看，我国要比日本差20(姜伟新，2005)。 更重要的是两国在节能及开发新能源意识上的差距。中国的电力非常紧张，2004年全国限电省市从2003年的11个扩大到19个。但是，中国社会浪费电的现象却十分严重。在中国政府机构、企业组织的日常工作中，下班关闭电脑主机后不关显示器、不关打印机电源开关的现象非常普遍，仅此一项据估计每年浪费的电能最高可达12亿度以上。而将全国大马拉小车、长明灯、设备空转、产品单耗过大以及电污染都估计在内，中国每年浪费的电能价值可能高达800亿元人民币左右(刘亲民，2004)。 中国是太阳能资源丰富的国家之一。我国有荒漠面积108万平方公里，主要分布在光照资源丰富的西北地区。1平方公里面积可安装100兆瓦光伏阵列，每年可发电1.5亿度；如果开发利用1的荒漠，就可以发出相当于我国2003年全年的耗电量。而目前我国的太阳能利用仍然还在很原始的阶段。比如，作为首都的北京利用太阳能仅是最简单的“烧水”洗澡，而发电和供暖、空调几乎没有，对太阳能的利用接近零。 反观日本，1970年代的石油危机终结了日本高速增长的时代。此后日本政府提倡节省能源，加强新能源开发，放宽能源限制，大力开发新能源，采用太阳能、风能、燃料电池、氢能、超导能等。经过多年的苦心经营，日本成为世界上能源利用效率最高的国家之一，其能源利用效率相当于美国的2.75倍。特别是由于政府对农户利用太阳能实施补贴政策，使得太阳能发电在日本取得了迅速发展。从2000年起，日本太阳能发电量一直位居世界首位，国内设施容量约为64万千瓦，占世界太阳能发电装机容量的一半。日本政府计划到2010年将国内太阳能发电设施容量提高到482万千瓦，较目前增加约7倍。到2030年，日本能源需求对石油的依赖程度将大大降低，石油供应由现在占能源总量的50降到40，而水力、地热等新能源将上升到10。 研究发现，在建设节约型社会方面，中国和日本更深层的差距在战略、体制以及法律政策体系方面。例如，日本很早就醒悟到“经济发展不能以牺牲环境作代价”，因此明确了节能发展型的战略，而中国改革开放的前沿深圳市到2005年才第一次在政府工作报告中将节能而不是GDP增长纳入发展目标，两国相差了整整半个世纪。 日本企业很早就进入到国际能源和资源市场，在铁矿石等许多领域日本处于实际上的控制状态，而中国企业中石油、中海油进入国际石油资源领域的时间都还很短，在许多资源领域中国正处于非常被动的状态。 此外，日本在建立完善的能源、环保方面的法律保障方面，也远远走在我们前面。早在1958年，日本就制定了水质保护法和工厂废物控制法；1962年，制定了防止空气污染的烟尘规则；1967年，通过了环境污染控制基本法；同年日本还颁布公害对策基本法；1974年日本颁布公害健康赔偿法，以后更陆续颁布了一系列环保法规。上个世纪70年代，日本内阁成立了专门的防止和治理污染机构，该内阁因此也被称为“公害内阁”，“公害内阁”通过了废弃物处理法、资源有效利用促进法等14项环境保护法案。进入上世纪90年代以来，日本政府又颁布了环境基本法、节能法、再循环法、循环型社会形成推进基本法以及21世纪议程行动计划等，推动日本社会、经济和环境向可持续方向发展。 相比之下，中国的环境保护立法起步较晚。直至1980年，国务院、国家经委、国家计委批准关于加强国家节约能源的决定，才成为我国能源立法的开始。中国除了在环保立法的时间、细分化上与日本有较大的差距外，在执法的力度上也存在很大的不足。 对资源利用要有忧患意识 日本经过一二十年努力，形成了一个人口与资源、环境与文化相互协调的循环型社会，实现了环境与经济的和谐发展。而在中国，要实现“让人民群众喝上干净的水、呼吸清洁的空气、吃上放心的食物，在良好的环境中生产和生活”，还有很长一段路要走，为此必须出台一系列行之有效的政策法律法规，在制度的保障下，稳步有效地实现可持续发展的目标。 除此之外，还需要唤醒各界的积极参与。而最根本的是，中国国民要像日本国民那样，具有一种基于自身资源不足的深沉的忧患意识以及由此而生的节约意识和效率意识。 最近，有一篇文章谈到中日两国煮鸡蛋的方式不同。日本人煮蛋是用一个长宽高各4厘米的特制容器，放进鸡蛋，加水50毫升，点火后1分钟把水煮开，3分钟后熄火，再利用余热3分钟把鸡蛋煮熟，整个过程耗时7分钟。而中国人煮鸡蛋的惯常做法：首先打开炉具点火，接水250毫升坐锅，放进鸡蛋，3分钟水开，再煮10分钟鸡蛋煮熟灭火。两相比较，前者节水45，节省燃料近23，效率却提高近1倍。 每一个中国国民都要扪心自问：你是否真的关心这个国家的未来前途，真的将中华民族的安危系于一身呢？你是否真的爱这个国家以至愿意在每一个细小的行为上，每一次的消费细节上都自觉地约束自己，以为这个国家的整体，为子孙后代留一些资源呢？而迎头赶上的道路，不妨从建设一个比日本更好的“节约型社会”开始！ (作者为国资委研究中心宏观战略部部长)能源与环境浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹能源与环境人们的生活离不开能源；能源的利用引起了严重的环境污染。工业城市烟囱排放的SO2等易形成酸雨的污染气体、汽车尾气排放的NOx形成毒性很强的光化学烟幕、电厂及核电站引起的“热污染”解决污染问题，除认真治理外，根本的解决办法是大力开发清洁能源如太阳能、氢能等，尽量减少化石能源的使用量。煤的形成浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹煤的形成煤是地球上储量最多的化石燃料，也是最主要的固体燃料。煤由远古时代的植物经过复杂的生物化学、物理化学和地球化学作用转变而成。人们在煤层及其附近发现大保存完好的古代植物化石；在煤层中可以发现炭化了的树干：在煤层顶部岩石中可以发现植物根、茎、叶的遗迹：把煤切成薄片，置显微镜下可以看到植物细胞的残留痕迹。这些现象都说明成煤原始物质是植物。植物残骸堆积埋藏、演变成煤的过程非常复杂。一般认为历经植物一泥炭(腐蚀泥)一褐煤一烟煤一无烟煤几个阶段，这个过程被称为煤化作用。煤形成过程中有三个因素起了重要作用。 细菌：在细菌作用下，残骸的表层部分由于接触空气，经腐解变质，蛋白质和纤维素生成CO2和H2O等气体和液体产物，深埋地下。在缺氧或无氧条件下，厌氧菌将木质素等转变为腐殖酸和沥青等，后者再经多种不同步骤转化为煤。 温度：随着地层的下沉和沉积层的加厚明显升高，使成煤过程的变质作用得以进行。 压力：压力是变质作用的必要条件之一，压力与温度相关联，温度高时，压力也大。随着煤化程度依次增高，形成了泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四种不同形式的煤。它们的形成过程，用化学式可大致表示如下：可见，随着煤转化程度的提高，各类产物中的碳氢比依次增高，而氧含量逐渐减小，因此其热值也依次递增。 一些固体燃料的成分和低发热量 （单位：kJ.Kg1） 燃料 碳 氢 氧和氮 低发热量* 木材 50 6 44 13900-18400 泥炭 60-70 5-6 26-38 8380-10500 褐煤 70-80 5-6 16-27 10500-16700 烟煤 80-90 4-5 6.2-16.7 20900-29300 无烟煤 90-98 1-3 1.2-4.3 20900-25100 *应用基燃料实测值，即包括全部水分和灰分在内，以所有燃料成分的总和作为100% 煤的的化学成分浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹煤的化学成分主要是碳和氢，还含有少量氧、氮、硫。 O煤中氧的存在形式除含氧官能团外，还有醚键和杂环。 S几乎所有煤中都含有硫，即使陕西神木的出口优质煤仍含0.280.45%的硫，南方某些煤藏中含硫量高达10%。这就意味着每燃烧1吨这类煤，将会产生近200kgSO2，SO2是形成酸雨的重要成分。我国大部分地区煤藏中的硫，主要以黄铁矿形式存在，有的煤矿在开采煤炭的同时，也开采黄铁矿。 N煤中的氮主要来源于植物有机体，含量一般在12之间。煤燃烧时，所含的氮几乎全部转变为NO和NO2,通常表示为NOx，统称氮氧化物，是大气污染的重要成分之一。 P我国西南地区的煤以含磷为特点，有的煤矿层中夹有磷矿层，因此所采的煤含有较多杂质磷，燃烧中会产生磷的氧化物，是西南地区酸雨危害严重的原因之一。 灰分燃煤对大气环境危害最大的成分烟尘，主要由煤中的灰分转化而来。煤中的灰分主要是一些不能燃烧的矿物性杂质，含有钙、镁、铁、铅、硅和微量或痕量砷、钡、铍、铅、汞、锌等矿物杂质，也含有放射性元素。 煤的结构模型浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹煤的结构模型为研究煤的化学结构，人们用各种先进的分析方法和手段进行了大量分析测试，在所测结构参数的基础上推演出来煤的化学结构模型。迄今为止煤化学界公认为比较正确和合理的煤化学结构模型如下： 它基本反映了煤化学结构研究的新进展，可以解释煤的热解，加氢、氧化、酸解聚和水解等许多化学反应。煤的主体是三维空间的高分子化合物。煤的组成并非是均一单体的聚合物，而是由许多结构相似的结构单元通过桥键联结而成（图中箭头处为键能较低即不稳定的桥键）。煤的结构单元以缩合芳香环为核心，缩合环的数目随煤化程度的增加而增加，C为70-83%时，平均环数为2；C为83-90%时，平均环数35；C 90%时，环数目急增，C95%时，环数目40。煤中碳元素芳香化程度：烟煤80，无烟煤接近100。 煤的气化浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹煤的气化气态的燃料对民用最为合适，因为它可以实现管道输送，方便且干净。可是自然界的天然气是有限的，且有地区的限制。因此将固体的煤气态化，制成气态燃料就不失为一种好办法。煤的气化是有控制地将氧或含氧化合物（如H2O、CO2等）通入高温煤炭（焦炭层或煤层）发生有机物的部分氧化反应，从而获得含有H2、CO等可燃气体的过程。这些气体可作为气体燃料，也可作为化工原料。根据所用气化剂和所得产物的不同，可燃气体大致可分为：空气煤气、混合煤气、水煤气和半水煤气。各种煤气的组成如下表。煤气的组成（体积百分比）名称 气化剂 组 成（） 热值（kJ/M3） 主要用途 H2COCO2N2CH4O2空气煤气 空气 2.6 10 14.7 72.0 0.5 0.2 38004600 燃料 混合煤气 空气、水蒸汽 13.5 27.5 5.5 52.8 0.5 0.2 50005200 燃料 水煤气 水蒸汽 48.4 38.5 6.0 6.4 0.5 0.2 1000011300 燃料 半水煤气 水蒸汽、空气 40.0 30.7 8.0 14.6 0.5 0.2 88009600 合成氨原料气 煤气的制取是在发生炉中进行的。原料煤从上部加入，气化剂从下部进入，气化剂经灰渣层余热预热后上升至氧化层与炽热焦炭发生氧化反应并放出大量热能。气体继续上升，在还原层被焦炭还原为一氧化碳。CO2(S) + C(S) 2CO(g)(1)气体再向上运动，基本不再发生化学反应，而是对原料煤炭进行干馏和干燥。所以制取煤气的总反应为：2C(S) + O2(g) 2CO(g）(2)气化剂空气中的氮气，在炉中基本未作用，随产物煤气带出发生炉。如果将水蒸气单独送入发生炉，则可得到水煤气，它可用作化工原料气，也可作气体燃料。煤炭与水蒸汽主要发生如下反应:C(S)+H2O(g) CO(g)+H2 (g)(3)C(S)+2H2O(g) CO2(g)+2H2 (g) (4)水煤气中因为可燃的氢气和CO气体含量较高，因而热值也较高，但在使用中应注意到CO气体是一种有毒性的气体。除了成为气体燃料，煤的气化也为一碳化学提供了可能。煤的干馏浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹煤的干馏煤的干馏就是将煤置于隔绝空气的密闭炼焦炉内加热，随着温度的升高，煤中有机物逐渐分解，得到气态的焦炉气、液态的煤焦油和固态的焦炭，挥发性的产物中有许多重要化学品并获得重要应用。按照最终温度的不同，干馏方法有低温干馏（500600）、中温干馏（750800）和高温干馏（10001100）之分。低温干馏主要用褐煤和部分烟煤，也可用泥炭，低温干馏所得焦炭的数量和质量都较差，但焦油产率较高，其中所合轻油部分，经过加氢可以制成汽油，所以在汽油不足的地方，可采用低温干馏。在第二次世界大战中，德国由于石油短缺，从煤炼制厂中炼制了58.5万吨燃料烃。这就充分说明了煤的转化法的重要性；中温法的主要产品是城市煤气；高温干馏主要用烟煤，因此干馏使煤粉和劣质煤得到了合理利用，创造了可贵的经济效益。工业上应用最广、产品最多的是高温干馏 。高温法的主要产品则是焦炭。 焦炭的主要用途是炼铁，少量用作化工原料制造电石、电极等。 低温干馏和高温干馏产品收率低温干馏高温干馏使用原料褐煤为主，部分烟煤烟煤为主产品收率焦炭(） 粗苯(）焦油(） 煤气(m3/t） (NH4)2SO4(kg/t)708061215025045 701.1-1.44-5300-3308-10焦油组成萘 酚 沥青 17.410-15671.5-250左右焦油性质（一般倾向）含较多侧链的复杂物综合芳香化合物较多 CO2 CxHy煤气组成 O2(体积) COH2 CH4N24-53-40.5左右4-530左右50左右2-33-42-30.5左右7-840-5025-307-8煤气热值 /kJ.m-329300左右12000左右焦炭主要用于冶金工业，其中又以炼铁为主，它在生铁成本中约占1312，焦炭还可应用于化工生产，例如，以焦炭与水蒸汽和空气作用制成半水煤气，制造合成氨，还可与石灰石高温反应制取电石，少量焦炭以沥青配合制造碳精电极等。焦油约占焦化产品的4左右（低温干馏得612）是黑色粘稠的油状流体，成分十分复杂，目前已验明的约500多种，其中有苯、酚、萘、蒽、菲等含芳香环的化合物和吡啶、喹啉、噻吩等含杂环的化合物，它们是医药、农药、染料、炸药、助剂、合成材料等工业的重要原料。焦炉气约占焦化产品的20，其中的H2、CH4、CO等可燃气体热值高，燃烧方便，多用作冶金工业燃料或城市煤气，与直接燃煤相比，环境效益极高。H2、CH4、C2H4等还可用于合成氨、甲醇、塑料合成纤维等。 总之，煤经过焦化加工，使其中各成分都能得到有救利用，而且用煤气作燃料要比直接烧煤干净得多。 煤的液化浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹煤的液化煤炭液化油也叫人造石油，煤和石油都是主要由C、H、O这三种元素构成，但煤的平均分子量大于石油，且H元素含量较低，煤的液化主要指的是使煤的大分子变小，并通过催化加氢而液化，其主要任务是将煤中的H/C比调整至适当的数值。煤加氢液化一般在450480加压下分段进行的。先是少数最活泼的键发生较快的热断裂，产生较大的有机碎片。然后是比较牢固的键断裂，产生较小的碎片。共价键的热断裂产生数量不等的自由基，它们可通过加氢而稳定化。氢的来源可以是氢气或能提供氢原子的溶剂（称为供氢溶剂）。这是一个十分缓慢的反应过程，反应的结果是使产物由沥青类转化为油类，为提高油类的产率，需要更苛刻的条件（较高的温度和压强，较长的停留时间），其间可能发生的反应包括加氢、脱水、杂环开环失杂原子和桥结构的断裂。因此，是一难以进行、费用较高的过程。在煤加氢的转化过程中，催化剂扮演了重要角色。钴、钌、钯、铂、铑等过渡金属配合物都是煤和煤衍生液体的催化剂。使用催化剂的一个问题就是从产品混合物中将催化剂回收。目前最常用的催化剂是载在多孔氧化铝表面上用硫化物处理过的钼酸钴,对于煤裂解的各种产物的加氢非常有效，并且在含有杂原子的煤衍生液体中寿命相当长。 一些燃料的H/C比值燃料H/C原子比燃料H/C原子比甲烷4.0石油原油1.8天然气3.5褐煤0.7丁烷2.5中挥发分烟煤0.7汽油1.9无烟煤0.3煤的综合利用浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹煤的综合利用我国是世界上采煤和用煤最多的国家之一。近年来在煤的综合利用方面做了大量工作，取得很大成绩。在今后相当长的时间内，煤的综合利用还有待向纵深发展。通常煤作为一次能源直接燃烧利用。世界总发电量的47来自燃煤的火力发电。我国的煤炭在一次能源消费中的比重始终维持在70上下。它给人类带来温暖和光明。但燃煤对大气环境的污染是不容忽视的。世界各国正致力于煤炭转化技术的开发利用，期望通过把煤炭转化为洁净的二次能源（流体燃料）减轻对大气环境的破坏；也需要以煤为原料为人们的生产和生活提供更多化工产品和制品。包括煤的焦化、加氢、液化、气化、氧化以及用煤制造电石以获取更多的乙炔，去制造各种化工原料。煤经气化制合成气（CO和H2），再由CO（即C1化学）可制造多种化学品。煤液化制取苯等芳香烃已日益引起人们的关注。煤炭综合利用的系统图如图所示：综上所述，煤既是能源，也是重要的化工原料。我国是世界上最大的耗煤国家，但70的煤都是直接燃烧掉，既浪费资源，也污染环境。积极开展煤的综合利用是十分重要的方针。石油与天然气浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹石油与天然气石油最初被人类用于照明，从1782年瑞士人发明石油照明设备到1853年全球完善使用，石油始终被用于照明。然而，石油对人类的真正魅力所在，是它所蕴含的能源。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。石油和天然气既是优良的燃料，也是重要的化工原料。它们同煤一样，是由植物和低等生物残骸在地下经过复杂的物理化学变化而形成(3.1)的。石油的开采也成为人们越来越重视的问题。石油是含多种碳氢化合物的混合物，包括烷烃、环烷烃、芳香烃和烯烃。利用各组分沸点的不同，可通过分馏、精馏将不同的组分分组分离提纯。其中的低沸点成分，即含碳原子数很少的烃类，如乙烯、丙烯、丁烯、低碳烷等都是很有价值的基本化工原料，可用于制造合成纤维、合成橡胶、塑料、树脂等许多方面。因此，若把石油直接作为燃料燃烧掉是十分可惜的。通常是通过炼制(3.2)，对炼制后的成分进行分离提纯，以适合化学工业基本原料的需要。天然气主要成分是甲烷，但也含有少量乙烷及其它碳氢化合物，经分离也可作为化工基本原料。这种以石油和天然气为原料生产化学品的领域，称为石油化工(3.3)。石油化工现已成为化学工业的重要分支，在国民经济中占有举足轻重的地位。石油和天然气的形成和成分浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹石油和天然气的形成和成分 根据地质学推论，石油在地球上的历史可追溯到200万到52000万年之前，而人类仅诞生了50到100万年。石油与天然气的成因和形成历史相同，二者可能是同时生成的。它们都是通过钻探到储油层或储气层的井开采出来。往往在一个储层中同时含有石油和天然气，但有时天然气转移到另一个地方造成油气分家。未经处理的石油叫原油，原油及其加工所得的液体产品总称为石油，石油是碳氢化合物的混合物，含有一至五十个以上碳原子的化合物，其碳和氢分别占8487和1214，主要成分为烷烃、环烷烃和芳香烃。石油中的固态烃类称为蜡。 石油的分子结构 天然气的分子结构除纯烃类成分之外，原油中还有氮、氧、硫等有机杂环化合物。按照所含烃类比例的不同，石油可分为石蜡基原油、环烃基原油和中间基原油。原油中硫含量变动范围很大。按含硫量多少，原油可分为低硫原油（含硫01）、含硫原油和高硫原油（含硫达37）。石油中的氮含量远比硫少，约为00.8%，以杂环系统的衍生物的形式存在。石油中还含有微量的V、Ni、Fe、Al、Ca、Na、Mg、Co、Cu等金属元素。主要以羧酸盐或卟啉螯合物形式存在。 天然气主要成分是甲烷，但也含有相对分子质量较大的烷烃，如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等。碳原子数n5的组分在地下高温条件下以气态开采出来，但在标准状态下是液体。丙烷和丁烷常态下为气体， 但稍微加压即可液化。天然气中各组分通常随相对分子质量的增大而含量递减，其中还含N2、H2、SO2和H2S等，有时还有稀有气体氦、氩等石油经过分馏和裂化等加工过程后可得到石油气、汽油、煤油、柴油、润滑油等一系列的产品。与外国石油相比，我国大部分石油具有以下特点：轻质油收率较低；原油中烷烃多，其中正烷烃含量高；渣油中沥青质少，含硫量低，但含氮量偏高，钒含量很低，镍含量中等石油的炼制浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹石油的炼制 石油成分十分复杂，在石油炼厂中，原油经分馏，分离加工成汽油、煤油、柴油等燃料油，以及润滑油、石蜡、沥青、渣油等重油。重油可通过裂化生产出轻质油；燃料油中的环烷烃还可通过催化重整转化为辛烷值较高的芳香烃；汽油、柴油等轻质油中的杂环化合物可通过加氢精制生成硫化氢、氨、水等，使油品中仅含碳氢化合物，从而提高油的质量。二次加工生产的各种气体可经过三次加工以生产高辛烷值汽油组分和各种化学品。这样，原油经过一系列石油炼制和产品精制过程，人们获得了各种各样的半成品或组分。若干种半成品或组分再按用途和质量要求调配（有时还要中入相应添加剂）得到品种繁多的石油产品。这些产品按主要用途可分为两大类：一类为燃料，如液化石油气、汽油、喷气燃料、煤油、柴油等燃料油；另一类作为原料，如润滑油和石油化工原料等。石油化工浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹石油化工 20世纪20年代，随着石油炼制工业的发展，石油化工迅速发展，使大量化学品的生产从传统的以煤和农林产品为原料，转变为以石油和天然气为原料的基础上来。石油化工从各种石油馏分、炼厂气、天然气、油田气出发制得甲烷、乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、二甲苯等基本化工原料作为庞大有机化学工业的基础，生产出一系列中间体、塑料、合成纤维、合成橡胶、合成洗涤剂、溶剂、涂料、粘合剂、农药、染料、医药等与国计民生密切相关的产品。石油化工生产，一般与石油炼制或天然气加工相结合，相互提供原料、副产品和半成品，以提高经济效益。因此，石油化工往往与石油炼制工业或天然气加工工业，联合建立生产经营综合体，成为现代石油和化学工业发展的重要特征之一。一些基本的化工原料的用途如下：1以甲烷为原料可以制备氰化氢、氯甲烷、乙炔及合成气（氢与氧化碳的混合物）等。2以乙烯为原料经聚合、取代或加成三条路线可合成出品种繁多的化学品，其中一半以上聚合成聚乙烯。另外还可制得聚氯乙烯及聚苯乙烯，它们都是重要的塑料产品，其应用范围十分广阔。乙烯在酸化的PdCl2-CuCl2溶液催化下被氧气氧化为乙醛，进一步氧化可得乙酸和乙酸酐。3丙烯的主要来源是石油馏分催化裂解的副产物。以丙烯为原料制得聚丙烯，这是一类用途十分广泛的塑料，也可加工成纤维丙纶。丙烯直接催化氧化得丙烯醛，进而得丙烯酸，丙烯酸的酯类是制造涂料和粘合剂的重要原料。丙烯在氨存在下催化氧化得丙烯腈，丙烯腈与丁二烯的共聚物是产量很大的一类合成橡胶丁腈橡胶，它比天然橡胶有更好的耐溶性，耐老化性和低温性能。聚丙烯腈可拉成性能类似羊毛但不会被虫蛀的合成纤维，商品名为腈纶。聚丙烯腈纤维经绝氧脱氢脱氮，再高温石墨化即得质量轻、强度高的高技术产品碳纤维。它在2000以上绝氧条件下仍保持极高的强度性能，碳纤维复合材料已在航天航空等高科技领域及生活用品等领域广泛应用。丙烯腈二聚物还原得已二胺可用于合成尼龙66。4以C4馏分为原料丁二烯是最重要的C4馏分，其最重要的用途是合成橡胶。丁二烯总量的一半用于与苯乙烯合成丁苯橡胶；丁二烯均聚生成的聚丁橡胶可与天然橡胶及其他合成橡胶混用；丁二烯气相氯化的产物脱除氯化氢得氯丁二烯，它是氯丁橡胶的单体。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚所得ABS塑料广泛用于家用电器、机械仪表产品。丁二烯在甲醇存在下羰基化可用于制造已二酸，它是生产尼龙的原料。5石油中相当于汽油的馏分催化重整得苯甲苯二甲苯混合物，是苯的重要来源。苯的最大用途是与乙烯反应制乙苯，由乙苯过氧化氢可制环氧丙烷和苯乙烯，还可与丙烯反应制异丙苯，再转化为苯酚和丙酮。苯的第三大用途是制环乙烷，它是合成尼龙的原料。苯酚最主要的用途是制造苯酚甲醛树脂和己内酰胺，苯酚与丙酮缩合得双酚A,再与环氧氯丙烷反应得环氧树脂。双酚A与碳酸二苯酯或光气反应得聚碳酸酯高性能工程塑料。苯与混合酸作用得硝基苯，经还原生成苯胺，苯胺是染料化工的基石，现广泛用作橡胶化工产品的中间体。邻二甲苯氧化得邻苯二甲酸酐简称苯酐，苯酐产量的一半用于制造增塑剂，其余用于制造醇酸树脂和不饱和聚酯。化学电源浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹化学电源理论上说，任何氧化还原（动画示意）反应都可用作化学电源。但在制造时，必须考虑电池(4.1)的能量转化关系、电压、放电容量、寿命、操作情况、价格等因素。已研究成功实际应用的化学电源种类还不多。常见的有原电池(4.2)、蓄电池(4.3)、贮备电池(4.4)、燃料电池(4.5)等等。人们最熟悉的原电池有锌锰干电池及锂原电池等，它们只能将化学能转化为电能，因此又叫一次电池。蓄电池则不同，当放电到一定程度时，可以利用外电源进行充电，使电池恢复原状，继续供电。这样放电、充电可以循环几百次。贮备电池是一类特殊的原电池，其电极活性物质与电解质分开存放，使用时要使电解液进入电池或固态电解质溶解或熔融即电池被“激活”而放电一次性使用。燃料电池是一种新型电池，它通过燃烧使化学能直接转化为电能。该装置的能量利用率很高，应用前景很广阔，但制造成本很高，可靠性也待研究电池概述浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹电池概述 什么是化学电源电能是现代社会生活的必需品，电能是最重要的二次能源。大部分的煤和石油制品作为次能源用于发电。煤或油在燃烧过程中释放能量，加热蒸汽，推动电机发电。煤(或油)燃烧过程就是它和氧气发生化学变化的过程、所以“燃煤发电”实质是化学能一机械能一电能的转化过程，这种过程通常要靠火力发电厂的汽轮机和发电机来完成。另外一种把化学能直接转化为电能的装量，统称化学电池或化学电源。如收音机、手电简、照相机上用的干电池，汽车发动机用的蓄电池，钟表上用的钮扣电池等都是小巧玲或携带方便的日常用品。那么哪些化学体系可以设计成为实用的电池呢？ 化学电源与氧化还原反应化学电池都与氧化还原反应有关。在18世纪末，人们把与氧化合的反应称为氧化反应，而把从氧化物中夺取氧的反应称为还原反应。到19世纪中叶，有了化合价的概念、人们把化合价升高的过程叫氧化，把化合价降低的过程叫还原。20世纪初建立了化合价的电子理论，人们把失电子的过程叫氧化，得电子的过程叫还原。（动画示意1、动画示意2）例如