第二讲能源资源与煤化工

1,第2章能源资源与煤化工,2.1能源的需求与来源2.2煤化工2.3作业题,2,能源分为：1、一次能源：直接从自然界获得利用的热能和动力。如：石油、煤、天然气、水能及核能。2、二次能源：指从一次能源经过各种化工过程加工制得的使用价值更高的燃料。如：(1)由石油炼制得到的汽油、煤油、柴油、重油等；(2)由煤加工得到的煤气、人造汽油等；,作业,3,附表：2001年世界一次能源消费,作业,4,2.1能源的需求与来源,2.1.1能源的需求1、世界能源消耗1985年统计世界能源的消耗为10.59Gt标准煤。其中：石油37.9%；煤30.7%；天然气20.1%；水电6.7%；核能4.6%。,作业,5,附表：1986年以来中国经济、能源及石油消费年均增长率,作业,6,附表：1998年一些国家人均石油消费量,作业,7,附表：1990-2000年世界石油消费量,作业,8,附表：1999年世界能源消费量地区分布,作业,9,附表：世界主要石油消费国的石油消费量,作业,10,附表：1990-2020年世界主要国家石油消费预测,作业,11,2、能源结构变化1950-1984年：煤由60%降为30%；石油由25%增为45%，后又降为37%。世界上主要能源是石油、天然气，其次是煤和核能。中国能源储备比较丰富，但消费水平比较低。1985年统计一次能源消费764Mt标准煤，其中煤75.9%、石油17.1%、水电4.8%、天然气2.2%。人均能源消耗约为0.6吨标准煤，是世界的四分之一，是美国的13分之一。,作业,12,附表：我国能源消费结构比例,作业,13,附表：美国对一次能源的需求,作业,14,附表：世界一次能源消费构成,作业,15,2.1.2能源的来源,表2-1：世界能源产量,作业,16,1、石油目前全世界每年消耗石油3Gt，85%以上作为能源。分布情况：中东56.7%；西半球11.7%；非洲9.2%；亚太地区3.1%。表2-2：主要产油国的石油储量,作业,17,附表：1981-2001年底世界主要国家探明石油储量情况,作业,18,附表：1990-2000世界石油产量,作业,19,附表：世界石油资源分布(1999),作业,20,附表：2000-2025年世界石油资源,作业,21,附表：截至2000年日本海外石油勘探现状,作业,22,附表：世界石油生产与消费地区分布,作业,23,附表：世界石油探明储量,作业,24,附表：世界主要产油国的石油资源储量、储采比,作业,25,附表：主要工业国石油储备情况(1995年四季度),作业,26,附表：世界一些国家石油储备情况,作业,27,1984年中国原油产量114.53Mt，居世界第六位。1987年原油加工能力超过110Mt，原油消耗量为90Mt。,附表：1991年以来中国原油供需情况,作业,28,附表：1995-2000年中国原油进口及来源,作业,29,附表：1995-2000年中国原油进口来源和出口去向(万吨),作业,30,作业,31,作业,32,附表：2000年中国石油进出口量(万吨),作业,33,附表：按目前需求模式今后20年中国石油进口态式,作业,34,附表：近年我国油品进口情况,作业,35,附表：世界主要国家和地区石油消费量,作业,36,2、天然气1983年世界天然气储量901012m3，主要分布：(1)前苏联35%；(2)中东29%；(3)北非8%；(4)美国7%；(5)西欧6%1983年世界天然气产量为1.561012m3，1980年中国探明天然气储量7.2861011m3，占世界的1%。国内主要分布在四川、大庆、河南、华北、辽河、胜利油田及沿海大陆架。1987年中国天然气消耗量为13.5109m3。,作业,37,附表：1981年底一2001年底探明天然气储量变化情况,作业,38,附表：1999年世界石油、天然气和煤炭储量地区分布,作业,39,附表：北美地区地下储气库统计,作业,40,附表：世界排名前50位的地下储气库公司,作业,41,附表：世界石油、天然气和煤炭储量前10名国家,作业,42,附表：世界石油、天然气和煤炭产量前10名国家,作业,43,附表：西欧地下储气库统计,作业,44,3、煤世界1984年可采储量771Gt，产量为4.1Gt，1984年中国探明储量760Gt，可采储量99.5Gt，产量789Mt。主要分布：华北、山西和内蒙古。4、核燃料核能是今后解决能源问题的唯一途径。世界探明铀的储量为4Mt，已证实的有2.2Mt；钍的储量为2.2Mt。每千克铀或钍相当于58.6MJ的能量，1988年，世界已有429个核电站，总装机容量为310GW，占世界发电量的17%。,作业,45,2.1.3能源供应展望,表2-3：能源储量及消耗量,新能源：太阳能、风能、地热能、潮汐能、海洋能和生物能等燃料电池：氢燃料电池、甲醇、甲酸、固体氧化物燃料电池新型汽车燃料：燃料酒精和燃料甲醇、生物柴油,作业,46,2.2煤化工,1、煤的品种：(1)泥煤：水份80%，色褐黑；(2)褐煤：含水30-40%，色褐黄，似泥土状，易燃，热值小；(3)烟煤：深褐色，燃烧时有浓烟；(4)无烟煤：不易燃，热值高。,作业,47,图2-1：煤的主要结构图,作业,48,附表：煤的主要元素组成,作业,49,附图：煤的加工途径,作业,50,2、由煤制化工产品的方法(1)煤的气化：CO、H2(2)煤的液化：液体燃料(3)煤的焦化：焦碳、芳烃、焦炉气(4)煤的氧化：腐植酸(5)煤制取电石：电石乙炔,作业,51,2.2.1煤的气化,煤的气化：煤、焦或半焦在高温高压条件下，与气化剂反应转化为CO、H2等可燃性气体的过程，称为煤的气化。气化剂的类型：(1)水蒸汽；(2)空气或氧气煤气化的用途：(1)工业窑炉用气或城市煤气(2)合成氨(3)合成甲醇(4)合成液体燃料,作业,52,2.2.2煤的液化,煤的液化：煤经过化学加工转化为液体燃料的方法，称为煤的液化。煤的液化方法：1、直接液化：煤经过高温高压直接转化为液体产品的过程。主要的化学反应有：(1)煤的热裂解反应；(2)煤的加氢裂解反应，大分子小分子，分子量降低,作业,53,已开发的直接液化方法：,(1)柏吉斯法将煤与溶剂(重油)制成浆液，注入反应器内进行高压加氢，反应物经分离得到轻油和中间馏分油。(2)埃克森供氢溶剂法(EDS法)1976年开发，此法是借助于供氢溶剂的作用，在一定温度压力下煤加氢液化成液体燃料。加工过程主要有：原料混合、加氢液化和产物分离。,作业,54,(3)溶剂精炼煤法(SRC法)60年代开发，将煤与溶剂混合送入反应器进行加氢液化，在高温高压下，煤裂解成小分子。(4)氢煤法1973年开发，高温高压条件下，在催化剂存在下，使煤在氢压下变为小分子的烃类燃料，反应器用流化床。2、间接液化(费托法)1923年开发成功。煤先气化生成合成气CO和H2.主要的化学反应：(2n+1)H2+nCOCnH2n+2+nH2O2nH2+nCOCnH2n+nH2O2nH2+nCOCnH2n+1OH+(n-1)H2O,作业,55,图2-2：煤间接液化工艺流程,作业,56,工艺流程包括：(1)煤气化；(2)气体净化；(3)合成产品；(4)产品分离,作业,57,2.2.3煤的干馏（焦化）,焦化：将煤隔绝空气加热，升高温度，煤中的有机化合物分解，制得煤气、焦油和焦炭的过程。根据焦化的终点温度可分为三种形式：(1)高温干馏：900-1100主要产物：焦炉煤气15-19%；焦油3-4.5%；冶金用焦炭70-78%；氨0.25-0.35%；粗苯0.8-1.4%(2)中温干馏：700-900(3)低温干馏：500-600主要产物：每吨煤可产生焦炉煤气80-100m3，煤焦油8-25%，焦炭50-70%,作业,58,附表：烟煤低温干馏煤焦油的组成,作业,59,附表：煤焦油精馏后的组分,作业,60,附表：焦炉气组成,作业,61,附表：粗苯的组成,作业,62,1、煤的干馏过程(热解过程)煤干馏过程：(1)100时蒸发水分(2)200以上煤开始分解，放出CO、CH4(3)350煤开始软化，形成粘稠的胶质体(4)400-500放出煤气和析出焦油，称作一次热分解产物(5)450-550形成半焦(6)550以上析出余下的氢气，半焦收缩(7)800以上形成多孔焦炭(8)一次产物遇高温发生二次分解，形成二次分解产物,作业,63,2、煤热解的影响因素(1)煤的质量泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤(2)升温速率由于煤热解过程主要包括裂解和缩聚两类反应，反应的前期主要是裂解反应，后期主要发生缩聚反应，降低一次热解产物的收率，所以煤热解升温速率应控制在每分钟3。3、煤高温干馏产物产物：煤气、焦油、氨、粗苯和焦炭,作业,64,图2-3：炼焦化学产品回收流程,作业,65,化学产品回收流程包括三部分：,(1)煤气与焦油的分离；(2)氨吸收；(3)粗苯分离产物分配(1吨煤)：焦炭0.7-0.8吨；焦炉煤气300-350m3；炼焦化学品0.03-0.06吨。,作业,66,(1)煤气组成H254-59%；CH423-28%；CO5.5-7.0%；CnHm2-3%煤气的热值：标准状况下每立方米煤气热值为17.59-18.42MJ(2)焦炭收率为70-80%(3)煤焦油煤焦油为黑色粘稠液体，密度为1.05-1.25煤焦油中各组分的收率分别为(1吨煤)：煤焦油25-45kg；粗苯7-14kg；氨2.5-4.5kg,作业,67,表2-4：煤焦油中的主要化合物,作业,68,表2-5：高温煤焦油各馏分含量,苊：C12H10、芴：C13H10、茚：C9H8、菲：C14H104、焦炉,作业,69,图2-4：焦炉的结构,作业,70,炉体分为：炭化室；燃烧室；蓄热室目前成炭时间为13-18小时，温度可达1100。,2.2.4煤氧化制取腐植酸,产物：高分子羟基芳香酸的混合物。用途：农业、工业、医药业,作业,71,2.2.5电石乙炔,工业电石的主要成分是碳化钙，并含有多种化合物，工业电石是由生石灰与无烟煤在电炉内于2200下反应制得：CaO+3CCaC2+CO+48