能源化工概论-教案1-2

能源化工概论,第一章绪论,主要内容,能源及其分类能源利用史能源的作用能源储量及消费能源化学能源与环境能源发展趋势,2,能量的定义,“产生某种效果（变化）的能力”做功能力的一种度量,5能源化学,能够直接或者经转换而获取某种形式能量的载能体和自然资源。,能源的定义,能量,能源,含能体(如煤炭、天然气等)能量过程(如风、潮汐)。,机械能热能电能辐射能化学能核能,六种能量形式,5能源化学,动能：物体运动的能量位能：物体因位置而具有的能量,一种与温度有关的能量形态,以电流电压呈现的能量,以电磁波方式呈现的能量,食物、化石燃料等物质储存的能量,粒子相互作用而释放出的能量,自然界的一切物质都具有能量；能量既不能创造，也不能消灭，而只能从一种形式转换成另一种形式，从一个物体传递到另一个物体；在能量转换与传递过程中，能量的总量恒定不变,能量守恒与转换定律：热力学第一定律,5能源化学,能量相互转换,能量守恒与转换定律,JamesJoule(18181889),能量守恒与转换定律,热力学第一定律：能量守恒系统的内能=系统吸收的热量+对系统做功,任何处于平衡态的热力学系统都有一个状态参数U（内能）。系统从一个平衡态变化到另一个平衡态时，内能等于系统吸收的热量和系统对外做功之和。,能量贬值原理,能量不仅有量的多少，还有质的高低。热力学第一定律只说明了能量在量上要守恒，并没有说明能量在“质”方面的高低。自然界进行的能量转换过程是有方向性的。不需要外界帮助就能自动进行的过程称为自发过程，反之为非自发过程。自发过程都有一定的方向。,水总是从高处向低处流动,气体总是从高压向低压膨胀,热量总是从高温物体向低温物体传递,热力学第二定律,克劳修斯说法：“不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。”开尔文说法：“不可能从单一热源吸取热量使之完全转变成功而不产生其它影响。”,能量贬值原理,12,能量贬值原理：热力学第二定律,一个封闭系统中的任何自发性变化，都必然朝着能量贬值（熵增）的方向发展，而最后的平衡状态，则对应于熵的最大可能值。,5能源化学,5能源化学,5能源化学,思考：氢氧化钠在水中溶解，温度升高；硝酸铵在水中溶解，温度要降低。这两种物质在溶解过程中，能量的形式各发生了怎样的转化？,氢氧化钠在水中溶解：化学能热能,硝酸铵在水中溶解：热能化学能,水电站发电,重力势能,动能,电能,5能源化学,能量储存,机械能以动能、势能形式储存。热能以潜热、显热形式储存。电能感应场能或静电场能。化学能、核能自身即为储能形式。,机械能的储存,以动能形式储存（1）飞轮以势能形式储存（1）弹簧、扭力杆和重力装置（2）压缩空气储能（3）抽水蓄能电站：纯抽水蓄能电站，混合式抽水蓄能电站,飞轮动能储存系统,SatCon飞轮能量储存系统可以提供常规铅酸蓄电池50倍的能量储存容量,NASA开发的飞轮能量储存技术,液态空气能量储存系统,电能的储存,蓄电池发展方向：廉价、高效、能大规模储能。静电场和感应电场（1）电容器在直流电路中广泛用作储能装置，在交流电路中则用于提高电力系统或负荷的功率因数，调整电压；（2）高电压技术、高能核物理、激光技术、地震勘探等方面采用的直流高压电容器；（3）超导磁铁蓄能。,蓄电池作为电能储存系统,超级电容器,燃料电池储能,超导磁能量储存,化学能储存,一种高能量密度的储存方法；利用某些物质在可逆化学反应中的吸热和放热过程来达到热能的储存和提取;技术上困难，目前尚难实际应用。,热能的储存,显热储存潜热储存化学储存地下含水层储存,6能源与环境,全球环境恶化主要表现在大气和江海污染加剧、大面积土地退化、森林面积急剧减少、淡水资源日益短缺、大气层臭氧空洞扩大、生物多样性受到威胁等多方面，同时温室气体的过量排放导致全球气候变暖，使自然灾害发生的频率和强度大幅增加。,大气环境的三大问题,20世纪80年代中期，在南极上空发现了臭氧空洞，它与地球变暖及所谓的温室效应和酸雨沉降问题构成全球性的大气环境问题。,臭氧层的空洞,2006年发现的臭氧空洞是有史以来观测到的最大一次，达到2950万km2的面积。,历年的南极臭氧,臭氧层的作用,地球上的生物能在陆地上生活，是因为集中在平流层中的臭氧对于阳光中的紫外线具有隔除的作用，如果没有臭氧层，进入大气层的紫外线就很容易被细胞核吸收，破坏生物的遗传物质DNA，陆地上的生物便无法存在了。而这个臭氧层目前正受到人类持续不断的破坏。,据科学研究，臭氧减少10%，紫外线可能增加20%，皮肤癌患者可能增加30%，此外还会产生下列几种现象:(1)白内障罹患率增加；(2)免疫系统受到抑制；(3)谷物的收成减少，品质降低，植物和浮游生物减少，破坏自然界的生物链；(4)塑料、橡胶制品加速老化；(5)紫外线直射会引起对流层臭氧的增加，致使产生光化学烟雾，造成空气污染。,臭氧层破坏的后果,臭氧层空洞的产生,氯氟烃释放到大气中，再上升到高空时，会分解出氯原子。自由的氯原子遇上臭氧分子后，会夺走氧分子O3中的一个氧原子，使之变成为普通的氧分子O2。每一个氯原子可以把上万个臭氧分子变成普通氧分子。实验数据显示，平均每一个氯原子可以消灭1万个臭氧分子，其威力惊人。,臭氧层的保护,WMO和联合国环境规划署同时指出，到2049年，欧洲、南北美洲、亚洲、澳大利亚和非洲的臭氧层将恢复到1980年以前的水平。而南极的臭氧层要到2065年才能恢复到这一水平。,目前，最早使用CFCs的24个发达国家已于1985年和1987年分别签署了限制使用CFCs的维也纳公约和蒙特利尔议定书。1993年2月，中国政府批准了中国消耗臭氧层物质逐步淘汰方案，确定在2010年完全淘汰消耗臭氧层物质。,温室效应-大气层的作用,太阳射向地球的光约1/3被云层、冰粒和空气分子反射回去；约30穿过大气层时暂时被大气吸收起到增温作用，但以后又返回到太空；其余的大约37则被地球表面吸收。这些被吸收的太阳辐射能大部分在晚间又重新反射到太空。,如果这部分热量遇到了阻碍，不能全部被反射出去，地球表面的温度就会升高。,温室效应,CO2不吸收短波，只吸收长波，于是，地球表面吸收的太阳辐射就散不出去，从而使地表温度升高，地球变暖。像CO2这类会使地球变暖的气体就称为温室气体，温室气体还包括水蒸气、N2O、SF6、甲烷、氟利昂等。,温室效应-温室气体,温室效应的后果,海平面上升与陆地淹没气候带的移动飓风的加剧植被的迁徙与物种灭绝洋流的变化与厄尔尼诺现象雨型的改变,温室气体的来源,解决温室效应的对策,提高能源的利用率，减少化石燃料的消耗量，大力推广节能新技术；开发不产生CO2的新能源，如核能、太阳能、地热能、海洋能；推广植树绿化，限制森林砍伐，制止对热带森林的破坏；减慢世界人口增长速度，在农村发展“能源农场”，一方面利用种植薪柴树木通过光合作用固定CO2，另一方面燃烧薪柴比燃用化石燃料产生的CO2要少得多；采用天然气等低含碳燃料，大力发展氢能。,酸雨及其形成,被大气中存在的酸性气体污染,pH小于5.65的雨叫酸雨。高硫煤和石油燃烧产生的SO2和NOx是造成酸雨的主要祸首。,酸雨污染来源,1.一类为自然物质，另一类为人为物质。前者如火山爆发喷出的大量硫化物及悬浮固体物，自然水域表面释放的硫化氢，动植物分解产生的有机酸，土壤微生物及海藻释放的硫化氢、二甲基硫及氮化物等，都会使雨水的pH降至5.0左右,2.后者则为工业化后，燃料的大量使用，燃烧过程中产生CO、HCl、SO2、NOx及悬浮固体物，排放至大气环境中，经光化学反应生成硫酸、硝酸等酸性物质使得雨水的pH降低，形成酸雨。,造成雨水酸化之污染物很多，其污染来源大致可分为两类：,酸雨的危害,导致森林成片死亡，因为酸雨会损坏植物叶面和根部。使湖泊酸化，湖中鱼虾绝迹。破坏农田的土壤成分，使农作物减产甚至死亡。造成地下水酸化，引起对人体的危害。腐蚀建筑物和工业设备，造成重大的经济损失。对露天文物起腐蚀作用，加速文物资源的破坏甚至毁灭。,酸雨对建筑物的破坏,酸雨控制对策,制订酸雨和SO2污染控制区综合防治规划。限制高硫煤，洗煤，型煤。调整能源结构，削减SO2排放总量。做好SO2排污收费工作，运用经济手段促进治理。强化控制区环境监督管理。,7能源发展趋势,世界性的能源问题主要反映在能源短缺及供需矛盾所造成的能源危机。世界能源面临的另一问题是，随着经济的发展和生活水平的提高，人们对环境质量的要求也越来越高，相应的环保标准和环保法规也越来越严格。,中国能源问题,1人均能源资源紧缺2需求量大，油气供需缺口大3能耗强度高，利用效率低。4能源结构不佳，污染严重。,解决我国能源问题应采取的措施,提高能源利用率；努力改善能源结构；加速实施洁净煤技术；合理利用石油和天然气；加快电力发展速度；积极开发利用新能源；建立合理的