能源与石油工业概述

第1节能量与能源第2节天然气、煤层气与天然气水合物第3节水能与水电站第4节二次能源第5节煤炭与煤炭工业第6节石油第7节石油产品的质量要求第8节石油工业及其发展,能源与石油工业概述（1）,第1节能量与能源,一、能量二、能源的分类与评价三、能源与人类文明四、能源与环境,一、能量能量的形式能量的转换能量的传递,1.能量的形式,机械能热能电能辐射能化学能核能,（1）机械能,与物体机械运动相关的能量称为动能与物体空间状态的能量称为势能。,（2）热能,物质的微观分子运动的动能和势能总和称为热能。热能的宏观表现是温度的高低，它反映了分子运动的激烈程度。,（3）电能,电子流动与积累的一种能量。电池：由化学能电能；发电机：由机械能电能；电能电动机机械能，做电功。,（4）辐射能,辐射能是物体以电磁波形式发射的能量。,（5）化学能,化学能是物质的一种结构能，即原子核外进行化学变化时放出的能量。按化学热力学定义，物质在化学反应过程中以热能形式释放的内能称为化学能。,（6）核能,核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。轻质量的原子核（氘dao、氚等）和重质量的原子核（铀等）核子之间的结合力比中等质量原子核的结合力小，这两类原子核在一定的条件下可以通过核聚变和核裂变转变为在自然界更稳定的中等质量原子核，同时释放出巨大的结合能。这种结合能就是核能。日本福岛核电站事故引发的思考？（核电站的安全性评价？是否需要继续开发核电能源？）,2.能量的转换,能量在空间上的转移，即能量的传输。能量在时间上的转移，即能量的储存。,3.能量的传递,（1）能量传递条件有能量密度差。能量从密度大的物质或地方向密度小的物质或地方传递；（2）能量传递规律能量传递的速率传递的动力，反比于传递的阻力。,（3）能量传递形式转移：是能量从一地转移到另一地，从一物转移到另一物；转换：是能量由一种形态变为另一形态。（4）能量传递途径主要有两条：由物质交换和质量迁移而携带的能量称为携带能；在体系边界面上的能量交换称为交换能。,能量交换方法传热由温差引起的能量交换，这是能量传递的微观形式；做功由非温差引起的能量交换，这是能量传递的宏观形式（广义功）。能量交换方式传热方式：是热传导、热对流和热辐射；机械做功方式：是容积功、转动轴功和流动功（推动功）。,（5）能量传递结果能量使用过程中所起的作用以及能量传递的最终去向。能量最终去向：或转移到产品，或散失于环境。（6）能量传递的实质实际上就是能量利用的实质。如果把产品的使用也包括在内，能量的最终去向只能是唯一的，即最终进入环境。,二、能源的分类与评价,1.能源的分类,所谓能源，是指直接或经转换而获取某种能量的自然资源。自然能源：煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能、地热能、核能等。加工能源：煤气、电力、焦炭、蒸汽、沼气、氢能等。,(1)按地球上的能量来源分,来自地球：如地热能等；来自天体：如宇宙射线及太阳能，以及由太阳引起的水能、风能、波浪能、海洋温差能、生物质能、光合作用等；来自地球和其他星体的相互作用，如潮汐能。（潮汐能是从海水面昼夜间的涨落中获得的能量。海水随着地球自转也在旋转，产生离心力。同时海水还要受到月球、太阳及其他天体的吸引力，因为月球离地球最近，所以月球的吸引力较大。这样海水在这两个力的共同作用下形成了引潮力。）,(2)按被利用的程度分,常规能源：如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等；（非常规能源）新能源：如太阳能、地热能、潮汐能、生物质能等，还有核能。,动植物产生沼气,(3)按获得的方法分,一次能源：即可供直接利用的能源。如煤、石油、天然气、风能、水能等；二次能源：即由一次能源直接或间接转换而来的能源。如电、蒸汽、焦炭、煤气、氢等，它们使用方便，是高品质的能源。,(4)按能源能否再生分,可再生能源：即不会随其本身的转化或人类的利用而越来越少的能源。如水能、风能、潮汐能、太阳能等；非再生能源：随人类的利用越来越少。如石油、煤、天然气、核燃料等。,(5)按能源本身的性质分,含能体能源（燃料能源，本身就能提供能量。）：如石油、煤、天然气、地热、氢等，它们可以直接储存；过程性能源（非燃料能源）：如风能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆发、雷电、电磁能和一般热能等，无法直接储存。,(6)按对环境的污染情况分,清洁能源：即对环境无污染或污染很小的能源，如太阳能、水能、海洋能等；非清洁能源：即对环境污染较大的能源，如煤、石油等。,（7）按能源的市场价值分,商品能源：凡进人能源市场作为商品销售的，如煤、石油、天然气和电等均为商品能源。国际上常用商品能源的保有量（未开采的储量）来衡量一个国家的能源状况。非商品能源：主要指薪柴和农作物残余（秸秆等）。目前非商品能源未作为商品进入能源市场，但非商品能源的数量相当巨大，世界上的非商品能源约相当于6亿t标准煤。非商品能源有相当大的经济开发价值，非商品能源的开发利用已成为重要的研究课题。,2.能源的评价,储量能量密度储能的可能性与供能的连续性能源的地理分布开发费用和利用能源的设备费用运输费用与损耗能源的可再生性能源的品位对环境的影响,三、能源与人类文明,1.能源更迭与社会发展,人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然的历史。(1)火的发现和利用；(2)畜力、风力、水力等自然动力的利用；(3)化石燃料的开发和热的利用；(4)电的发现及开发利用；(5)原子核能的发现及开发利用。,1.能源更迭与社会发展,人类社会已经历了三个能源时期：薪柴时期；煤炭时期；石油时期。,(1)薪柴时期,主要以薪柴等生物质燃料为主要能源的时代，生产和生活水平极低，社会发展缓慢。用燃料烧饭和取暖，以人力、畜力及少部分风力和水力机械为动力。,(2)煤炭时期,18世纪，以煤炭取代薪柴作为主要能源，蒸汽机成为主要动力，工业迅速发展，劳动生产力增长很快。19世纪，电力成为主要动力，成为生产和生活照明的主要来源。但这时的电力工业主要是依靠煤炭作为主要燃料。,(3)石油时期,20世纪50年代发现大量油气田。【玉门油田位于甘肃省玉门市境内，1939年投入开发，是中国近代发现较早的油田之一，也是中国第一个天然石油基地。年月，新中国宣布第一个石油工业基地建成玉门油田】近30年来，世界上许多国家依靠石油和天然气，创造了人类历史上空前的物质文明。进入21世纪，核能将成为世界能源的主角，清洁能源的时代也将随之到来。,2.能源与国民经济,能源是发展社会生产和提高人民生活水平的重要物质基础，是推动国民经济发展的强大动力。能源消耗总量和能源消耗增长速度与国民经济生产总值和国民经济生产总值增长率成正比例关系,3.能源与人民生活,人们的日常生活处处离不开能源，不仅衣、食、住、行，而且文化娱乐、医疗卫生等都与能源密切相关。目前我国一次能源消费量，居世界第二位。我国人口过多，人均能耗水平仍很低，全面建设小康社会仍然是我国人民面临的重要任务。,四、能源与环境,1.全球环境状况,联合国最新公布的研究结果显示，在过去30年中，虽然国际社会在环保领域取得了一定成绩，但全球整体环境状况持续恶化。国际社会普遍认为，贫困和过度消费导致人类无节制地开发和破坏自然资源，这是造成环境恶化的罪魁祸首。,监测显示南极上空部分区域臭氧接近消失,2006年10月20日，由美国宇航局提供的卫星图片显示，代表臭氧空洞的蓝色区域正日益扩大，目前已达创纪录的1060万平方英里（约合2745万平方公里），比北美洲的面积还大。,南极臭氧空洞,（2）全球正在变暖,海平面上升与陆地淹没（2012年我国海平线上升6cm）；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，蝴蝶效应；雨型的改变。,（3）地球森林覆盖量正在减少,（4）大气环境的三大问题,温室效应；酸雨沉降；臭氧空洞；（20世纪80年代中期，在南极上空发现了臭氧空洞。）臭氧是具杀伤力的太阳紫外线的强烈吸收体，是地球上生物的保护神之一。明显地危及全人类的生存和繁衍，引起了国际社会的高度关注。,（5）我国的污染现状,近期关注度PM2.5,伦敦烟雾事件：发生于英国伦敦的多起大气污染公害事件。有据可查的重大烟雾事件12起。最为严重、影响最大的是1952年的烟雾事件。1952年的12月4日，原本晴朗的天空，渐渐变得灰蒙蒙的。此时，受到气旋的影响，伦敦的风速逐渐转小，云层慢慢地将整个天空遮蔽了。到中午时，天空已经阴霾弥漫。12月5日，伦敦的风速几乎为零，整个城市被连日不散的雾气紧紧包裹，能见度缩小到1米之内。,空气污染是全球特大城市面临的共同问题,（6）城市发展中的环境问题,伦敦烟雾事件：此后的3天情况继续恶化。可吸入颗粒物浓度达到了3000至14000微克/立方米。二氧化硫浓度比正常情况高出7倍。孩子不能上学，以免在大雾中走失。伦敦机场烟雾弥漫，飞机无法起降。官方统计，在大雾封城的几天中，共导致了5000多人的死亡，之后的两个月内有8000多人相继死亡。死因调查发现：因支气管炎死亡的人数为正常时期的9倍，因肺结核死亡人数为正常期的5.8倍，因冠心病死亡的人数为正常期的2.4倍。,空气污染是全球特大城市面临的共同问题,伦敦烟雾事件：伦敦烟雾事件的起因：主要归咎燃煤排出的烟尘。除工业外，每到冬天，约100万个烟囱排入成千上万吨的黑色烟尘。烟尘中的三氧化二铁成分，使空气中的二氧化硫变成硫酸，并附着在烟尘和雾滴上，一旦被人们吸入，就会导致胸口窒闷，并伴有咳嗽、喉痛、呕吐等症状。烟雾事件之后，英国颁布“清洁空气法案”，以及空气污染控制法案。20多年后，伦敦的雾天变少了。1975年，只有15天；1980年降到了5天。,空气污染是全球特大城市面临的共同问题,大气灰霾已成为许多地区的重大民生问题,北京大气污染受到关注,北京,天津,空气质量较好,区域污染严重,2005.10.29API48,2005.10.26API176,颗粒物大小:PM是英文particulatematter（颗粒物）的首字母缩写,5到10微米的颗粒物可以在咽喉通过物理机制去除。小于5微米的颗粒物会到达支气管。直径小于2.5微米的颗粒物其粒径小、比表面积大，易于富集空气中的有毒有害物质，并可以随着人的呼吸进入体内，甚至进入到肺泡和血液中，导致各种疾病，它还是能见度降低的罪魁祸首,颗粒物大小影响其在大气和人体中的特性，并决定颗粒物是否会进入肺部，以及其被肺部吸收的潜能。大于10微米的颗粒物可以被鼻子和咽喉截住，而不会进入肺部。,准确的PM2.5定义要在“直径”之前加一个修饰语“空气动力学”，这可不是故作高深。空气中的颗粒物并非是规则的球形，那怎么定义又怎么测量其直径呢？在实际操作中，PM2.5也称大气细粒子，指的是空气中空气动力学直径小于等于2.5m的悬浮颗粒物。这样的定义也就决定了在测定PM2.5时，需要利用空气动力学原理把PM2.5与更大的颗粒物分开，而不是用孔径为2.5微米的滤膜来分离。,与颗粒物有关的健康危害,由心脏病和肺病造成的过早死亡使心脏病和肺病恶化，并和以下疾病有关：心血管疾病心律失常心脏病呼吸系统疾病：哮喘、支气管炎以上可导致入院率，急诊病历，病假率和限制活动天数的上升。儿童和老年人，及有呼吸和心脏问题的人可能会对PM2.5特别敏感,与颗粒物有关的健康危害,美国ArdenPope教授和他的同事们研究了美国1980年-2000年期间随着空气污染的减少人类预期寿命的变化。研究发现，在所研究的大城市中，PM2.5由每降低13-14微克/立方米，预期寿命会增加0.82年。长期减少空气污染，将会带来5-7个月的预期寿命增加。,吴兑等,大气能见度下降趋势显著,能见度与PM2.5呈对数负相关关系,以广州为例当PM2.5每下降10%,能见度可改善6-8%,大气能见度与PM2.5关系,/topics/earth/features/health-sapping.html,全球PM2.5浓度分布:2001-2006,vanDonkelaaretal.,EnvironmentalHealthPerspectives2010,全球PM2.5浓度分布:2001-2006,中国PM2.5/PM10浓度水平,PM2.5浓度随地理位置变化较大，通常北方高于南方地区；在各区域冬季浓度通常较高。PM2.5浓度普遍处于较高的水平。在远离人为活动的森林和沿海地区PM2.5浓度相对较低。,小颗粒体现大责任。社会关注度高，影响范围大。守住健康底线，与时俱进地开展工作。小颗粒带来大挑战。来源广，成因杂，任务重，周期长。不下真功夫，很难见成效。小颗粒考验大智慧。PM2.5不仅仅是环境问题，牵涉经济结构和发展模式。需要理顺机制，突破惯性，夯实支撑。,PM2.5监测和治理已经提上日程,根据2008年以来的研究性监测，北京市PM2.5年均浓度约为70微克/立方米，超出了新环境空气质量标准对PM2.5年均浓度35微克/立方米的限值。按照北京市2010-2020年大气污染治理工作方案，到2020年，本市空气中主要污染物将比2010年下降30%，PM10浓度降至80微克/立方米，PM2.5降至50微克/立方米。治理PM2.5八项措施1.全面开展PM2.5监测。将建立卫星遥感监测体系，形成地面和立体相结合的空气质量监测网。,北京案例：八大措施防治PM2.5,2.2013年提前淘汰40万辆老旧机动车，到2015年再强制淘汰30万辆2001年前购买的国I标准老旧机动车。3.到2020年燃煤比重将控制在10%以下，全市煤炭消费总量控制在1000万吨以内。4.今后将禁止新建、扩建炼油、石化、水泥、钢铁、铸造、建材等高污染、高耗能产业。5.道路保洁将按照奥运期间保洁标准，所有道路实施机械化吸