节能原理与技术 第三章燃料

第三章燃料第一节煤炭第二节石油及其制品第三节天然气及其他气体燃料第四节核燃料2009世界能源统计报告（一）2008年全球一次能源消费112.949亿吨油当量，比2007年的111.044亿吨油当量增长1.905亿吨油当量。其中中国增长1.397亿吨油当量，约占全球增量的3/4。2008年，中国在全球一次能源消费市场中所占比重为17.7%，居于美国之后，位列全球第二。2009世界能源统计（二）发达国家的整体能源需求在2008年产生了大幅下滑。2008年发达国家整体能源消费下降1.3%，美国能源需求更是下降了2.8%，2008年美国石油消费下降6.4%，相当于印度全年的石油消费量。不懈地节约能源，提高能源效率。将成为实现可持续发展和不断提高生活水平的最有效途径2009世界能源统计（三）

2008年全球能源消费总量为112.949亿吨油当量，比上年增长1.4%。在能源消费结构中，石油平均占34.8%，比2007年的35.6%下降0.8个百分点)、天然气平均占24.1%(比2007年的25.6%下降1.5个百分点)，煤炭平均占29.2%(比2007年的28.6%上升0.6个百分点)，核能平均占5.5%，水力平均占6.4%，与2007年持平。2009世界能源统计（四）中国能源消费结构中，石油所占比例由2006年的21.1%、2007年的20.8%下降到2008年的19.3%，天然气所占比例由2006年的3.0%、2007年的3.3%上升至2008年的3.7%。我国油气消费所占比例均低于世界平均水平和主要能源消费国的一般水平。概述能够通过燃烧过程而将化学能转换为热能的物质。它包括所有的化石燃料以及由化石燃料加工而成的其他含能体；随着核能的发现及核电的发展，人们也将通常所说的燃料概念扩展到核领域。第一节煤炭煤的形成

煤是古代的植物体因为地壳运动而埋没地下，在适宜的地质环境中经过漫长年代的演变而成的，含碳量一般为46%～97%。煤是重要的燃料和化学工业原料。煤在地球上的储量非常丰富。煤的元素组成煤是由有机物质和无机物质混合组成的。煤中有机物质主要由碳（C）、氢（H）氧（O）、氮（N）四种元素构成，还有一些元素则组成煤中的无机物质，主要有硫（S）、磷（P）以及稀有元素等。常用的煤质指标水分灰分挥发分发热量煤的分类煤的科学分类为煤炭的合理开发和利用提供了基础，通常最简单的分类方法是根据煤中干燥无灰基挥发分含量将煤分成褐煤、烟煤和无烟煤三大类。煤炭资源煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料。截至到2006年底，世界煤炭可探明采储量约为9090亿吨。2008年，全球煤炭消费量为33.04亿吨油当量（折合原煤67.38亿吨），同比增长3.1%，占全球一次能源消费量的29.25%。其中，中国煤炭消费量占全球消费量的比重为42.6%。我国能源资源的基本特点是富煤、贫油、少气。这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。我国的煤炭资源在我国，煤炭资源主要分布在山西、陕西、内蒙古、黑龙江、辽宁、山东几个省区，著名的大型煤矿有大同煤矿、东胜煤矿、神府煤矿等。中国煤炭资源总量虽然较多，但探明程度低，人均占有储量较少，约为世界人均可采储量的55%。我国的煤炭资源中国煤炭资源和现有生产力呈逆向分布，造成了“北煤南运”和“西煤东调”的被动局面。大量煤炭自北向南、由西到东长距离运输，给煤炭生产和运输造成了极大的压力。我国适合露天开采的煤炭资源不多，煤炭生产以地下开采为主。煤炭开采露天开采：露天开采的优点是开采效率高，生产成本低，建设周期短，劳动条件好，安全性高。缺点是易受气候和季节影响，矸石占地面积大。矿井开采：凡是不经济或不适合露天开采的煤田就必须采用矿井开采。露天开采矿井开采我国的煤炭消费我国是世界上最大的煤炭消费国。

在我国煤炭消费中，煤炭的加工转换（包括洗选、发电、供热、炼焦、制气及煤制品加工等）增长迅速，而煤炭终端消费增长缓慢。洁净煤技术煤炭是主要的能源，但煤炭的开发利用也严重地污染了人们赖以生存的环境，因此煤炭的清洁开发和利用是摆在全人类面前的紧迫问题。煤燃烧的废物洁净煤技术体系燃烧前的处理燃烧前的处理主要是选煤、型煤和水煤浆三项措施。选煤的目的是降低原煤中的灰分、硫分等杂质的含量，并将原煤加工成质量均匀、能适应用户需要的不同品种及规格的商品煤。采用的脱硫方法热解法脱硫碱法脱硫

气体脱硫

氧化脱硫

选煤就选煤能力而言，中国仅次于美国，居世界第2位，但总的来说煤炭入洗率很低，仅有1/4煤炭入洗。型煤型煤是将粉煤或低品位煤加工成一定形状、尺寸和有一定理化性能的煤制品。

型煤是各种洁净煤技术中投资小、见效快、适宜普遍推广的技术。水煤浆水煤浆是20世纪70年代兴起的煤基液态燃料。它是由煤粉、水和少量添加剂组成。

水煤浆的制备以浮选精煤为原料，经脱水、脱灰、磨制，加添加剂后与水混合成浆。燃烧中处理为达到环保目的，工厂企业通常采用高烟囱排放：它是将燃烧装置产生的有害烟气排放到远离地面的大气层中，并通过大气的运动使污染物浓度降低，以改善污染源附近的大气质量，但这种方法并不能减少有害物的排放总量，因此燃烧过程中处理，即炉内脱硫、脱硝是十分重要的。燃烧后处理烟气脱硫：炉内脱硫往往达不到环保要求，需对燃烧后的烟气进行脱硫处理；烟气脱硝：低NOx燃烧技术最多只能降低NOx排放值的50%，需考虑烟气脱硝。通常烟气脱硝分为干法和湿法；烟气除尘：燃煤产生的大气污染物占我国灰尘排放总量的60%，粉尘的70%以上。煤的气化与液化煤的气化和液化是清洁煤技术的重要组成部分。煤的气化和液化不但能解决直接燃烧时燃烧效率低、燃烧稳定性差的缺点，而且能够极大地改善煤直接燃烧所造成的环境污染。第二节石油有关石油的知识石油是仅次于煤的化石燃料，它是一种天然的黄色、褐色或黑色的流动或半流动的黏稠的可燃液体烃类混合物。有关石油的知识石油也称为“原油”。它可以被加工成各种馏分，包括天然气、汽油、石脑油、煤油、柴油、润滑油、石蜡以及其他许多种衍生产品，是最重要的液体燃料和化工原料。有关石油的知识石油只是有机物在地球演化过程中的一种中间产物。石油主要是由烷烃、环烷烃、芳香烃等烃类化合物组成。由于石油是一种由多种化合物组成的复杂的混合物，因此其成分随产地的不同而变化很大。石油资源目前世界上已找到近3万个油田和7500个气田，这些油气田遍布于地壳上六大稳定板块及其周围的大陆架地区。在156个较大的盆地内几乎均有油气田发现，但分布极不平衡。世界石油储量分布图我国的石油资源我国沉积盆地广阔，易于进行石油勘探的盆地有500多个，拥有沉积岩面积670万km2

，其中陆上面积520万km2，近海大陆架面积150万km2。我国的石油资源目前我国石油资源的探明程度远低于其他产油国，特别是对近海大陆架可采储资源比仅为0.145。而以上盆地和大陆架中很可能存在丰富的油气资源，因此在油气方面我国尚有巨大的资源潜力。我国石油资源主要分布在东部区，约占地质资源量的40%、可采资源量的60%左右。1993年开始我国成为石油净进口国，2008年进口石油(含燃料油)2.185亿吨（我国自身产量为1.9亿吨

）。石油资源的短缺全球原油剩余探明储量为1.258万亿桶。按2008年的年开采速度计算，可开采42年。以同样方式计算，现有天然气储量能满足60年的开采，而煤炭储量可生产122年。烃类资源由于石油资源日益匮乏，人们开始把眼光投向另一类烃类资源：油页岩和油砂；油页岩是埋藏于沉积岩中，和矿物水成岩一层层地交错沉积；油砂也称沥青砂，是一种含有很黏沥青油的砂石，其中80%~90%为无机质，3%~6%为水，6%~20%为沥青油。世界石油消费目前在世界一次能源的消费中，石油仍处在第1位。在石油消费中，我国原油的消费主要用于工业，其次为生活消费和交通业。石油消费偏重于经济发达地区，经济越发展，越需要更多的石油，美国是世界第一大石油消费国。油田的开发油田开发包括石油勘探、钻井和油田的开采。石油勘探是石油开发中最重要的基础环节，它包括油田的寻找、发现和评估。钻井，就是从地面打开一条通往油、气层的孔道，以获取地质资料和油气能源。油田开发示意图海上钻井石油的炼制开采出来的石油（原油）可以直接作燃料用，且价格便宜；若在炼油厂中进行深加工，则经济效益可增加许多倍，而且飞机、汽车、拖拉机等也不能直接燃用原油，必须把原油炼制成燃料油才能使用。因此，石油的加工是石油利用中非常重要的一环。炼油厂的加工流程燃料型：以汽油、煤油、柴油等燃料油为主要产品。燃料－润滑油型：除生产燃料油外，还生产各种润滑油。石油化工类：它是提供石脑油、轻油、渣油用作生产石油化工产品的原料。石油炼制的方法分离法，如溶剂法、固体吸附法、结晶法和分馏法等，其中最常用的是分馏法。转化法，转化法是利用化学的方法对分馏的油品进行深加工。常用的转化法有热裂化、催化裂化、加氢裂化和焦化等炼油厂的分馏塔DistillationColumn燃料型炼油厂的流程图炼油厂实例

石油产品石油由许多组分组成，每一组分都各有其沸点。通过炼制加工，可以把石油分成几种不同沸点范围的组分：(1)40~205℃的组分作为汽油；(2)180~300℃的组分作为煤油；(3)250~350℃的组分作为柴油；(4)350~520℃的组分作为润滑油（或重柴油）；(5)高于520℃的渣油作为重质燃料油；石油产品按石油产品的用途和特性，可将石油产品分成14大类，即溶剂油、燃料油、润滑油、电器用油、液压油、真空油脂、防锈油脂、工艺用油、润滑脂、蜡及其制品、沥青、油焦、石油添加剂和石油化学品。油品结构由于经济发展的需要、环境保护的要求、节能技术的进步以及替代能源的采用等因素的影响，使世界油品需求的构成发生了很大的变化，加上产油国之间的激烈竞争，世界油品结构也随之发生变化。油品结构的变化世界油品需求构成继续向轻质化发展，加热用的燃料油和重质油品将显著减少，更多的重油将通过深加工用以增加运输燃料和石化原料；柴油需求比例加大，柴油和汽油的比例呈不断增加的趋势；经济发展和环境保护对油品质量也提出了越来越严格的要求。油品结构与环保世界车用汽油质量的发展趋势是在维持高辛烷值的前提下向无铅化、洁净化方向发展；对柴油中的含硫量进行限制。第三节天然气与其他气体燃料天然气的特性气体燃料通常包括四大类：天然气、人工煤气、液化石油气和沼气。天然气是除煤和石油之外的另一种重要的一次能源。它燃烧时有很高的发热值，对环境的污染也较小，而且还是一种重要的化工原料。天然气的生成过程同石油类似，但比石油更容易生成。天然气的特性天然气主要由甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等烃类组成，其中甲烷占80%~90%。天然气通常可以分为纯天然气、石油伴生气、凝析气和矿井气4种。纯天然气是从矿井中开采出来的干天然气，也称气田气；石油伴生气是开采石油时代副产品；矿井气又称煤层气，是伴随煤炭开采而产生的，俗称瓦斯。天然气资源天然气是蕴藏量最丰富，最清洁而又便利的优质能源。世界上天然气资源丰富，但天然气分布很不均匀，主要集中在中东、俄罗斯和东欧地区，三者之和占据了70%的比例。美国为世界上最大的天然气消费国，世界第二大生产国。我国天然气资源丰富，天然气的分布与石油有较大的差别，其分布较为均衡，但仍然显示出北富南贫、西多东少的天然气分布格局。因此天然气的流向仍然是西气东输和海气上岸。各国天然气储量居世界的位次我国天然气发展2008年为760.8亿立方米。我国能源发展“十一五”规划提出，天然气占一次能源消费总量的比例将在５年内提高２．５个百分点，到２０１０年达到５．３％。。我国第一条西气东输管线工程于２００４年底投入运营。将产自四川普光气田的天然气输送到长三角地区的川气东送工程于２００７年８月底正式启动。我国第二条西气东输管线计划于２００８年全线开工。从新疆输送主要来自中亚的天然气，满足珠三角和长三角地区的能源需求。管道设计输气规模为３００亿立方米／年，预计２０１０年建成通气。天然气的勘探和开采天然气的勘探、开采同石油类似，但收采率较高，可达60%~95%。大型稳定的气源常用管道输送至消费区，每隔80~160km需设一增压站，加上天然气压力高，故长距离管道输送投资很大。天然气的勘探和开采天然气的管道输送天然气的应用发电民用及商业燃料化肥及化工原料工业燃料

煤层气煤层气（俗称瓦斯）是一种与煤伴生，以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，其中甲烷含量大于95%，热值33.44kJ/m3以上，是一种优质洁净的能源。中国是世界上主要的煤炭生产大国之一，煤炭生产居世界首位，也是世界上煤炭资源和煤层气资源最丰富的国家