化学与能源.ppt

1、,第十二章 化学与能源,1.能源的发展史 2.能源的分类与能量的转化 3.常规能源简介 4.未来的能源,一、能源的发展史,能源、材料、信息被成为人类社会发展的三大支柱，根据各个历史阶段使用可分为柴草时期、煤炭时期、石油时期。 柴草时期：从火的发现一直到十八世纪产业革命。 煤炭时期：始于13世纪，但到十八世纪中叶开始大规模开采。,石油时期：第二次世界大战时期，世界各地相继发现大油田，每吨原油燃烧产生的热比煤要多一倍。二十世纪60年代，石油已占所有能源消费量第一位。 目前，我国以煤炭为主消费模式还将延续很久。,第二节 能源的分类和能量的转化,一次能源 再生能源：水能、生物质能（草木、秸秆等）风能、

2、太阳能、地热能、潮汐能。 非再生能源：化石燃料（煤炭、石油、天然气）、核裂变燃料（铀、钍、钚）、核聚变燃料（氘）、油页岩,二次能源 电能、氢能汽油、石油制品（汽油、煤油、柴油、液化石油气）、煤制品（洗煤、焦炭、煤气）、沼气、火药、甲醇、丙烷、苯胺等。,12.1 化石燃料,煤 煤大致分为泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤。主要含碳、氢、氧三种元素，含少量的氮、硫、磷和一些稀有元素，以及含有泥沙等矿物杂志和水分。 C(石墨）+O2(g) = CO2(g),碳在298.15K时完全燃烧每摩产生热393.5kJ.,煤的净化与处理,煤的气化 1.水煤气：C(s)+O2 = CO2 C(s)+H2O(g) = CO

3、+H2 CO（g）+1/2O2(g) = CO2 H2(g)+1/2O 2=H2O(l) 缺点：反应中CO有毒，产生的煤气因空气的稀释而使水煤气的热值降低，制备方法较复杂。,合成气：将纯氧气和水蒸气在加压下通过灼烧的煤，可使煤中的苯酚等挥发出来，并产生一种气态混合物燃料，40%H2、15%CO、15%CH4和30%CO2，合成气。 煤的地下气化：即一般是将水或水蒸气与空气或氧气注入到煤层中，对煤进行控制燃烧，产生可燃气体，回输到地面。,煤炭的液化燃料 煤炭的液化法:直接液化法、间接液化法。其中间接液化比直接液化适用煤种广泛，但油的收率却较低。 水煤浆：将煤炭、水、部分添加剂加入磨机中，经磨碎后

4、产生的一种类似石油的可以流动的燃料。,优点：a.燃烧效果好 b.环保效果明显 c.工艺上有许多优越性 d.改烧水煤浆投资低于改烧煤粉,洁净煤技术,燃烧前脱硫法 燃烧中脱硫: a.脱硫剂的分 b.硫化反应 c.烟气脱硫 d.微生物脱硫,石油,石油分类 1.石蜡基石油(含直链烷烃较多） 2.环烷基石油（含环烷烃较多） 3.中间基石油(介于1.2之间） 4.。芳香基石油（含单芳烃和稠芳烃较多）,石油的分馏：请参考教材P345页的表格 辛烷值：辛烷值是汽油抗爆性的指标，与组成汽油的烃类有关。 正构烷烃随碳原子数增多抗爆性降低，异构烷烃随支链的增多抗爆性升高。 环烷烃抗爆性居中，而芳香烃及其衍生物抗爆性

5、较高。 具体参考教材P345,天然气,主要成分：甲烷，还有少量乙烷和其他碳氢化合物，着火点为810-1020K，爆炸范围是5%-14%。 天然气常温加压已转化为液化天然气。 近年来，发现了可燃冰，及天然气水合物，西方学者称其为“21世纪能源”。,燃料电池,何为燃料电池？ 燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。 燃料电池的优点 能量转换效率高、洁净、无污染、噪声低、模块结构、比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电。,燃料电池的特点,满负荷、部分负荷均能保持高发电效率 有很强的过负载能力 可以使用的燃料广泛 发电输出由电池堆的输出和组数决定，机组容量自由度大。 负荷响

6、应性好，用于电网调峰由于其他发电方式 天然气和煤气作燃料时，环境相容性好。,燃料电池的种类,磷酸盐燃料电池（PAFC） 质子交换膜燃料电池（PEMFC） 融融碳酸盐性燃料电池（MCFC） 高温固体氧化物电解质燃料电池（SOFC） 备注：相应的电解质、化学反应方程式可参考教材P349,核能,核能优点： 储量丰富，原料广 清洁能源，保护环境 成本比火电低 代替煤和石油，优化能源结构,核裂变,原理：是用中子轰击较重的原子核使之分裂成较轻的原子核的反应。 铀235、铀238、钚239可以发生核裂变 一克铀235裂变产生的能量相当于约2.7吨煤燃烧释放出的能量,核聚变,原理：是很轻的原子核在异常高的温度

7、下合并形成较重的原子核的反应。 反应方法 1.是通过加速器赋予一些轻原子核以所需的高速度，但是反应不能持续进行。 2.使原子核处于非常高的温度下，发生热核反应,核能的开发和利用,核电站 1.核反应堆：热中子反应堆 快中子增殖堆 可控聚变堆 2.核武器： 原子弹 氢弹 中子弹 3.核潜艇,太阳能,太阳能的利用 光热转换:太阳能热水器、太阳房、太阳能热电站。 光电转换：太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。 光化学转化 a.热化学制氢法 b.光电解电池制氢法,合理利用太阳能的潜能 开采和使用 环保与安全 技术和应用 经济,氢能,氢能是理想的二次能源，原因如下 资源丰富

8、：原料是水 污染小：燃烧产物是水 氢燃烧速度快、热值大 氢能能够储存，而电是很难储存的 氢能应用范围广，适应性强。,制氢的方法 化石燃料制氢 CXHY+H2OH2+CO2(高温高压、催化剂） 煤+H2OCO+H2 CO+H2OCO2+H2 水制氢 a.电解法 2H2O2H2+O2(电解）,b.高温热裂法 2H2O2H2+O2(1727K,压力） c.热化学与光化学法H2OH2+1/2O2(光能或核能，催化剂）,风能、潮汐能、地热能,风能 优点：蕴藏量大、无污染、可再生、分布广泛、可就地取材、无需运输、适应性强、发展潜力大 缺点：易受气候天气影响 风力发电机组转化为电能 1.独立运行供电系统 2.常规电网系统,海洋能