PPT《能源、材料和信息——人类社会发展的三大支柱》

二,提取分离煤中所含宝贵的化工原料. 煤的气化 是让煤在氧气不足的情况下进行部分氧化,使煤中的有机物转化为可燃气体(H2,CO2,CH4等),以气体燃料的方式经管道输送到车间、实验室、厨房等,也可以作为原料气体送进反应塔.煤的焦化 也叫煤的干馏.这是把煤置于隔绝空气的密闭炼焦炉内加热,煤分解生成固态的焦炭、液态的煤焦油和气态的焦炉气.随加热温度不同,产品的数量和质量都不同,有低温(500~600℃).中温(75~800℃)和高温(100~1100℃)干馏之分. 低温干馏所得焦炭的数量和质量都较差,但焦油产率较高,其中所含轻油部分,经过加氢可以制成汽油,所以在汽油不足的地方,可采用低温干馏.中温法的主要产品是城市煤气,而高温法的主要产品则是焦炭. 煤的液化 煤炭液化油也叫人造石油.煤和石油都是由C,H,O等元素组成的有机物,但煤的平均表现分子量大约是石油的10倍,煤的含氢量比石油低得多.所以煤加热裂解,使大分子变小,然后在催化剂的作用下加氢(450~480℃,12 MPa~30 MPa)可以得到多种燃料油. 石油和天然气石油有 工业的血液 、 黑色的黄金 等美誉.自本世纪50年代开始,在世界能源消费结构中,石油跃居首位.石油产品的种类已超过几千种.石油是国家现代化建设的战略物资,许多国际争端往往与石油资源有关.现代生活中的衣、食、住、行直接地或间接地与石油产品有关. 石油和天然气的成因石油是由远古海洋或湖泊中的动植物遗体在地下经过漫长的复杂变化而形成棕黑色粘稠液态混合物,其沸点范围从室温到500℃以上.未经处理的石油叫原油,它分布很广,世界各大洲都有石油的开采和炼制.就目前已查明的储量看,重要的含油带集中在北纬20~48之间,世界上两个最大的产油带,一个叫长科迪勒地带,北起阿拉斯加和加拿大经美国西海岸到南美委内瑞拉、阿根廷;

另一个叫特提斯地带,从地中海经中东到印度尼西亚.这两个地带在地质变化过程中曾都是海槽,因此曾有 海相成油 学说. 天然气的主要成分是甲烷CH4,有少量乙烷C2H6和丙烷C3H8,它和石油伴生,但一般埋藏部位较深.据国际经验,每吨石油大概伴有1000 m2的天然气,所以能源工作机构及能源结构统计往往把石油和天然气归并在一起.天然气是最 清洁 的燃料,燃烧产物CO2和H2O,都是无毒物质,并且热值也很高(56KJ/g),管道输送也很方便.我国最早开发使用天然气的是四川盆地. 石油的炼制石油中所含化合物种类繁多.必须经过多步炼制,才能使用.主要过程有分馏、裂化、重整、精制等. 分馏 利用物质的沸点不同将其进行分离 汽油和辛烷值在40~180℃沸点范围内可以收集C6~C10馏分,这是需要量很大的汽油馏分.按各种烃的组成不同又可以分为航空汽油、车用汽油、溶剂汽油等.汽油质量用 辛烷值 表示.在气缸里汽油燃烧时有爆震性,会降低汽油的使用效率.汽油中以C7~C8成分为主,据研究,抗震性能最好的是异辛烷,将其定标为辛烷值等于100,抗震性最差的是正庚烷,定其辛烷值为零.若汽油辛烷值为85,即表示它的抗震性能与85%异辛烷15%正庚烷的混合物相当(并非一定含85%异辛烷),商品上称为 85号汽油. 无铅汽油1升汽油中若加入1毫升四乙基铅,辛烷值可以提高10~12个标号.四乙基铅是有香味的无色液体,但有毒.这种抗震剂已沿用了几十年,但在汽车越来越多的今天,汽油燃烧后放出的尾气中所含微量的铅化合物已成为公害.自20世纪70年代起从环境保护的角度考虑,各国纷纷提出要求使用无铅汽油,有些汽车的设计规定必须使用无铅汽油,以减少对环境的污染. 裂化 用上述加热蒸馏的办法所得轻油约占原油的l/3~l/4.但社会需要大量的分子量小的各种烃类,采用催化裂化法,可以使碳原子数多的碳氢化合物裂解成各种小分子的烃类.催化重整 在一定的温度压力下,汽油中的直链烃在催化剂表面上进行结构的 重新调整 ,转化为带支链的烷烃异构体,这就能有效地提高汽油的辛烷值,同时还可得到一部分芳香烃,这是原油中含量很少而只靠从煤焦油中提取不能满足生产需要的化工原料.加氢精制 提高油品质量的过程,除去油品中的N、S. 核能核能也叫做原子能,是原子核在变化的过程中产生的能量变化.1g铀235发生裂变时释放的能量为8*107KJ,1g煤完全燃烧释放的能量仅为30KJ.原子弹和核电站 连续核裂变可以释放出巨大的核能.若让裂变释放的能量不断积聚,最后可以在瞬间酿成巨大的爆炸,这就是制造原子弹的原理.一个原子弹的爆炸威力相当于10万吨普通炸药,即TNT.若人工控制使反应在一定程度上连续进行,产生的能量加热水蒸汽,推动发电机,这就是建设核电站的原理. 核电站的中心是核燃料和控制棒组成的反应堆,其关键设计是在核燃料中插入一定量的控制棒,它是用能吸收中子的材料制成的,利用它们吸收中子的特性控制链式反应进行的程度,U-235裂变时所释放的能量可将循环水加热至300℃,高温水蒸气推动发电机发电.由此可见核电是一种清洁的能源,它没有废气和煤灰,建设投资虽高,但运行时就没有运送煤炭、石油这样繁重的运输工作,因此还是经济的.所以发展核电是解决当前电力缺日的一种重要选择.但有两个问题总是令人担忧,一是保证安全运行,二是核废料的处理. 核聚变和氢弹 2个或多个轻核聚合成一个重核的过程叫核聚变.这时也能释放很大的能量.氢弹的制造原理就是利用一个小的原子弹作为引爆装置,产生瞬间高温,引发2个氘核聚变为氦核,发生强烈爆炸.从能源角度考虑,核聚变比核裂变优越:聚变产物为稳定的氦核,没有放射性污染产生,没有难以处理的废料;