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能源材料和信息的人类社会发展的三大支柱.ppt

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能源材料和信息的人类社会发展的三大支柱.ppt


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能 源;能源、材料和信息——人类社会发展的三大支柱;能源——能量的来源或源泉,是可以从自然界直接取得的具有能量的物质,或从这些物质中再加工制造出的新物质。能源是能够提供某种形式能量的物质,即能够产生机械能、热能、光能、电磁能、化学能等各种能量的资源。;根据各个历史阶段所使用的主要能源,可以分为柴草时期、煤炭时期和石油时期;煤炭时期 煤炭的开采始于13世纪,18世纪中叶大规模开采并成为世界的主要能源。第一次产业革命期间,冶金工业、机械工业、交通运输业、化学工业等的发展,使煤炭的需求量与日俱增,直至20世纪40年代末在世界能源消费中煤炭仍占首位。;石油时期 第二次世界大战之后,在美国、中东、北非等地区相继发现了大油田及伴生的天然气,每吨原油产生的热量比每吨煤高一倍。石油炼制得到的汽油、柴油等是汽车、飞机用的内燃机燃料。世界各国纷纷投资石油的勘探和炼制,新技术和新工艺不断涌现,石油产品的成本大幅度降低,发达国家的石油消费量猛增。到60年代初期,在世界能源消费统计表里,石油和天然气的消耗比例开始超过煤炭而居首位。 ;2006年能源消费状况;能源的分类· 按能量的原始来源划分:1. 来自地球以外天体的能量,最主要的是太阳辐射能,2. 来自地球自身的能量。一种是以热能形式储藏于地球内部的热能和重力能;另一种是海洋和地壳中储藏的核燃料所包含的原子能。3. 来自地球及其它天体的相互作用所产生的能量;· 按能源的成因划分:一次能源(亦称天然能源)和二次能源(亦称人工能源)。;· 按能源的储存和输送性质划分:含能体能源和过程性能源。· 按能源使用性质划分:燃料性能源和非燃料性能源。?? · 按能源的形成和再生性划分:再生能源和非再生性能源。?? · 按能源的技术开发程度划分:常规能源和新能源。?? · 按能源的实物形态划分:固体能源、液体能源和气体能源。?? · 按能源的商品性划分:商品能源和非商品能源。?? · 按能源对环境的污染程度化分:清洁能源和非清洁能源。;一次能源 是指自然界中以现成形式存在,不经任何改变或转换的天然能源资源,即从自然界直接取得并不改变其形态和品位的能源。?? 二次能源 是指为了满足生产工艺和生活的特定需要以及合理利用能源,将一次能源直接或间接加工转换产生的其它种类和形式的人工能源。常规能源 也叫传统能源,就是指已经大规模生产和广泛利用的能源。新能源 指以新技术为基础,系统开发利用的能源。其中最引人注目的是太阳能的利用。; 煤炭及其综合利用;煤在我国能源消费结构中位居榜首(约占70%),年消费量在10亿吨以上,其中30%用于发电和炼焦,50%用于各种工业锅炉、窑炉,20%用于人民生活。煤的大部分是直接燃烧掉的,热效率的利用不高,如煤球热效率只有20%~30%;蜂窝煤可达50%,而碎煤则不到20%。至于工业锅炉用煤的热效率不仅与炉型结构有关,而且与煤的质量、形状、颗粒大小都有关系。;直接烧煤对环境污染相当严重,二氧化硫(SO2),氮的氧化物(NOx)等是造成酸雨的罪魁,大量CO2的产生是全球气温变暖的祸首。此外还有煤灰和煤渣等固体垃圾的处理与利用问题等。合理利用和综合利用煤资源的办法:一,使煤转化为清洁的能源;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。;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

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