能源环境化学化石能源省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

化石能源化石能源（一）（一）书本第二部分书本第二部分2.石油、天然气、煤化学石油、天然气、煤化学2.1化石燃料：开采、生产、产品。化石燃料：开采、生产、产品。第1页图0-1 世界能耗在过去150年增加了20倍（1850-）第2页表0-1 世界一次能源或主要能源(Primary Energy)使用量及起源分布一次能源 EJ石油天然气煤核能水力发电生物质及其它世界5143421266211%美国1064040242581%3%中国80182626212%15%第3页图0-3 世界发电燃料起源分布图（USA EIA Report）第4页全球气候变暖趋势第5页主要温室气体：主要温室气体：二氧化碳二氧化碳(CO2):因为大量使用煤、石油、天然气等化石燃料，森林又被砍伐，全因为大量使用煤、石油、天然气等化石燃料，森林又被砍伐，全球二氧化碳正以每年约六十亿吨量增加中。球二氧化碳正以每年约六十亿吨量增加中。甲烷甲烷(CH4):产生自发酵与腐化变更过程及物质不完全燃烧，主要来自牲畜、产生自发酵与腐化变更过程及物质不完全燃烧，主要来自牲畜、水田、汽机车及填埋场排放。水田、汽机车及填埋场排放。氧化亚氮氧化亚氮(N2O):由化石燃料燃烧，微生物及化学肥料分解而排放出来。由化石燃料燃烧，微生物及化学肥料分解而排放出来。臭氧臭氧(O3):来自地面污染，如汽机车、发电厂、炼油厂所排放氮氧化合物及来自地面污染，如汽机车、发电厂、炼油厂所排放氮氧化合物及碳氢化合物，经光化学作用而产生臭氧。碳氢化合物，经光化学作用而产生臭氧。氟氯碳化物氟氯碳化物(CFCs):以CFCl1、CFC12及CFC113占最大使用量。使用范围包含冷媒、清洗、喷雾及发泡等用途，同时这类化合物也是破坏臭氧层祸首。第6页CO2 浓度与暖化浓度与暖化第7页图0-10 中国能源资源利用现实状况及预期第8页中国能源供给形势当前展望中国能源供给形势当前展望主要能源资源是煤炭，占能源总消耗约主要能源资源是煤炭，占能源总消耗约7070。石油、天然气、生物质、水力发电次之。石油、天然气、生物质、水力发电次之。前二者需大量进口。前二者需大量进口。核能、风能和太阳能所占百分比很小，但核能、风能和太阳能所占百分比很小，但发展速度快、发展空间大。发展速度快、发展空间大。煤层气急待开发利用，可燃冰有远景。煤层气急待开发利用，可燃冰有远景。能源价格走向市场化。能源价格走向市场化。第9页第10页第11页第12页第13页第14页第15页表表2.1 原油、汽油与几个原油、汽油与几个经经典煤种元素典煤种元素组组成成元元素素组组成成无无烟烟煤煤中中等等挥挥发发分分烟烟煤煤高高挥发挥发分分烟煤烟煤褐褐煤煤原原油油汽汽油油ABC93.788.484.580.372.783878085H2.45.05.65.54.211141314O2.44.17.011.121.30.1-217*N0.91.71.61.91.20.02-2微微量量S0.60.81.31.20.60.06-1.0微微量量*含5%MTBE或20%乙醇。第16页第17页城市燃气分类及性质城市燃气分类及性质城市燃气按其起源不一样，主要可分为人人工燃气、天然气、液化石油气三大类。工燃气、天然气、液化石油气三大类。其主要成份是一些可燃气体，如甲烷等碳氢化合物，氢、一氧化碳等，另外也含有一些不可燃气体组分，如二氧化碳、氮、氧等。它包含液化石油气、人工煤气、天然气、矿井瓦斯气、沼气和工业尾气等。第18页一、人工燃气一、人工燃气：1、于馏煤气、于馏煤气：煤在隔绝空气情况下经加热干馏所得燃气。炼焦煤气是焦化工业副产品。炭化炉生产主要目标是取得煤气，所产焦炭普通供作气化炉原料，或用于直接加热。高温干馏煤气热值普通在18MJNm3左右。2、气化煤气、水煤气、气化煤气、水煤气：煤在高温下与气化剂反应所生产燃气，统称为气化煤气。气化煤气主要组分为氢气与一氧化碳，适宜于用作燃料气和化工原料合成气。热值普通在13MJMm3以下。人工煤气中含有一氧化碳。一氧化碳是有毒气体。人工煤气比空气、液化石油气轻。3、高炉气、高炉气：高炉气是炼铁时产生副产气，其主要组分是一氧化碳和氮气，热值只有在44.2MJNm3。第19页4、油制气、油制气：油制气是用石油系原料经热加工制成燃气总称。采取加工工艺，有蒸汽加氢气化法等。生产城市燃气方法尚局限于以重油或渣油采取热裂解法工艺。热裂解气以甲烷、乙烯和丙稀为主要组分，热值约为4142MJ/Nm3转化法、热裂解法、部分氧化法和催化热裂解气含氢最多，也含有甲烷和一氧化碳，其热值与干馏煤气相靠近，热值约在17一21MJ/Nm3之间。一、人工燃气第20页二、天然气二、天然气因为起源不一样，天然气普通可分为四种：从气田开采气田气（纯天然气）；伴随石油一起开采出来石油气（也称石油伴生气）；含有轻质馏分凝析气田气；从煤矿井下煤层中抽出矿井气（矿井瓦斯气）。气田气纯度普通较高，其组分以甲烷为主，也含有少许一氧化碳、硫化氢、氮和微量氦、氖、氖等惰性气体，我国四川天然气属于这一类，甲烷含量比较高。天津、大庆等地使用天然气是石油伴生气，甲烷含量约为80，其它烷烃占15，所以热值较高。凝析气除含有大量甲烷外，还含有25戊烷和戊烷以上烃类，热值更高。矿井气主要成份也是甲烷，其含量视抽气方式不一样而改变，普通含氮量很高，热值较低。第21页天然气是指在地下多孔地质结构中发觉自然形成烃类气体和蒸汽混合气体，常与石油伴生。主要包含甲烷及一些低分子量碳氢化合物如乙烷、丙烷，并含不一样百分比二氧化碳、硫化氢、氧硫化碳（COS）、水分等。二氧化碳有时达10%以上，经分离后有尤其利用价值。天然气作燃料时轻易燃烧，清洁无灰渣，发烧量大，热值在3642MJNm3之间。燃烧效率高，是清洁高能天然燃料。二、（纯）天然气第22页天然气主要性质和特点l、天然气是一个易燃易爆气体，和空气混合后，温度只要抵达550就会燃烧。在空气中，天然气浓度只要抵达515，碰到火种就会爆炸。2、天然气可液化，液化后其体积将缩小为气态1600。3、天然气主要成份为甲烷，其本身无毒，但空气中甲烷含量抵达10以上时，人就会因氧气不足而呼吸困难，眩晕虚弱而失去知觉、昏迷甚至死亡。天然气中如含有一定量硫化氢时，也含有一定毒性。第23页三、液化石油气三、液化石油气(LPG)：主要组分为丙烷、丙稀、丁烷、丁烯等石油系轻烃类，多从油、气开采或石油加工过程中取得。当前，我国供给民用液化石油气主要由炼油厂催化裂解和催化重整装置中获取。油田气或凝析气田气中含有相当数量烃类，也可分离回收液化石油气。第24页液化石油气主要特点1、液化石油气在低温或高压下呈液态，但在常温常压下就会变成气态，且体积比液态扩大250多倍。2、液态液化石油气比同体积水约轻二分之一。3、液化石油气本身无毒，但当空气重液化石油气浓度含量较高时，对人中枢神经有麻醉作用。4、液化石油气也有易燃易爆特征，其着火温度约为450度，空气中液化石油气爆炸极限为29。第25页煤组成煤中有机质主要组成元素是碳，煤结构单元骨架，燃烧时产热主要起源，泥炭含碳量55-62%；褐煤60-77%；烟煤70-93%；无烟煤88-98%。第26页煤组成微量元素在燃烧后其元素或化合物完全挥发进入气相有Hg,F,Br,Cl,B,I,而富集于飞灰有As,Cd,Ga,Ge,Pb,Sb,Sn,Te,Zn 等，其中Hg,Pb,As,Cd 等是毒性高元素。灰分(Ash)为燃烧后残余固体无机物，含钙、磷、硅、铁等。煤中还有水分等杂质，水在煤中含量为0.3-25%不等。第27页表表2.1 原油、汽油与几个原油、汽油与几个经经典煤种元素典煤种元素组组成成元元素素组组成成无无烟烟煤煤中中等等挥挥发发分分烟烟煤煤高高挥发挥发分分烟煤烟煤褐褐煤煤原原油油汽汽油油ABC93.788.484.580.372.783878085H2.45.05.65.54.211141314O2.44.17.011.121.30.1-217*N0.91.71.61.91.20.02-2微微量量S0.60.81.31.20.60.06-1.0微微量量*含5%MTBE或20%乙醇。第28页标准煤是假设一个标准燃料，1千克重标准煤热值为29.308MJ。第29页石油炼制及石油化学品石油炼制及石油化学品第30页RefineryFlowDiagrams第31页第32页第33页第34页第35页化石能源选择化石能源选择冬天用什么取暖？冬天用什么取暖？用空调或用天然气？用空调或用天然气？柴油车？汽油车？天然汽车？柴油车？汽油车？天然汽车？价格？环境保护？可靠性？价格？环境保护？可靠性？第36页HeatingvalueofFossilFuels煤煤汽油汽油天然气天然气密度密度-0.74kg/L0.84kg/M3热值热值MJ/kg274749价格价格RMB/kgRMB/MJ0.40.01580.172-30.04-0.06第37页2.2 石油及天然气加工炼油及石化工艺第38页HeatingvalueofFossilFuels煤煤汽油汽油天然气天然气密度密度-0.74kg/L0.84kg/M3热值热值MJ/kg274749价格价格RMB/kgRMB/MJ0.40.01580.172-30.04-0.06第39页焦耳焦耳(J)千克米(kgm)米制马力时(PSh)英制马力时(HPh)千瓦千瓦时时(kWh)千卡(kcal)英热单位(Btu)英尺磅(ftlb)10.1023.77710-73.72510-72.77810-72.38910-49.47810-40.73769.80713.70410-63.65310-62.72410-62.34210-39.29510-37.2332.64810 62.710 510.98630.7355632.525101.95310 62.68510 62.73810 51.01410.7457641.22544.41.9810 63.610 63.67110 51.361.3411859.834122.65510 64187426.91.58110-31.55910-31.16310-313.9683.08710 31055107.63.98510-43.9310-42.9310-40.2521778.21.3560.13835.12110-75.0510-73.76810-73.2410-41.28510-311焦耳(J)=1牛顿米(Nm)=1瓦秒(Ws)=107尔格(erg)；1尔格(erg)=1达因厘米(dyncm)=10-7焦耳；1英尺磅达(ftpdl)=4.21410-2焦耳=4.29710-3千克米；1摄氏热单位(Chu)=1.8英热单位(Btu)第40页HeatingvalueofFossilFuels煤煤汽油汽油天然气天然气价格价格RMB/MJ0.0150.170.04-0.06RMB/KWH40%efficiencyFuelcost?Fuelcost?第41页HeatingvalueofFossilFuels煤煤汽油汽油天然气天然气价格价格RMB/MJ0.0150.170.04-0.06RMB/KWH40%efficiency0.1351.530.36-0.54RMB/KWH30%efficiency0.180.48-0.72第42页第43页汽油主要成份汽油主要成份主要组分是四碳至十二碳烃类。由石油分馏或重质馏分裂化制得。原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、催化重整等过程都产生汽油组分。但从原油蒸馏装置直接生产直馏汽油，不单独作为发动机燃料，而是将其精制、调配，有时还加入添加剂（如甲基叔丁基醚，MTBE；清洁剂、防腐蚀剂等）以制得商品汽油。第44页无铅汽油（Unleaded gasoline）清洁汽油（Clean gasoline）第45页汽油成份烷烃:异辛烷（2,2,4-trimethylpentane，isooctane）,methylcyclohexane烯烃:3-methyl-1-heptene芳香烃：BTEXAdditive:detergent,oxygenatesuchasMTBE,ethanol,二甲醚第46页汽油最主要性能为蒸发性和抗爆性蒸发性蒸发性指汽油在汽化器中蒸发难易程度。对发动机起动、暖机、加速、气阻、燃料耗量等有主要影响。汽油蒸发性由馏程、蒸气压、气液比3个指标综合评定。馏程馏程。指汽油馏分从初馏点到终馏点温度范围。蒸气压蒸气压。指在标准仪器中测定38蒸气压，是反应汽油在燃料系统中产生气阻倾向和发动机起机难易指标。车用汽油要求有较高蒸气压。气液比气液比。指在标准仪器中，液体燃料在要求温度和大气压下，蒸气体积与液体体积之比。气液比是温度函数，用它评定、预测汽油气阻倾向，比用馏程、蒸气压更为可靠。第47页抗爆(震）性（anti-knocking)抗爆性抗爆性指汽油在各种使用条件下抗爆震燃烧能力,用辛烷值表示。辛烷值定义是：异辛烷辛烷值定为100，正庚烷定为0，汽油辛烷值测定是以异辛烷和正庚烷为标准燃料，使其产生爆震强度与试样相同，标准燃料中异辛烷所占体积百分数就是试样辛烷值。抗爆能力与化学组成相关。带支链烷烃以及烯烃、芳烃通常含有优良抗爆性。提升汽油辛烷值主要靠增加高辛烷值汽油组分，如乙醇、二甲醚(DME)、MTBE、DIPE。第48页中国汽油辛烷值汽油按马达法辛烷值分为70号和85号二个牌号,按研究法辛烷值分为90号、93号、95号和97号车用汽油四个牌号,当前日常生活中中国汽油牌号就是按研究法辛烷值分类。第49页第50页第51页甲基叔丁基醚(MTBE)化学反应：在催化剂作用下混合碳四中异丁烯与甲醇醚化反应 生成MTBE：H2C=C(CH3)2 CH3OH 催化剂 (CH(CH3 3)3 3C-O-CHC-O-CH3 3 Methyl tert-butyl etherMethyl tert-butyl ether工艺流程：原料净化醚化反应产品分离甲醇回收第52页DME,DIPEDimethyletherCH3-O-CH3Diisopropylether第53页汽车尾气主要成份主要污染物为主要污染物为碳氢化合物碳氢化合物、氮氧化合物、氮氧化合物、一氧化一氧化碳碳、二氧化硫二氧化硫、甲醛、含铅化合物、苯丙芘及固、甲醛、含铅化合物、苯丙芘及固体颗粒物等。能引发体颗粒物等。能引发光化学烟雾光化学烟雾等。等。以往含铅汽以往含铅汽油经燃烧后油经燃烧后,85%,85%左右铅排入大气中造成铅污染。左右铅排入大气中造成铅污染。第54页清洁汽油（Clean gasoline）清洁汽油是一个新配方汽油(Reformulated gasoline)，它既能够为汽车提供有效动力，又能降低有害气体排放。新标准对车用汽油中可能产生有害气体组分做了严格要求，包含：硫含量、铅含量、苯含量、芳烃含量、烯烃含量等。第55页清洁汽油优点1)省油降低污染：燃油系统清洁，油品雾化程度提升，混合气完全燃烧，功率增加使用清洁汽油汽车，尾气排放中碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、甲醛等将大大降低。2)清洁汽车部件：使用清洁汽油汽车能够保持发动机燃油系统清洁，如化油器或喷嘴，进排气阀、火花塞、燃烧室、活塞等，燃油系统不会产生积碳，降低机械磨损，延长汽车使用寿命。3)改进行驶性能：发动机轻易开启，转速平稳，加速性能好。第56页尾气碳氢化合物排放源汽车尾气碳氢化合物来自三种排放源。对普通汽油发动机来说，约60%碳氢化合物来自内燃机废气排放，20%25%来自曲轴箱泄漏，其余15%20%来自燃料系统蒸发。第57页三元型催化式排气净化器反应原理反应原理：氮氧化合物分解为氧气和氮气氮氧化合物分解为氧气和氮气 2NOx xO2+N2一氧化碳被氧化为二氧化碳一氧化碳被氧化为二氧化碳 2CO+O2 2CO2碳氧化合物被氧化为二氧化碳和水蒸汽碳氧化合物被氧化为二氧化碳和水蒸汽 2CxHy+(2x+y/2)O2 2xCO2+yH2O 第58页三元型催化式排气净化器三元型催化式排气净化器壳体用耐高温不锈钢制成，内部蜂巢式通壳体用耐高温不锈钢制成，内部蜂巢式通 道上涂有催化剂，催化剂成份有铂、钯和铑等稀土金属。道上涂有催化剂，催化剂成份有铂、钯和铑等稀土金属。第59页第60页三元型催化式净化器防污效果第61页作业作业列表比较甲醇、二甲醚、乙醇、MTBE辛烷值、单位热值、含氧量（）及毒性。比较以上燃料生物降解性比较以上燃料生物降解性。比较以上燃料在中国市场价格及产量。第62页主要炼油及烯烃石化原料主要炼油及烯烃石化原料过程工艺过程工艺第63页方方 法法原原 理理原原 料料目主要产品主要产品分分馏馏常常 压压利用加热和冷凝，把石油分成不一样沸点范围蒸馏产物原原 油油得到不一样沸点范围蒸馏产品溶剂油、汽溶剂油、汽油、煤油、油、煤油、柴油、柴油、重油重油减减 压压重重 油油润滑油、凡润滑油、凡士林、石蜡、士林、石蜡、沥青、石油沥青、石油焦焦裂裂化化热裂化热裂化在一定条件下，把分子量大、沸点高烃断裂为分子量小，沸点低烃重重 油油提升汽油产量汽油和甲烷、汽油和甲烷、乙烷、乙烯乙烷、乙烯和丙烯和丙烯催化裂化催化裂化裂裂 解解（深度裂化）（深度裂化）在高温下，把长链分子烃断裂为各种短链气态烃和液态烃含直链烷烃石油分馏产品取得短链不饱和烃乙烯、丙烯、乙烯、丙烯、丁二烯丁二烯【思索】1、怎样判别：第64页第65页第66页第67页第68页BTEXbenzene,toluene,ethylbenzene,xylene第69页第70页第71页第72页第73页Alkylation加烷基加烷基第74页裂解裂解是石油化工生产过程中，以比裂化更高温度（700800，有时甚至高达1000以上），使石油分馏产物（包含石油气）中长链烃断裂成乙烯、丙烯等短链烃加工过程。裂解是一个更深度裂化。石油裂解化学过程比较复杂，生成裂解气是成份复杂混合气体，除主要产品乙烯外，还有丙烯、异丁烯及甲烷、乙烷、丁烷、炔烃、硫化氢和碳氧化物等。裂解气经净化和分离，就能够得到所需纯度乙烯、丙烯等基本有机化工原料。当前，石油裂解已成为生产乙烯主要方法。第75页裂解反应裂解反应第76页第77页第78页第79页第80页第81页第82页作业总结石化工业主要产品化学式及生产过程化学方程式。第83页以天然气为原料生产合成氨及甲醇CH4+H2OCO+3H2CO+2H2CH3OHN2+3H22NH3第84页以天然气或煤炭为原料生产合成氨及甲醇反应热CH4+H2OCO+3H2-206.4kj/molCO+H2OCO2+H2+41.2kj/molC+2H2OCO2+2H2-80kj/molN2+3H22NH3+46.2kj/molCO+2H2CH3OH？第85页成都天成碳一化工有限企业主要从事天然气化工、煤化工、碳一化工和气体净化等领域研发、设计和咨询服务。企业主要技术：1.天然气、水煤气、碳化气、变换气、焦炉气、液化气、沼气、CO2以及城市煤气等含硫气源干、湿法脱硫等分离净化技术；2.各种气分离净化技术；3.甲醇制二甲醚生产技术；4.甲醇裂解制氢、氨裂解制氢及甲烷转化制氢技术；5.甲醇及其下游产品生产技术；6.一氧化碳羰基化制甲酸甲酯技术；7.甲酰胺、二甲基甲酰胺一、二步法生产技术等。企业主要产品：1.TC-10X系列常温氧化铁脱硫剂；2.TC20X系列羰基硫水解催化剂；3.TC-30X系列宽温铁锰脱硫剂及特种活性碳系列；4.氧化锌系列脱硫剂；5.氨裂解制氢催化剂；6.甲醇裂解制氢催化剂；7.天然气蒸气转化催化剂及甲烷化催化剂；8.甲烷催化剂；9.各种规格、型号变压吸专用吸附剂；10.各种规格变压吸附专用程控阀等。第86页Endofthe2ndlecture第87页2.3 炼油及石油化学工业环境保护工艺及环境化学第88页能源环境化学、化学工程、节能减排能源环境化学、化学工程、节能减排降低工业GDP/能耗比降低生产能源产品能耗：炼油炼油、生物质能。降低大宗耗能工业原料能耗：化肥化肥、水泥、炼铝、炼焦炼焦、钢铁等。提升发电厂能效。发展可再生能源、洁净能源、洁净煤工艺技术洁净能源、洁净煤工艺技术。降低工业GDP/水耗比，增加水循环使用比率增加水循环使用比率。回收利用废弃物，废弃物发电及供热。回收利用废弃物，废弃物发电及供热。发展绿色产品、绿色及节能工业发展绿色产品、绿色及节能工业、绿色建筑。第89页炼油厂及普通石油化学工业三废减排及处理炼油厂及普通石油化学工业三废减排及处理1.废水初级处理（除油、除渣）、生物处理（除有机物）、深度处理及再利用。2.冷却水、清洗水、冷凝水应该回收，增加水循环使用百分比。3.废油渣能源化使用，废催化剂回收。4.高浓度废碱液需要特殊处理。5.有效利用酸碱废液中和，废溶剂回收等。6.预防有机气体(asVOC,volatileorganiccarbon)泄漏；回收及处理有机气体。7.发展及采取新产品，如生物分解性好清洁剂。8.发展及采取新工艺，如以往成功地使用隔模法电解食盐水（取代汞电极）制备氢氧化钠、氯气、氢气、氯乙烯。第90页废水处理第91页废水预处理Segregation隔離処理Equalization流量均勻化Neutralization酸碱中和Temperatureadjustment溫度調節Detoxification去毒Aeration通（曝气）氧第92页废水初级处理（除油、除渣）、生物二级处理（除有机物）、深度处理及再利用。第93页炼油厂废水处理过程除油（物理化学方法）除油（物理化学方法）除溶解有机质（微生物法）除溶解有机质（微生物法）除含毒性物质除含毒性物质处理废渣处理废渣第94页普通炼油厂废水处理过程第95页主要水污染物质定义ThODTheoreticaloxygendemandCODChemicaloxygendemandBODBiochemicaloxygendemandTC,TOCTotalcarbon,totalorganiccarbonTN,TON,TKN,AmmoniumnitrogenTotalnitrogen,totalorganicnitrogen第96页監測方法Biological：Fishtest,coliform,Biochemical:BODtest,enzymeinhibitionChemical:COD,TSS,VSS,TKN,ammonia,phosphate,alkalinity,etcInstrumental:includingallabove,plusIC(inorganicanions),TOC/TC,Atomicadsorption,ICP(metals),GC,GC/MS,HPLC,Electronmicroscope,microscope,spectrophotometry,particlecounter,etc.第97页练习题计算酚、乙酸、单糖、氨ThOD废水中含100mg/L胺基苯，其TON为多少？COD?TOC?第98页ConceptofBODBiologicaloxygendemand要抄笔记！要抄笔记！第99页第100页BOD=ThODLeftoverEnergystoredasMicrobialBiomassSomeThODofacompoundisoxidized,someisleftover,andsomeisstored.第101页第102页高浓度废液第103页炼油及裂解过程副产物及废物：含硫废碱液，含酚废碱液CO2+2NaOHNa2CO3+H2OH2S+2NaOHNa2S+2H2OCOS+4NaOHNa2S+Na2CO3+2H2ORSH+NaOHRSNa+H2O第104页酚类萃取回收酚类萃取回收Extractionandrecoveryofphenols第105页湿式氧化工艺湿式氧化工艺WetOxidationTechnology非催化湿式氧化工艺非催化湿式氧化工艺催化湿式氧化工艺催化湿式氧化工艺超临界氧化工艺超临界氧化工艺第106页WAO第107页第108页第109页第110页第111页“酸气”脱硫过程第112页MethyldiethanolamineMDEADiethanolamineDEARemoveH2Sfromsourgas第113页加氢脱硫加氢脱硫第114页大自然中硫改变路径简示第115页炼油厂硫最终形态及去处第116页第117页NOx氧化路径：第118页第119页2原理原理：第120页第121页VOC(volatileorganiccarbon)ControlBenzeneandBTEXOrganichalides:VCM,RX,CFCVaporizedSolventsGeneralHCvapor第122页第123页第124页第125页习题算出以下各化学反应反应热加入甲醇或尿素还原一氧化氮第126页End第127页2.4 煤化学、煤化工2.5 洁净煤工艺第128页煤元素组成煤中有机质主要组成元素是碳，煤结构单元骨架，燃烧时产热主要起源，泥炭含碳量55-62%；褐煤60-77%；烟煤70-93%；无烟煤88-98%。第129页煤元素组成微量元素在燃烧后其元素或化合物完全挥发进入气相有Hg,F,Br,Cl,B,I,而富集于飞灰有As,Cd,Ga,Ge,Pb,Sb,Sn,Te,Zn 等，其中Hg,Pb,As,Cd 等是毒性高元素。灰分(Ash)为燃烧后残余固体无机物，含钙、磷、硅、铁等。煤中还有水分等杂质，水在煤中含量为0.3-25%不等。第130页表表2.1 原油、汽油与几个原油、汽油与几个经经典煤种元素典煤种元素组组成成元元素素组组成成无无烟烟煤煤中中等等挥挥发发分分烟烟煤煤高高挥发挥发分分烟煤烟煤褐褐煤煤原原油油汽汽油油ABC93.788.484.580.372.783878085H2.45.05.65.54.211141314O2.44.17.011.121.30.1-217*N0.91.71.61.91.20.02-2微微量量S0.60.81.31.20.60.06-1.0微微量量*含5%MTBE或20%乙醇。第131页煤焦化及焦油第132页馏分沸点范围馏分产率（对无水焦油）轻油1700.40.6酚油1702101.82.5萘油2102301016洗油230300710一蒽油3003601723二蒽油36044038表2.9 焦油馏分部分组成第133页表2.10 焦油中主要中性组分第134页表2.11 粗酚组成及性质酚类代表物质为苯酚。纯净苯酚是无色棱形结晶，有特殊气味，在空气中放置因易被氧化而变成红色。室温时稍溶于水，在65以上可与水混溶；也易溶于乙醇、乙醚、苯等有机溶剂。苯酚是有机合成主要原料，多用于制造塑料、胶黏剂、医药、农药、染料等。第135页第136页命名命名phenylphenol 苯酚 naphthylnaphthol 萘酚 2,6-naphthoquinone 2,6-萘醌萘醌第137页表2.12吡啶及其同系物性质第138页五元杂环化合物呋喃、噻吩、吡咯结构和苯相类似。组成环四个碳原子和杂原子（N，S，O）均为sp2杂化状态，它们以键相连形成一个环面第139页19世纪中期，煤焦油工业兴起以后，在对芳香族化合物研究过程中，发觉了合成染料。当前使用染料，则都是由芳香或杂环化合物合成。合成染料品种极多，颜色鲜艳。第140页苯胺 C6H5NH2 存在于煤焦油，是油状液体，沸点184，微溶于水，易溶于有机溶剂，有毒。新蒸馏苯胺无色，放置后能因氧化而变为黄、红或棕色。苯胺是主要有机合成原料，用于制染料、药品等。第141页煤中有机硫主要有机硫化合物包含芳香和脂肪硫醇、芳香和脂肪硫醚、二硫醚、环硫醚以及噻吩类硫 第142页硫脱除各种硫脱除难易程度不一样普通说来，有机硫中脂肪硫醇、硫醚、二硫醚和连在芳香环上二硫醚较轻易热解脱除，普通在500以下即可分解。FeS2在氧化或还原性气氛下较易脱除，在250以下即可发生反应，而在惰性气氛中是相当稳定，歧化裂解脱硫必须在高温下(450以上)进行。与苯环相连芳香类硫较难脱除，噻吩类硫是最稳定最难除。第143页当代先进煤化工艺及工艺组合大致有以下几个主要方式：大型先进煤气化:多喷嘴水煤浆气化、干煤粉气流床气化技术等。一步法合成二甲醚技术:2CO+4H2 CH3OCH3+H2O 煤化工联产系统:煤化工联产系统:如煤焦化以煤气制甲醇 以煤气化为关键多联产系统新一代煤化工技术：以煤气化为龙头，以一碳化工技术为基础，合成、制取各种化工产品和燃料油煤炭洁净利用技术，与电热等联产能够实现煤炭能源效率最高、有效组分最大程度转化、投资运行成本最低和全生命周期污染物排放最少目标。第144页练习分类写出煤焦油中主要有机物名称及结构式。第145页各种煤业废水第146页2.9.1 洗煤及洗煤废水洗煤及洗煤废水a)含硫化铁，易氧化成强酸性：2FeS2+7O2+2H2O2Fe2+4SO42-+4H+4FeS2+15O2+14H2O4Fe(OH)3+8H2SO4b)需要中和硫酸及沉淀分离处理，并回收废水：CaCO3+H2SO4CaSO4+H2O+CO2第147页表2.14宝钢焦化厂废水排量和水质废水起源水量m3/d水质，mg/L总NH3酚总CN-SCN-S2-油COD氨水8304000150700753206300粗苯10045004001506001406700焦油2055003600300145160011015000苯加氢502500302020380010003000酚精制6526008512700古马隆560001401100吡啶精制3005600沥青焦195134012001201209602105540混合氨水1265337017501306303703005450溶剂脱酚废水1265337070130630370902250蒸氨废水138527064364807581750第148页表2.15 冷煤气发生站废水水质污污染染物物浓浓度度mg/L无烟煤无烟煤烟煤烟煤褐煤褐煤水不水不循循环环水循水循环环水不水不循循环环水循水循环环悬悬浮浮物物120010020030004001500总总固固体体1505005000100007001000170015000150011000酚酚类类101002501800903500130063005006000焦油焦油少许703002003200多多氨氨525050100010480500260070010000硫化硫化物物2040200少许少许少许氰氰化化物物和和硫硫51050500102510COD20150500350040070028000120023000第149页废水处理方法:废水成份酚氨硫氰COD第150页石化相关物质生物降解性醇、二醇、三醇、酸、酮、醚苯、酚胺吡啶硫醇噻吩第151页煤化工艺及工艺组合煤化工艺及工艺组合第152页图2.3 当代煤化工业简示图第153页 煤煤天然气天然气LPG(C3H8)以及乙烷、丁烷、乙烯、丙以及乙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烷（烯、丁烷（2.8MPa瓶装）瓶装）CNG（20MPa）LNG（-164oC）二甲醚二甲醚 DME（CH3OCH3，含，含O2：34.8）甲醇（甲醇（CH3OH）（有毒性、吸水性、腐）（有毒性、吸水性、腐蚀性）蚀性）FT油油FT50（神华，（神华，500万吨万吨/年）年）H2（当前主要从天然气制取）（当前主要从天然气制取）第154页煤气化 Coal Gasification第155页第156页第157页图2.4煤气化流程示意图第158页WabashRiverPlant,Indiana第159页高效气体净化和分离技术第160页第161页第162页第163页第164页作业将以上五页化学物理及化学脱硫程序完全明白后制图或表说明之。第165页第166页IGCCIntegratedGasificationCombinedCycle煤气化联合循环发电煤气化联合循环发电第167页第168页第169页图2.5 多联产：资源/能源/环境一体化能源系统第170页图2.6 未来煤气化工艺“FutureGen”系统第171页表表2.13 2.13 三种气化工艺废水性质三种气化工艺废水性质废水中废水中杂质杂质mg/Lmg/L固定床固定床（LurgLurgi i鲁奇炉）鲁奇炉）流化床流化床（WinklWinklerer温克勒温克勒床）床）气流床气流床（TexacTexaco o德士古德士古炉）炉）焦油焦油5001020苯酚苯酚150055002010甲酸化甲酸化合物合物1001200氨氨35009000900013002700氰化物氰化物14051030CODCOD350023000200300 200760第172页图2-7煤间接液化流程示意图第173页Fischer-Tropsch法（FT法）在催化剂帮助下制成以石蜡烃（直链烃）为主燃料油和其它化工产品nCO+2nH2(-CH2-)n+nH2O第174页2.9 环境保护需要及煤化工业规划环境保护需要及煤化工业规划煤化工产业发展对煤炭资源、水资源、生态、环境、技术、资金和社会配套条件要求较高。推进煤化工行业发展关键在于真正做到以经济效益及环境连续发展为中心。新型煤化工产业发展应充分重视水资源约束影响，发展节水工艺。第175页水资源是建设新型煤化工工程主要基础条件以耗水量来考虑，许多产煤基地本身就很缺水，对发展新型煤化工是一大制约。比如150万t/a油品间接液化，工厂日需原水供给量约为5.5万立方米；100万t/a油品直接液化工厂日需原水约2.3万立方米。第176页2.9 环境保护需要及煤化工业规划环境保护需要及煤化工业规划煤液化制油及新型煤化工项目耗资巨大，能耗高，以多能源换取更少能源，必须审慎考虑长久利益及生命周期。新型煤化工工程建设和生产运行是应用多领域高新技术和实施大规模工程相结合复杂系统工程，技术和工程管理水平要求高，所以必须重视组织管理和培育高素质技术队伍，实施先进、科学、高效 管理和经营模式。第177页煤层气煤层气煤层气是一个在含煤岩层中，以腐植性有机物质为主成煤物质在成煤过程中自生非常规天然气，主要成份为CH4占90%以上。中国煤矿安全事故80%与瓦斯相关 甲烷是含有强烈温室效应气体，其温室效应要比二氧化碳大20-25倍。资料显示，对于浅层煤层气，全国平均每开采一吨煤将造成1到1.1立方米甲烷排放。第178页练习练习估算每立方米甲烷含量估算每立方米甲烷含量估算每次加油释放到空气中汽油量估算每次加油释放到空气中汽油量第179页煤层气煤层气全球煤层气总资源量大约为全球煤层气总资源量大约为260260万亿立方米万亿立方米中国煤层气资源总量超出万亿立方米，相当中国煤层气资源总量超出万亿立方米，相当于亿吨标准煤，位居世界第三，以山西、于亿吨标准煤，位居世界第三，以山西、陕西、内蒙古等西部省区煤层气资源量最大，有陕西、内蒙古等西部省区煤层气资源量最大，有万亿立方米万亿立方米,陆续在鄂尔多斯、准噶尔和塔里陆续在鄂尔多斯、准噶尔和塔里木以及东海、南海等地发觉了煤层气田和含煤层木以及东海、南海等地发觉了煤层气田和含煤层气结构。其中资源条件很好、含有良好开发前景气结构。其中资源条件很好、含有良好开发前景有万亿立方米。有万亿立方米。第180页煤层气成本煤层气成本美国煤层气成本为每立方米四美分（约合美国煤层气成本为每立方米四美分（约合1.13元元/1000立方英尺）立方英尺）第181页能源环境政策能源环境政策1)节节能能政府率先，政府率先，带动带动清清洁洁生生产产2)优优化能源化能源结结构构降低用煤百分比，使用清洁煤工艺3)推进环境保护标准发电厂功效效率及环境保护标准达标4)能源环境保护技术改进火力发电厂以低成本环境保护设备降低污染5)环境保护成本纳入机制火力发电厂环境保护效益奖励、生态环境破坏罚款、建立环境保护能源基金。6)推进能源环境保护市场排排污污达达标标余余额额出售、可再生能源配出售、可再生能源配额额及再及再生生电电源市源市场场化。化。第182页习题熟悉化石燃料相关中英文专有名词（见附录）。归纳并熟悉石油及煤化工主要产品化学品名及产生过程方程式。熟悉煤焦化主要产品化学名称及结构式。