资源描述
第1页 能源定义 能源是指能为人类提供热、光、动力等有用能量物质或物质运动统称。经济发展和社会进步，能源先行。社会越发展，生产力越高，人类对能源依赖程度也越高，同时对能源利用水平也越高。能源利用广度和深度是衡量一个国家生产力水平主要标志之一第2页一、能源利用历史进程一、能源利用历史进程 能源，为人类文明发展作出重大贡献。人类历史上每次能源技术重大突破都引发一次生产力飞跃。人类文明每一步，都和能源利用息息相关。人类社会发展历史就是一部不停向自然界索取能源历史。1、柴薪、柴薪时时代代柴薪是人类第一代主体能源。人类学会用火之后，首先用树枝、杂草等作为燃料，用于燃烧煮食和取暖。火还给人类以光亮，使人能在夜间活动。火还能够煅烧矿石、冶炼金属、制造工具。恩格斯在评价火作用时说：“磨擦生火第一次使人支配了一个自然力，从而最终把人同动物分开。”第3页2、煤炭时代公元前5我国古人就发觉了“黑石头”（煤），用煤作燃料已经有1000多年历史。17世纪中叶，因为煤炭生产和使用技术日趋成熟，人类能源消费逐步由煤炭代替木炭。煤气灯使用，蒸汽机创造，使煤炭一跃成为第二代主体能源，并开创了18世纪工业文明。以煤炭作燃料蒸汽机，使纺织、冶金、采矿、机械加工等工业取得快速发展。同时，蒸汽机车、轮船出现，使交通运输业得到巨大进步。19世纪以来，电磁感应现象发觉，使得由蒸汽轮机作动力发电机开始出现，煤炭作为一次能源被转换成愈加便于输送和利用二次能源电能。第4页3、石油、石油时时代代公元前250年，中国人就首先发觉石油是一个可燃液体。自1782年瑞士人创造煤油灯到1853年全球普遍使用，石油所发挥功效几乎全是照明。1854年，美国宾夕法尼亚州打出了世界上第一口油井，石油工业由此发端。19世纪末，人们创造了以汽油和柴油为燃料内燃机。福特研制成功了第一辆汽车。今后，汽车、飞机、柴油机轮船、内燃机车、石油发电等将人类飞速推进到当代文明时代。石油以及天然气开采与消费开始大幅度增加，并以每年2亿吨速度连续增加。即使经历了屡次石油危机，石油价格高涨，但石油消费量却不见有丝毫降低趋势。现已成为第三代主体能源。世界进入了“石油时代”。第5页4、核能开发在20世纪30年代，人们开始了从原子核取得能量研究，40年代建成核反应堆，50年代建成核电站，以后核能开发技术日趋成熟。因为受石油危机影响，核能利用在20世纪80年代发展最快，据统计，1980年至1985年世界核能消费量增加了90%，而前苏联竟然增加了121%。截至年12月,全世界正在运行中反应堆有439 座,相比444座微量下降,但发电能力稳步上升,总发电量到达 37117GW,全世界核电供给已经到达总供电量16%,许多国家到达总供电量1/3。第6页5.天然气天然气主要成份是甲烷有少许乙烷和丙烷。是一个优质能源。现已起到越来越主要作用。另外，水能、风能、太阳能利用等也得到更多重视。第7页二、能源分类二、能源分类 能源家族组员种类繁多，而且新组员不停加入。只要能为人类利用以取得有用能量各种起源都能够加入到能源家族中来。能源家族从不一样角度能够划分不一样组员，从其产生方式以及是否可再利用角度可分为一次能源和二次能源，可再生能源和不可再生能源；依据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染能源和清洁型能源；依据使用性质又可分为常规能源和新型能源。第8页一次能源中有可再生水力资源和不可再生煤炭、石油、天然气资源。其中，煤、石油和天然气是当今世界一次能源三大支柱，组成了全球能源家族结构基本框架。另外，一次能源小家族中也列入了像太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及核能。二次能源中包含电力、煤气、汽油、柴油、焦炭、洁净煤、激光、沼气等。污染型能源包含煤炭、石油等，清洁型能源包含水力、电力、太阳能、风能和核能等。常规能源包含一次能源中可再生水力资源和不可再生煤炭、石油、天然气等资源，新型能源包含太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及用于核能发电核燃料等。第9页按照全世界按照全世界对化石燃料消耗速度化石燃料消耗速度计算，算，这些能源可供人些能源可供人类使用使用时间大大约还有：有：储量有限化石燃料量有限化石燃料第10页我国一次能源消费总量从1978年5.3亿吨标准煤，上升到14.3亿吨标煤。在年，我国石油消费量达3亿吨，其中进口1亿吨，预计到20，我国石油消费量要达4.5亿吨，其中进口量要达2.7亿吨，到2050年，我国石油消费量要达6亿吨，其中进口量要达4亿吨，相当于当前美国石油进口量。第11页大大庆油田油田n从1960年至累计生产原油17多亿吨。n27年稳产在5000万吨/年以上。n 1997年最高产量为5600万吨/年n 为5013万吨/年n 20计划产量4830万吨/年n 进入递减开采期。n 化工报2003-1-18-1第12页据美国石油业协会预计，在2050年之前，世界经济发展将越来越多地依赖煤炭。其后在2250到25之间，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供给枯竭。一些工业发达国家天然气也将在被用完；而发展中国家在2060年也将会发生天然气短缺。第13页 太阳能即太阳太阳能即太阳辐射能，它是太阳内部射能，它是太阳内部连续不停核不停核聚聚变反反应过程程产生能量。生能量。第14页地球地球轨道上平均太阳道上平均太阳辐射射强度度为1367kw/m1367kw/m2 2。地球赤道周。地球赤道周长为40000km40000km，从而可从而可计算出，地球取得能量可达算出，地球取得能量可达1.72(101.72(101717)W)W。也就是。也就是说太阳每秒太阳每秒钟照射照射到地球上能量就相当于到地球上能量就相当于500500万吨煤。万吨煤。第15页德国大学生研德国大学生研发风力推力推进自行自行车水能水能第16页（一）（一）对太阳能太阳能间接利用接利用（1 1）经过光合作用形式利用太阳能光合作用形式利用太阳能第17页太阳能太阳能间接利用接利用煤炭煤炭当代工当代工业粮食粮食石油石油当代工当代工业血液血液天然气天然气最清最清洁化学能源化学能源可燃冰可燃冰未来新能源未来新能源生物生物质能能前景前景辽阔绿色能源色能源第18页（二）太阳（二）太阳辐射能直接利用射能直接利用与其它能源相比，太阳能含有独特与其它能源相比，太阳能含有独特优点：点：（1 1）它没有普通煤炭、石油等）它没有普通煤炭、石油等矿物物燃料燃料产生有害气体和生有害气体和废渣，因而不渣，因而不污染染环境，被称作境，被称作“洁净能源能源”。（2 2）处处都能都能够得到太阳能，使用得到太阳能，使用方便、安全。方便、安全。（3 3）成本低廉，能）成本低廉，能够再生。再生。第19页主要利用路径是光主要利用路径是光电转换，即把太阳能直接，即把太阳能直接转换成成电能。能。这是人是人们当前当前对太阳能利用主太阳能利用主要方式之一。太阳能要方式之一。太阳能电池就属于池就属于这种种转换方方式。式。传统太阳能太阳能电池利用太阳光中高达九成池利用太阳光中高达九成以上可以上可见光。光。（1）对可见光利用）对可见光利用第20页n 太阳能电池太阳能电池太阳能太阳能电池主要以半池主要以半导体材料体材料为基基础，利用光照，利用光照产生生电子空穴子空穴对，在，在PNPN结上能上能够产生光生光电流、光流、光电压现象（光伏效象（光伏效应），），实现光光电转换。硅是最适当最。硅是最适当最理想太阳能理想太阳能电池材料。池材料。第21页太阳能太阳能电池：池：“神舟七号神舟七号”动力之源力之源 主主电源太阳能源太阳能电池池阵为左右两翼帆板左右两翼帆板组成，每翼分成，每翼分别为4 4块太阳能太阳能电池板，整船共使用太阳能池板，整船共使用太阳能电池池1169011690片片第22页n 太阳能电池太阳能电池按照所用材料不一按照所用材料不一样：n硅太阳能硅太阳能电池池(单晶硅、多晶硅、非晶硅）晶硅、多晶硅、非晶硅）（光（光电转化效率高，成本高，制化效率高，成本高，制备工工艺复复杂！）！）n以无机以无机盐如砷化如砷化镓、硫化、硫化镉、铜铟硒等多元化合物硒等多元化合物为材料材料电池池（镉：剧毒。毒。铟、硒：稀有元素）、硒：稀有元素）n功效高分子材料制功效高分子材料制备大阳能大阳能电池池（处于研于研发早期、早期、转化效率低、使用寿命短）化效率低、使用寿命短）n染料敏化染料敏化纳米晶体太阳能米晶体太阳能电池池（正在研（正在研发）第23页太阳能太阳能电池池发展方向展方向n材料与器件结构研究与开发n各种太阳能电池材料研究n杂质与缺点转换效率及稳定性影响n使用薄膜技术和剥离技术。n大规模生产技术开发n跟踪与聚光n储电及并网发电结合n并网发电已占50%n以建成多个兆瓦级电站，100MW规模VS太阳能热发电站n与建筑物结合n架设太阳电池组件n日本：1994-2万套屋顶光伏系统185MW；七万屋顶计划 280Mn美国：1997-年 百万屋顶计划 3025MW 发电成本6美分n集成在建筑材料上n曲线形屋顶瓦、垂直幕墙、窗用玻璃第24页n 太阳能太阳能发电站站 太阳能光伏太阳能光伏发电系系统主要主要由由太阳太阳电池池阵列、列、贮能蓄能蓄电池、防反充二极管、充池、防反充二极管、充电控制器及逆控制器及逆变器、器、测量量设备等等组成。成。太阳能太阳能发电站一旦建成，不需要运行站一旦建成，不需要运行投投资即能利用即能利用,但早期投但早期投资较高。高。加利福尼加利福尼亚一家太阳一家太阳能能发电站中太阳能反站中太阳能反射装置射装置第25页（2 2）对红外外线利用利用主要利用路径是光主要利用路径是光热转换，即把太阳能直接，即把太阳能直接转变成成热能。能。第26页（3 3）对紫外紫外线利用利用紫外紫外线含有含有杀菌功效。波菌功效。波长为300nm紫外光光紫外光光子所含有能量子所含有能量约为399kJ/mol，它比，它比细菌蛋白菌蛋白质分子中主要化学分子中主要化学键C-C（347 kJ/mol）、）、C-N（305 kJ/mol）和和C-S（259 kJ/mol）键键能能大，所以紫外光能量足以使大，所以紫外光能量足以使这些化学些化学键断裂，断裂，从而破坏从而破坏细菌蛋白菌蛋白质分子，到达分子，到达杀菌目菌目标。第27页煤炭煤炭当代工当代工业粮食粮食石油石油当代工当代工业血液血液天然气天然气最清最清洁化学能源化学能源水水可循可循环使用使用资源源第28页1 1、石油、石油 1.1.石油成份石油成份 原原油油成成份份很很复复杂杂，主主要要是是各各种种烷烷烃烃、环环烷烷烃烃和和芳芳香香烃烃组组成成混混合合物物，大大部部分分是是液液态态,但但液液态态中中溶溶有有气气态态和和固固态态物物质质,如如水水(H2O)、氯氯化化钙钙(CaCl2)、氯氯化化镁镁(MgCl2)等盐。等盐。石石油油是是古古代代动动植植物物遗遗体体经经过过长长久久复复杂杂改改变变而而形形成成一个粘稠性液体。未经加工处理石油叫原油。一个粘稠性液体。未经加工处理石油叫原油。煤油照明煤油照明 汽油用于运输汽油用于运输 作燃料来发电作燃料来发电第29页原油必须先经过脱水、脱盐等处理过程然后再进行原油必须先经过脱水、脱盐等处理过程然后再进行炼制。炼制。石油炼制主要是经过分馏方法把原油分成不一样沸石油炼制主要是经过分馏方法把原油分成不一样沸点范围蒸馏产物，这些分馏产物叫馏分。点范围蒸馏产物，这些分馏产物叫馏分。石油分馏可得汽油、煤油、柴油等轻质液体燃料，石油分馏可得汽油、煤油、柴油等轻质液体燃料，占石油总量占石油总量25%左右。左右。第30页分分馏产品品 分子中含碳原子数分子中含碳原子数 沸点范沸点范围 用途用途 溶溶剂油油 C5C6 30150 0C 油脂、橡胶、油漆生油脂、橡胶、油漆生产中作溶中作溶剂 汽油汽油 C6C11 220 0C 以下以下（80-200 0C）飞机、汽机、汽车等汽油机等汽油机燃料燃料 航空煤油航空煤油 C10C15 150250 0C 喷气式气式飞机燃料机燃料 煤油煤油C11C16 180310 0C 拖拉机用燃料，工拖拉机用燃料，工业洗洗涤剂 柴油柴油 C15C18 200360 0C 重型汽重型汽车、军舰、轮船、坦克、拖拉机等船、坦克、拖拉机等各种高速柴油机燃料各种高速柴油机燃料 润滑油滑油 C16C20 360 0C以上以上机械上润滑剂、降低机械磨损、防锈 凡士林凡士林 液液态烃和固和固态烃混合混合 润滑滑剂、防、防锈剂 石蜡石蜡 C20C30 制蜡制蜡纸、绝缘材料材料 沥青青 C30C40 铺路、建筑材料、防路、建筑材料、防腐涂腐涂剂 石焦油石焦油 主要成份 C 制制电极、生极、生产SiC 石油分馏产品及其用途石油分馏产品及其用途第31页第32页第33页第34页石油是烃混合物，所以没有固定沸点。含碳原子数越少烃，沸点越低。所以，在给石油加热时，低沸点烃先气化，经过冷凝液化后分离出来。伴随温度升高，较高沸点烃再气化，经过冷凝化后又分离出来。这么不停地加热汽化和冷凝液化，就能够把石油分成不一样沸点范围产物。这种方法叫石油分馏。分馏出来各种成份叫做馏分。每一个馏分依然是各种烃混合物。分馏原理第35页怎样评价汽油质量呢？汽油发动机在运转时要经过进气、压缩、点火和排气4个冲程。在汽缸中，汽油蒸气只有在点火燃烧时才能跟活塞运动协调，若汽油质量不佳，在焰峰抵达之前已发生自燃会造成压力骤增而形成冲击波，称为爆燃现象。142第36页重整就是把馏分中烃类分子重新排重整就是把馏分中烃类分子重新排列而组成新列而组成新 分子。分子。重整结果是支链异构体增加，芳烃增加，而这些新化合物中碳原子数依然是在汽油组成范围之内，所以能够大大提升汽油辛烷值。第37页 原油中原油中C6C11组分数量并不多组分数量并不多,所以直接得所以直接得到汽油就不多到汽油就不多。为了提升汽油产量为了提升汽油产量,人们把一些人们把一些非汽油组分长链大分子烃类切断以求得更多非汽油组分长链大分子烃类切断以求得更多汽油汽油组分烃类。这就是原油二次加工。组分烃类。这就是原油二次加工。分分馏馏塔塔输输出出长长链链大大分分子子烃烃类类经经过过裂裂化化就就可可产产生裂化汽油。生裂化汽油。裂化汽油裂化汽油第38页早早期期裂裂化化工工艺艺是是热热裂裂化化。即即直直接接加加热热方方使使长长链链断断裂裂。选选择择性性很很差差，产产生生许许多多低低于于汽汽油油组组分分小小分分子子烃烃,效效率不高率不高。当当前前采采取取裂裂化化技技术术是是催催化化裂裂化化。即即经经过过催催化化剂剂使使重重油油裂裂化化，产产品品选选择择性性更更加加好好。当当前前商商品品汽汽油油主主要要是是裂裂化化和和重重整整产产生生汽汽油油。从从原原油油中中得得到到其其它它燃燃料料油油还还有有航航空空煤煤油油、柴柴油油、煤煤油油、液液化化石石油油气气、工工业业燃燃料料油油(重油重油)。第39页裂化裂化：在一定条件下，将相对分子质量较在一定条件下，将相对分子质量较大沸点较高烃断裂为相对分子质量较小沸大沸点较高烃断裂为相对分子质量较小沸点较低烃过程。点较低烃过程。裂解：裂解：石油化工生产过程中以比裂化更高石油化工生产过程中以比裂化更高温度（温度（700-800有时甚至高达有时甚至高达1000以上），使石油分馏产物（包含石以上），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，裂解是一个深度裂化。烃加工过程，裂解是一个深度裂化。第40页第41页 提升汽油辛烷值方法提升汽油辛烷值方法A 添加抗添加抗爆剂爆剂：0.1%四乙基铅提升汽油辛烷值四乙基铅提升汽油辛烷值1417。B 调合组分：调合组分：芳烃芳烃(甲苯、异丙苯甲苯、异丙苯)、甲醇、甲基叔丁基醚、甲醇、甲基叔丁基醚(MTBE)3%15%(添加后两种为含氧汽油添加后两种为含氧汽油)。汽油和汽油性能表征汽油和汽油性能表征辛辛烷值辛辛烷值是汽油抗爆性能是汽油抗爆性能间接量度，接量度，车用汽油标号车用汽油标号就是按照汽油辛烷值大小划分，比如就是按照汽油辛烷值大小划分，比如90号汽油表号汽油表示该汽油辛烷值不低于示该汽油辛烷值不低于90。第42页调合剂调合剂分子式分子式调合辛烷值调合辛烷值甲醇甲醇乙醇乙醇异丙醇异丙醇叔丁醇叔丁醇MTBECH3OHCH3CH2OH(CH3)2CHOH(CH3)3COH(CH3)3COCH3130120106108115含氧有机物调合辛烷值含氧有机物调合辛烷值第43页煤炭煤炭结构构2 2、煤、煤第44页煤炭有实用价值综合利用主要有煤干馏、煤炭有实用价值综合利用主要有煤干馏、气化和液化。煤最主要应用是直接作为气化和液化。煤最主要应用是直接作为燃料。燃料。我国：煤消耗中，我国：煤消耗中，30发电、炼焦发电、炼焦；50工工业锅炉、窑炉；业锅炉、窑炉；20人民生活人民生活第45页煤干馏：煤干馏：第46页煤气化：煤气化：是把煤中有机物是把煤中有机物转化化为可燃性气体可燃性气体过程。假如将煤在高温程。假如将煤在高温时与水蒸气反与水蒸气反应即可即可制水煤气，制水煤气，这种气体燃种气体燃烧热比半水煤气高比半水煤气高1 1倍。倍。第47页煤炭液化煤炭液化人造石油人造石油煤炭液化是指以煤炭煤炭液化是指以煤炭煤炭液化是指以煤炭煤炭液化是指以煤炭为为原料，原料，原料，原料，经过经过化学加工化学加工化学加工化学加工过过程，程，程，程，生生生生产产油品和石油化工油品和石油化工油品和石油化工油品和石油化工产产品。品。品。品。煤炭直接液化煤炭直接液化:煤炭煤炭间接液化接液化:煤炭煤炭煤炭煤炭煤粉煤粉煤粉煤粉油煤油煤油煤油煤浆浆加加加加氢氢裂化裂化裂化裂化液体油品液体油品液体油品液体油品煤炭、氧气、水蒸气煤炭、氧气、水蒸气煤炭、氧气、水蒸气煤炭、氧气、水蒸气H H H H2 2 2 2和和和和COCOCOCO混合气体混合气体混合气体混合气体第48页3 3、天然气、天然气 天天然然气气是是古古生生物物遗遗骸骸长长久久沉沉积积地地下下，经经慢慢慢慢转转化化及及变变质质裂裂解解而而产产生生气气二二氧氧化化碳碳态态碳碳氢氢化化合合物物，主主要要成成份份为为甲甲烷烷（CH4），还还含含有有乙乙烷烷、丁丁烷烷、戊戊烷烷、二氧化碳、硫化氢等。二氧化碳、硫化氢等。第49页 西气东输二号线第50页4 4、水与可燃冰水与可燃冰 甲烷与水在海底低温和高压下形成冰状化合物,能够燃烧.存贮量大,可供人类使用10以上.第51页可燃冰学名叫天然气水合物。可燃冰可望成为二十一世纪替代煤、石油、天然气新型能源矿产。它是一种由水分子和碳氢气体分子组成结晶状固态简单化合物。其外形如冰雪状，通常呈白色。在天然气水合物中通常含有大量甲烷或其他碳氢气体分子，极易燃烧燃烧后几乎不产任何残渣。157第52页
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