第二章+应用资源化学2012.ppt

人类对资源的认识经历:天命论——征服论——协调论三个阶段，目前人类已认识到资源开发管理是复杂的系统工程，但二战后人类可用资源已消耗、破坏了1/3，而森林只剩下1/6。 第二章 资源化学 § 2.4.2 能源的分类 按来源 天体能 地球能源（地壳能源）主要指矿物能源，占人类应用总能源的95% 生物能源 太阳能 其它 如潮汐、核燃料 直接能源：阳光辐射 间接太阳能源 生物 化石 海浪、温差 按再生性 枯竭（不可再生）能源 可再生能源 生物质 自然能源 风、水力、海洋、太阳 按可燃性 燃料能源 非燃料 按对环境影响 排废能源 洁净（绿色）能源 按市场特点 非商品能源：太阳、风 商品 能源 传统 能源 新型 能源 柴草(薪柴)1850时薪柴提供了人类所需能源的90% 煤炭 1900人类从煤炭获得的能量的70% 石油 1959石油成为主要能源目前约占人类总能源的60% 燃料 非 燃料 生物质能 热核能 H、3H、He、Li 矿物 如天然气水合物（甲烷冰） 太阳能 风能、潮汐、波浪 地热(水、气、岩 地下热岩可提供100-360℃)热水式蒸汽，可 用几千年 冷能 如低温形成的温差 如海水下层水可蒸发丁烷产生动力 液氮可用于汽车和发电汽车，人体体温可用于办公照明 浓差 如渗析电池 1t标准煤=7GCal=2.93×1010J（29.3GJ）=8.13kwh=1.4t原煤 =0.7t石油=0.6676t标油=0.77km3天然气 1t2235U裂变能=280万t标煤; 1t2H聚变能=1200万t标煤 再生性与污染性: 如在提供同样热量的条件下，天然气产生的 CO2比石油少30%，比煤少43%。 §2.4.3 能源的品质评价—能源单位换算 能源材料：产生或改变能源状态的材料。 化学不仅是提供能源材料的基础科学而且在能源的控制、高效利用和贮运中发挥着不可替代的作用，如 §2.4.4 化学与能源技术 新 能源 开发 太阳能电池、集热器、燃料电池、浓（盐）差电池 燃料 核、热核材料 合成汽油、甲醇 制氢 如热化学循环制氢已设计200多条途径 能源贮运 化学蓄热、贮冷，如利用反应 贮氢材料 化学热管 液体在管中热端将净热带到冷端冷凝放热后通过芯毛 细管返回的导热装置 高效 利用 煤化学 气化、液化 生物质利用—世界年产木质素约6×1014t/a，纤维素约1×1015t/a， 半纤维素 4×1014t/a 、可转化为CH4、乙醇、生物柴油 低值燃料利用 石油增产与利用 催化 洁净煤技术指煤的低污染、高效化的加工利用技术。 原煤直接燃烧的缺点： 热效率低，我国煤燃烧热效率仅10%~30%。 运输困难。 污染。大气污染的70%由煤造成，是空气中SO2和NOX的主要来源，另外还产生大气粉尘、粉煤灰、炉渣等。 我国：由于燃煤排放SO22500万t/a酸雨复盖面积达30%，城市雨水pH5.6，另还排放NOX800万t/a；粉尘1700万t/a；煤矸石7500t/a，已积存30亿t，占地1.2万ha；渣2亿t/a；粉煤灰 1.5亿t，积存6亿t，占地50万亩；污染系数是发达国家的20倍。煤污染造成的损失约1000亿元/a。 3）洁净煤技术（clean coal tech） 4）煤的气化 气态燃料主要是天然碳氢化合物及其加工产物。 炼焦是烟煤在通气条件下加热的芳构化过程，目的主要是获得焦炭，是典型的干馏为主的以高温煤热加工过程。高温焦化是回收苯、萘、蒽的重要过程；中温焦化主要生产燃料；低温焦化又称半焦化（兰炭），主要产生80%的半焦，10%的煤气和10%的焦油，其中C8烷、烯、环烷较多，含酚，但不含芳烃。 5）煤的液化 核心原理：提高H/C比例.提高H/C比(将煤的H/C比由0.7-0.8提高至1.32-1.39),即提高含氢比(煤含氢3%,石油含氢12%).核心技术是加氢热解。 工艺 直接液化 间接液化 煤油共炼油煤浆热解 供氢溶剂热解萃取 如以四氢萘作再循环油 高压催化加氢 CO+H2 气化 Co(Ni, Rh, Fe) F-T合成 Cu系催化剂 P、Δ 合成石油、液体燃料、石蜡 CH3OH MTG 高辛烷值汽油 CH3OCH3 高十六烷值、效率~柴油 § 2.4.6 核能与核技术 （1）基本概念 原子核化学： 研究原子核的反应、产物的组成与性质、鉴定及合 成制备有关的化学。 原子能化学（Chemistry of nuclear ene