化学与能源一化学与常规能源.ppt

化学与常规能源
主讲：陈渊
第二部分 化学与能源（一）
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主要内容
柴薪(生物质能)——第一代主体能源
煤——最主要的固体燃料
石油和天然气
化学电池
能源利用的化学本质
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什，占农村能源消费的70%左右。
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传统能源使用的新方式
柴薪的传统使用方法是直接燃烧，其热利用率很低，为15%左右，即使用新式节柴灶，也最多能提高到25%左右，而且直接燃烧还会造成环境污染。
总体思路：将固态的柴薪通过化学反应转化为可燃性液态或气态化合物，即将生物能转化为化学能，然后再燃烧放热。
气态燃料：沼气
液态燃料：甲醇、乙醇
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一、气体燃料—沼气
生物质在厌氧条件下可生成沼气,其主要成份是甲烷(CH4),甲烷燃烧热值高,而且干净,因此被称为清洁燃料。另外，生成沼气的残渣、残液是优质的速效肥料。
沼气的原料可以是有机垃圾，既处理了生活垃圾的一部分又清洁了环境，所以建设大型沼气池可同时处理城市垃圾，还可以用于发电。
到2000年底，我国共建成了1000座工业废水和畜禽粪便沼气工程形成了每年约6亿立方米沼气生产能力。我国农村有500多万小型沼气池作为家用能源。
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二、液体燃料
生物质经过发酵或高温热分解等方法可制造甲醇、乙醇等干净的液态燃料。许多欧美国家已经普及使用了乙醇或含乙醇的汽油做汽车燃料。欧洲已有多家由木屑生产甲醇的工厂。
除利用农牧业的废料，科学家们成功地培植了一些速生树木等高产作物以获取生物能源。
巴西：香胶树（又称石油树）每株每年产50KG左右与石油成份相近的胶质。
美国：黄鼠草，每公顷年产6000kg石油；
巨型海藻，提炼类似柴油的燃料油。
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生物能的开发和利用具有巨大的潜力
直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电能。
利用能源作物生产液体燃料。目前具有发展潜力的能源作物，包括：快速成长作物树木、糖与淀粉作物（供制造乙醇）、含有碳氧化的合作物、草本作物、水生植物。
生产木炭和炭。
生物质（热解）气化后用于电力生产，如集成式生物质气化器和喷气式蒸汽燃气轮机（BIG/STIG）联合发电装置。
对农业废弃物、粪便、污水或城市固体废物等进行厌氧消化，以生产沼气和避免用错误的方法处置这些物质，以免引起环境危害。
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根据生物质能的作用和我国的现状，目前重点发 展的项目如下：
（1）近期优先发展项目
·   生物质气化供气
·   生物质气化发电
·   大型沼气工程
·   生物质直接燃烧供热
（2）中长期化发展项目
·   生物质高度气化发电项目（BIG/CC）
·   生物质制氢等优质燃气
·  生物质热解液化制油
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Ⅱ.煤——最主要的固体燃料
概述
煤是我国的主要能源
煤的来源及形成
煤的化学组成
煤的利用方式
直接燃烧
综合利用
煤的气化
煤的干馏
煤的液化
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煤是我国的主要能源
中国最早使用煤，700多年前，马可波罗看到中国人烧煤，这是他第一次见识到一种可以燃烧的“黑石头”
最早大规模使用煤的是英国：英国森林资源有限，而英国又是产业革命的发源地，随着蒸汽机的发明和推广，煤逐渐成为能源主角。
世界能源消费：20世纪70年代石油超过了煤。
发展中国家仍以煤为主要能源。
中国的能源消费构成：
煤所占比例为：1960年94%；1970年81%;1990年76%；2000年68%
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煤的来源（形成）
煤、石油和天然气是上亿年前的植物或动物变来的，故被称为“化石能源”。它的主要演变过程为：
约3亿年前的古生代——泥煤形成
随着地壳下降，下有地热，上有土石压力——褐煤形成
地壳继续下降，较深的地方，压力继续增大，地热温度可达20000C左右，形成烟煤，最后变成无烟煤。
煤因此被称为化石能源
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煤的化学组成
因产地而异。目前公认的平均组成含C、H、O、N、%，%，%，%，%，可折成原子比来表示：
C135H96O9NS
此外还含有其他的金属和非金属元素。
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煤的利用方式 ——直接燃烧
我国是一个燃煤大国。年消费量在10亿吨以上。其中30%用于火力发电，炼焦；50%用于各种工业锅炉、窑炉；20%的用于生活。可见，绝大部分是直接烧掉。
直接燃烧的弊端：
热效率低；
化学利用率低；
严重污染环境。
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