能源与化学.doc

第七讲能源与化学
引言:
·能源是什么?——即指可以为人类提供能量的自然资源,是国民经济发展和人类生活所必需的重要物质基础。
·目前能源、材料和信息被称为人类社会发展和繁荣的三大支柱,已成为人类文明进步的先决条件,国际上往往以能源的人均占有量、能源构成、能源使用效率和对环境的影响因素等,来衡量一个国家现代化的程度。从能源的历史可以清楚地看到,每当一种能源的发展和利用都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平;能源科学技术的每一次重大突破,都引起一场生产技术的革命。
·化学在能源的开发和利用方面扮演着重要的角色,可以说,能源科学发展的每一个重要环节都与化学息息相关。20世纪末,化学学科中一个新的分支——能源化学应运而生。
·本讲主要内容:
全球能源结构和发展趋势
能量的产生与转化的化学原理
化石燃料——碳能源化学
化学电源
新能源开发
7—1全球能源结构和发展趋势
一、三个主要的能源时期及消费特点

·从火的发现到18世纪产业革命时期,树枝杂草一直是人类使
用的主要能源。
·人类利用火制造了第一种陶器材料,并发展成为制陶技术,接着就是金属的冶炼技术得到较大发展。
·实际上,柴草作为生活能源从古到今从未间断,不少发展中国家的农牧民至今仍使用柴灶。
(18世纪中叶)
·煤炭的开采始于13世纪,而大规模开采并使其成为世界的主要能源是18世纪中叶。
·这个时期是第一次产业革命时期。1769年,瓦特发明了蒸汽机,煤炭作为蒸汽机的动力源而受到关注。在第一次产业革命时期,冶金工业、机械工业、交通运输业、化学工业等都有较大的发展,使煤炭的需求量与日俱增。
·我国的能源结构中,以煤炭为主的现状可能还有相当长的时间。

第二次世界大战后,美国、中东、北非等地区相继发现了大油田及伴生的天燃气,每吨原油产生的热量比每吨煤高出一倍。从60年代初,在世界能源消耗比例中,石油和天燃气的消耗比例开始超过煤炭而居首位。
二、能源的分类
可再生能源(如流水、风、海洋、
潮汐能、地热能等)
常规能源非再生能源(如煤炭、石油、天燃气、
一次能源核裂变燃料)
可再生能源(如太阳能、风能、
能源新能源生物质能)
非再生能源(如核聚变燃料等)
煤制品——原煤、焦炭、煤气
二次能源石油制品——汽油、煤油、柴油、燃料油、
液化石油气
电力、氢能、余热、沼气、蒸汽等
·“一次能源”——是指从自然界获得,而且可以直接利用的热能或动力。
·“二次能源”——则是由一次能源经过加工或转换成另一种形态的能源产品。
·“再生能源”——是指不会随着人们的利用而减少的能源如水能、风能、太阳能、地热能等一次能源。
·“非再生能源”——则是指随着人们的使用而减少的能源,如石油、煤、天燃气等燃料。
·“常规能源”——是指目前应用得比较普遍的,如煤、石油、天燃气、水力等;
·“新能源”——则是指以新技术和新材料为基础,使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用,用取之不尽、周而复始的可再生能源来取代资源有限、对环境有污染的化石能源。目前,新能源的研究重点是开发利用太阳能、氢能、风能、生物质能、海洋能、地热能等。
三、我国能源的现状和未来
·能源总量丰富、但人均不足。
·按2000年发布的世界能源统计报告称,剩余可采储量,煤炭居世界第三位,石油居世界第十一位,天燃气居世界第十八位。
·从能源结构来看,煤炭仍是我国的主要能源。近年来,我国正在实施“西气东输”计划,加快了天燃气的开发利用,但以煤炭为主的格局仍不会改变。
·我国的能源利用率较低,生产能耗高,单位能耗创造的产值只有先进国家的1/7.
·我国能源生产的使用面临经济发展和环境质量改善的双重压力。
·能源资源是宝贵的财富,必须十分珍惜,对可再生能源应加大科研开发和使用的力度。开发和使用能源必须兴利除弊,保护环境和生态平衡,实行可持续发展战略。
7—2能量产生和转化的化学原理简介
7—3化石燃料——碳能源化学简介
一、煤炭及其综合利用
(一)煤的形成过程与化学原理
:
·煤是由远古时代(约3亿年之久)的植物经过复杂的生物变化、物理和化学变化,地球变化转化而成的固体可燃物。
·现代成煤理论认为,煤的形成过程或煤化作用大致为:
植物→泥炭→褐煤→烟煤→无烟煤
C% 50% 50-70% 70-85% 85-95%

·从煤的形成推本溯源,煤是非再生能源,其能量来自太阳能,因为植物生长靠叶绿素吸收太阳能而发生光合作用。
mCO2+nH20 叶绿素 Cm(H20)n+O2↑
太阳能 C 85%
煤化(氧化)作用煤炭 C135H96O9NS H %
缺氧条件下 0