能源化學(xué)概述

1、能源化學(xué)能源的分類能源利用史能源的作用第一節(jié) 能源的分類第一章 能源簡介能源儲量及消費(fèi)中國能源的進(jìn)展能源化學(xué)能源與材料能源與環(huán)境能源進(jìn)展趨勢能量：能量是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種度量，是物體做功的力量。所以各種形式的能量之間也能夠相互轉(zhuǎn)換。能量是物質(zhì)的屬性，任何物質(zhì)都具有能量，能本身不是物質(zhì)，而是指物質(zhì)的一種狀況或狀態(tài)。能的形式：機(jī)械能動(dòng)能、勢能、熱能、化學(xué)能、電能、光能、核能能量的性質(zhì)：狀態(tài)性；可加性；傳遞性；轉(zhuǎn)換性；做功性；貶值性。能源國際上，衡量一個(gè)國家現(xiàn)代化的程度能源的人均占有量；能源構(gòu)成；能源使用率；能源對環(huán)境的影響。什么是能源？做功的物理量，包括機(jī)械能、熱能、電能、電磁能、化學(xué)能、原子能等。能

2、源是可從其獲得熱、光和動(dòng)力之類能量的資源。術(shù)百科全書個(gè)包括著全部燃料、流水、陽光和風(fēng)的術(shù)語，人類用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換手段便可讓它為自己供給所需的能量。大英百科全書源百科全書丙烷能源的分類能源按其形成方式分為：一次能源：直接從自然界取得的以自然形態(tài)存在的能源。如：煤炭、石油、自然氣、風(fēng)能、水能、太陽能、地?zé)崮?、核能、生物質(zhì)能、化學(xué)能等。二次能源：由一次能源經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換得到的能源。一次能源地球上的一次能源來源于三個(gè)方面：包括直接的太陽輻射能外，還包括間接來自太陽能能源，如化石能源、生物能、水能、風(fēng)能、海洋能等。地球本身隱藏的能量資源，諸如地?zé)崮?、火山能、地震能以及核燃料鈾、釷、钚等。吸引力作用而產(chǎn)生的潮

3、汐能。能源構(gòu)造太陽太陽第一類能源來自地球以外能煤、石油、油頁巖、自然氣、草木燃料、沼氣和其它由于光和作用而固定下來的太陽能。風(fēng)、流水、海流、波浪、海洋熱能、直接太陽能宇宙射線、流星和其它星際物質(zhì)帶進(jìn)地球大氣的能量一次能源地球熱其次類能源能來自地球內(nèi)部原子能包括溫泉和沸泉，熱巖層鈾，釷，硼，氘第三類能源來自地球和其潮汐能它天體的相互作用二次 電能，氫能，煤油，汽油，柴油，酒精，甲醇，丙烷，苯胺，肼，氨，硝化棉能源 和硝化甘油，黑色火藥等。一次能源按其是否能夠再生的性質(zhì)分為：可再生能源： 可再生能源是指使用后仍能更或是再生的能源；如：太陽能、水能、風(fēng)取之不盡，用之不竭不行再生能源： 不行再生能源是

4、有限的能源，開采消耗后，短期內(nèi)無法恢復(fù)的能源；如可再生能源的主要類型和特點(diǎn)：可再生，無污染或污染小，地區(qū)分布廣，適合就地開發(fā)利用。能源按其使用性質(zhì)不同可分為：含能體能源： 指能夠供給能量的物質(zhì)能源，即儲存起來的能源，其特點(diǎn)是可以保存且可運(yùn)輸，如草木燃料、礦物燃料、核燃料、高位水庫中的水等。過程性能源：指能夠供給能量的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式，它不能直接儲存，存在于“過程”之中，如太陽能、風(fēng)能、水能、潮汐能、電能等。能源按其使用的成熟程度和技術(shù)狀況可分為：常規(guī)能源：技術(shù)上比較成熟，已被人類廣泛利用，在生產(chǎn)和生活中起著重要作用的一次能源。如煤炭、石油、自然氣、水能、核裂變能等。能源：一般是指在技術(shù)根底上加以開

5、發(fā)利用的可再生能源。如太陽能、生物質(zhì)能、氫能、地?zé)崮?、核聚變能等。能源按其形態(tài)方式分為：礦物能源如煤炭、石油、自然氣。非化石能源替代性能源如太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等。能源按其性質(zhì)可分為：燃料能源礦物燃料煤、石油、自然氣等生物燃料柴草、木材、沼氣、有機(jī)廢棄物等化工燃料丙烷、甲醇、酒精、廢舊塑料制品等核燃料鈾、釷、钚、氘等非燃料能源多數(shù)具有機(jī)械能，如風(fēng)能、水能、潮汐能、波浪能等，有的含有熱能，如地?zé)崮芎吞柲艿?。依?jù)能源是否流通分為：商品能源：指經(jīng)過流通環(huán)節(jié)大量消費(fèi)的能源，主要有煤炭、石油、自然氣、電力等。在農(nóng)村地區(qū)開發(fā)的為生產(chǎn)和生活使用的能源又叫做農(nóng)村能源依據(jù)能源消耗后是否

6、造成環(huán)境污染可分為：清潔能源綠色能源：利用現(xiàn)代技術(shù)開發(fā)的干凈、無污染的能源。如太陽能、氫能、風(fēng)能、潮汐能等。 利用現(xiàn)代技術(shù)開發(fā)干凈、無污染的能源，如太陽能、氫能、風(fēng)能、潮汐能等；城市垃圾、淤泥等廢物中所隱藏的能源，以充分提高這些能源在使用中的利用率。非清潔能源：包括煤炭、石油等。按能源載體同地球構(gòu)成關(guān)系劃分地殼能源：地殼能源是指在地球演化過程中，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年月漸漸自然形成的載能化、生物興衰等息息相關(guān)。地殼外能源： 地殼外能源是指除地殼能源以外的能源，它的形成不是地殼物質(zhì)，如太陽能、風(fēng)能等。運(yùn)行。分布式能源是相對于傳統(tǒng)的集中供電方式而言，是指將冷熱電系統(tǒng)以小規(guī)模、小容量 的系統(tǒng)。能源的評價(jià)儲

7、量能源的地理分布能源的可再生性能量密度開發(fā)費(fèi)用和利用能源的能源的品位儲能的可能性與供能的設(shè)備費(fèi)用對環(huán)境的影響連續(xù)性運(yùn)輸費(fèi)用與損耗有關(guān)能源的國際組織國際能源機(jī)構(gòu)國際能源署、國際能源組織International Energy Agency, IEA世界能源理事會(huì)世界能源委員會(huì)World Energy Council, WECInternational Atomic Energy Agency, IAEA世界石油大會(huì)世界石油理事會(huì)World Petroleum Congress, WPC 簡稱歐佩克OPEC或油組Intergovernmental Panel on Climate Change,

8、IPCCOrganization for Economic Cooperation and Development, OECD能源計(jì)量單位能源計(jì)量單位可以有 3 種表示方法能量單位：用熱功單位來表示，如焦耳J、卡cal、千瓦小時(shí)kWh位BTU當(dāng)量單位：用能源的當(dāng)量值表示，常見的如煤當(dāng)量和油當(dāng)量。能源的實(shí)物量單位：用能源的實(shí)物量來表示，如煤用噸t，石油用桶Mm。溫度表示方：華氏溫度、攝氏溫度、開爾文溫度9華氏溫度325 華氏溫度F攝氏溫度3295開爾文溫度K攝氏溫度 273.15其次節(jié) 能源利用史人類對于能源的開發(fā)利用大致經(jīng)受了四個(gè)歷史時(shí)期：古代柴草時(shí)期；3)19 世紀(jì)中葉的石油時(shí)期；石器時(shí)代晚

9、期的煤炭時(shí)期；4)始于 20 世紀(jì)中葉的能源時(shí)期。世界能源構(gòu)造發(fā)生的第一次轉(zhuǎn)變：薪柴 煤炭 英國產(chǎn)業(yè)革命世界能源構(gòu)造發(fā)生的其次次轉(zhuǎn)變：煤炭 石油和自然氣 管線焊接技術(shù) 可再生能源 1973 年第一次石油危機(jī)第三節(jié) 能源的作用能源：是人類生存和進(jìn)展的重要物質(zhì)根底；是人類從事各種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的原動(dòng)力；是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)展水平的重要標(biāo)志。第四節(jié) 能源儲量及消費(fèi)能源儲量 ：世界能源消費(fèi)構(gòu)造變化%能源消費(fèi)能源強(qiáng)度：亦稱能源消費(fèi)強(qiáng)度，常用單位產(chǎn)值能耗或單位產(chǎn)品能耗表示。單位產(chǎn)值能耗：是指一個(gè)國家或地區(qū)、部門或行業(yè)單位產(chǎn)值肯定時(shí)間內(nèi)消耗的能源量，通常以噸或公斤油當(dāng)量或煤當(dāng)量美元來表示。一個(gè)國家或地區(qū)的能源強(qiáng)度，通

10、常以單位國內(nèi)生產(chǎn)總值耗能量來表示。單位產(chǎn)品能耗：是以實(shí)物量為單位的能源消費(fèi)量與對應(yīng)的產(chǎn)品量之比。藝水平、生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)水平、能源構(gòu)造、人口等。世界能源消費(fèi)現(xiàn)狀及特點(diǎn)受經(jīng)濟(jì)進(jìn)展和人口增長的影響，世界一次能源消費(fèi)量不斷增加世界能源消費(fèi)呈現(xiàn)不同的增長模式，興旺國家增長速率明顯低于進(jìn)展中國家世界能源消費(fèi)構(gòu)造趨向優(yōu)質(zhì)化，但地區(qū)差異仍舊很大世界能源資源仍比較豐富，但能源貿(mào)易及運(yùn)輸壓力增大第五節(jié) 中國能源的進(jìn)展中國能源進(jìn)展回憶：1949 年中國成立時(shí)，全國一次能源的生產(chǎn)總量只有 2400 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。1996 年，中國成為全球其次大一次能源消費(fèi)國，同時(shí)也是全球其次大能源生產(chǎn)者。中國的能源進(jìn)呈現(xiàn)狀：12.6%

11、，居第 3 30%1 2.4%1.2%。1/l0。GDP 能源資源開發(fā)難度大，能源利用效率低能源安全面臨威逼1993 年開頭成為石油凈進(jìn)口國，2022 年石油進(jìn)口依存度凈進(jìn)口量與消費(fèi)量之比接近52%。能源消費(fèi)以煤為主，環(huán)境壓力加大，能源與可再生能源有待大力進(jìn)展?jié)鐣?huì)的可持續(xù)進(jìn)展。第六節(jié) 能源化學(xué)能量轉(zhuǎn)化化學(xué)反響中的能量變化通常主要表現(xiàn)為熱量的變化：放出熱量或吸取熱量?；戏错?、金屬和酸的反響；假設(shè)反響放出的能量小于吸取的能量，則此反響為吸熱反響。如分解反響、以 C、H2、CO 為復(fù)原劑的反響、銨鹽與固體堿的反響。熱功當(dāng)量：1 cal = 4.1840 J不會(huì)增加。熱力學(xué)其次定律：不行能把熱從低

12、溫物體傳到高溫物體，而不引起其它變化?？藙谛匏笴lausius Kelvin低的方向傳遞，在傳遞過程中總會(huì)有一局部能量成為熱能釋放出去。使用能量的過程中能量質(zhì)量下降是能量的根本屬性。能量的兩個(gè)重要特性：能量數(shù)量的守恒性；能量質(zhì)量的貶值性能量利用就是利用能量的質(zhì)量，按質(zhì)用能盡可能使高質(zhì)量的能盡其用和做到合理用能能量儲存能量儲存的主要指標(biāo)儲能密度儲存裝置的經(jīng)濟(jì)性壽命重復(fù)使用的次數(shù)儲存過程的能量損耗儲能和取能的速率影響能量儲存方式：按儲存的能的形式可分為如傳統(tǒng)鉛酸電池、液流電池、燃料電池如超級電容器supercapacitor如飛輪flywheel如壓縮空氣儲能系統(tǒng)CAES、抽水蓄能pumped h

13、ydr如氫儲能系統(tǒng)Hydrogen-based熱能及熱化學(xué)能磁能 如超導(dǎo)磁能儲存SMES 按儲能時(shí)間可分為：短期和長期第七節(jié) 能源與材料材料是進(jìn)展能源的物質(zhì)根底。解決能源危機(jī)的關(guān)鍵是能源材料的突破方法有：提高燃燒效率，以削減資源消耗；開發(fā)能源，樂觀利用再生能源；3 個(gè)方面都與材料有著親熱的關(guān)系。第八節(jié) 能源與環(huán)境能源生產(chǎn)與使用對環(huán)境的影響開采過程對環(huán)境的影響運(yùn)送過程對環(huán)境的影響加工過程對環(huán)境的影響利用過程中的污染第九節(jié) 能源進(jìn)展趨勢多元化；清潔化；高效化；全球化；市場化其次章 煤炭1煤炭是能源和其他資源1煤炭是能源和其他資源4煤的構(gòu)造8煤炭液化的重要支柱5煤的元素組成9煤的氣化2煤的形成6煤的

14、綜合利用3煤的開采與運(yùn)輸7煤的燃燒煤：煤是由高等植物經(jīng)生物化學(xué)、物理化學(xué)和地球化學(xué)作用轉(zhuǎn)變成的固體有機(jī)可燃礦物。煤炭資源貯存最豐富的國家為：美國、俄羅斯、中國、印度、澳大利亞、南非。6 個(gè)國家的80%以上。70%左右。煤炭的利用方式直接燃燒氣化、熱解、液化將煤炭轉(zhuǎn)化為干凈氣體、液體、固體燃料其次節(jié)煤的形成煤的形成過程高等植物：植物-泥炭-褐煤-煙煤-無煙煤。煤化序列為：植物 泥炭腐泥 褐煤無煙煤。-腐泥-腐泥煤煤的轉(zhuǎn)變過程化合等簡單的生物化學(xué)變化，形成泥炭泥煤。成巖作用：由泥炭變成褐煤的過程過簡單的物理化學(xué)作用，促使煤質(zhì)變化，由褐煤變成煙煤、無煙煤。成巖和變質(zhì)是煤化作用的兩個(gè)階段。煤的種類依據(jù)

15、煤化度的不同，腐殖煤可分為泥炭、褐煤、煙煤、無煙煤。種類%熱量kJ/g用途泥煤50 608,400 12,500替代柴薪褐煤60 7512,500 20,900一般燃料次煙煤75 8520,900 23,000替代煙煤煙煤85 9023,000 29,300煉制煤焦工業(yè)燃料無煙煤90 9529,300 33,500最正確燃料腐泥煤：滑油的貴重原料。第三節(jié) 煤的開采與運(yùn)輸煤礦開采方法1)露天開采剝離法開采2)礦井開采露天開采，如內(nèi)蒙古霍林河煤礦就是我國最大的露天礦區(qū)。煤炭運(yùn)輸方式：水運(yùn)、鐵路、大路、管道輸煤坊青島713 公里。世界第一條輸煤439 公里。第四節(jié) 煤的構(gòu)造煤的化學(xué)構(gòu)造是指在煤的有機(jī)

16、分子中，原子相互聯(lián)結(jié)的次序和方式。又稱煤的分子構(gòu)造，簡稱煤構(gòu)造。第五節(jié) 煤的元素組成化學(xué)成分：以碳為主體，并含有氫、氧及少量之硫、氮、無機(jī)礦物質(zhì)等。碳：碳是煤中有機(jī)質(zhì)的主要組成元素。C 含量隨煤化程度增高而增大。C 70%；無煙煤含C92%20%2%8%左右4%左右。氧：氧是煤中其次個(gè)重要的組成元素。Odaf27%-34%， 15%-30%2%-15%1%-3%。氮：煤中的氮含量較少，一般約為0.5%3.0%。氮是煤中惟一的完全以有機(jī)狀態(tài)存在的元素。硫：煤中的硫通常以有機(jī)硫和無機(jī)硫的狀態(tài)存在。煤中的硫按可燃性可分為：可燃硫和不行燃硫或稱固定硫第六節(jié) 煤的綜合利用煤的轉(zhuǎn)化利用途徑：氣化：將煤變成

17、水煤氣或發(fā)生爐煤氣，然后作燃料或化工原料。液化：將煤變成芳烴、烷烴、脂肪烴等油品。煤的干餾：將煤隔絕空氣加熱使其分解的過程將煤進(jìn)展氣化和液化：解決燃煤污染、提高燃煤熱效率、提取有關(guān)物質(zhì)和化工原料。煤氣化第七節(jié) 煤的燃燒煤燃燒涉及的物理化學(xué)過程：C + O2CO2；C + O2干凈煤技術(shù)包括煤炭使用各環(huán)節(jié)的凈化和防治污染的技術(shù)： 干凈煤技術(shù)：煤炭的干凈生產(chǎn)技術(shù)4)煤的高效干凈燃燒與發(fā)電技術(shù)煤炭的干凈加工技術(shù)5)燃煤污染排放治理技術(shù)煤炭的高效干凈轉(zhuǎn)化技術(shù)物排放及把握污染等技術(shù)體系。煤炭燃燒前的處理和凈化技術(shù)：洗選處理；型煤加工；水煤漿技術(shù)灰分、熱值和粒度分成不同品種等級，以滿足不同用戶需要。寸、強(qiáng)

18、度和肯定理化性能的煤制品。高硫煤成型時(shí)參加適量固硫劑生石灰硫的排放。2SO2 + O2 + 2CaO 2CaSO4 SO3 + CaO CaSO4水煤漿CoalWaterSlurry,CWS技術(shù)國際上稱為：煤水混合物CoalWaterMixture,CWM或煤水燃料CoalWaterFuel,CWFCWS 一般由 65%-70%的煤粉250-300m、30%-35%的水及 0.5-1.0%的分散劑和 0.02%-0.1%的穩(wěn)定劑，經(jīng)過肯定的加工工藝而制得。燃燒后凈化：煙氣脫硫濕式：濕法一般是在爐內(nèi)用石灰水淋洗煙塵，二氧化硫變成亞硫酸鈣漿狀物。石灰石噴霧，與煙氣中的二氧化硫反響，生成亞硫酸鈣，9

19、0%煤油混燒技術(shù)第八節(jié) 煤炭液化煤的液化分直接液化和間接液化兩種。直接液化：煤在高溫高壓下加氫催化裂化，轉(zhuǎn)變成油料產(chǎn)品。態(tài)烴、甲醇等有機(jī)物。煤的直接液化煤的直接液化工藝主要有：Exxon供氫溶劑EDS法；氫-煤法；煤-油共煉。如汽油、柴油、航空燃料和化工原料等的工藝稱為加氫液化。生成液體產(chǎn)物和少量氣態(tài)烴。煤加氫液化的根本化學(xué)反響：熱解反響；供氫反響；脫雜原子反響。直接液化大致有氫化法和溶劑精制法。聚反響。溶劑精制法H2、CO CH4，再用催化劑將氣態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液態(tài)。nCO+ 2nH2 CnH2n + nH2OnCO+ (2n+1)H2 CnH2n+2nH2O煤的間接液化：間接液化主要分兩種生產(chǎn)

20、工藝：由原料氣合成甲醇，再由甲醇轉(zhuǎn)化成汽油。費(fèi)-托合成：以合成氣為原料在催化劑主要是鐵系 和適當(dāng)反響條件下合成以石蠟烴為主的液體燃料的工藝過程。nCO+2nH2CH2n+nH2O一碳化學(xué)碳一化學(xué)：以含一個(gè)碳原子的化合物甲烷CH4、合成氣CO 2CO、CH3OH、HCHO等為初始反響物，反響合成一系列重要的化工原料和燃料的化學(xué)。其核心是選擇催化化學(xué)轉(zhuǎn)化、小分子的活化和定向轉(zhuǎn)化。CO、CO2是從煤的氣化得到的、而CH4是自然氣的主要成分。因此一碳化工實(shí)際上就是一種一代的煤化工和自然氣化工。第九節(jié)煤的氣化體即煤氣。煤氣化目的是將煤轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w。煤氣的主要組成為：CO, H2, CO2, CH4,

21、H2O。灰分形成廢渣排出煤炭氣化的意義及歷史1煤炭氣化的意義。通過煤炭氣化過程將煤變成可燃燒的煤氣后，好處是可在燃燒前脫除氣態(tài)硫和氮組分。粗煤氣中的硫化氫可在氣體冷卻后通過化學(xué)吸取或物理吸附脫除。煤氣分類及用途富氣和合成自然氣。水煤氣和發(fā)生爐煤氣的煤氣稱發(fā)生爐煤氣。合成氣與復(fù)原氣H2/N2 要求很高，合成甲醇用氣CO 含量較高等等。復(fù)原氣是指煉鐵過程中產(chǎn)生的可燃性氣體，要求其中水蒸氣和二氧化碳含量較少，較多時(shí)應(yīng)將其除去。城市煤氣：城市煤氣要求含氫氣和甲烷較多，硫含量少，以提高熱值和削減城市空氣污染。煤炭氣化原理從能量轉(zhuǎn)化角度來講，煤氣化技術(shù)是把煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成易于利用的氣體的化學(xué)能的過程。半焦

22、或焦炭為原料，以氧包括空氣、富氧、純氧、水蒸氣、二氧化碳或氫氣為氣化介質(zhì)，使煤經(jīng)過最低限度的氧化過程，將煤中所含的碳、氫等物質(zhì)轉(zhuǎn)化成一氧化碳、氫、甲烷等有效成分的一個(gè)多相反響的化學(xué)過程。煤炭氣化技術(shù)地面煤氣化技術(shù)煤的高溫干餾；煤的發(fā)生爐氣化；煤的水煤氣化；煤的加氫氣化。UCG)技術(shù)地面煤氣化技術(shù)煤的高溫干餾：煤的高溫干餾是將煤在隔絕空氣的條件下加熱到600-800C，主要反響為煤中有機(jī)物的熱分解，生成焦炭和主要含甲烷、揮發(fā)性物質(zhì)的焦?fàn)t煤氣。這種煤氣的熱18.8MJ/m3，主要用于城市氣體燃料。氧化層中煤炭的氧化反響：C(s) + O2(g) CO(g) + 110.54 kJ/mol體積分?jǐn)?shù)為

23、：CO2 16%-18%，H2 CO 4.18MJ/m3，可作燃料。的反響是水蒸氣與炎熱的炭層700-800C 以上氧化復(fù)原反響C(s)+H2O(g)CO(g)+H2 (g)水煤氣的大致組成體積分?jǐn)?shù)4煤的加氫氣化：將煤先轉(zhuǎn)換成煤氣，然后將煤氣變成富含甲烷的干凈煤氣。 反響，其反響式可表示如下：CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + 2H2O(g)36MJ/m2。地面煤氣化技術(shù)形式有固定床、流化床與氣流床用產(chǎn)生可燃性氣體的過程。煤的氣化技術(shù)：煤的熱核氣化技術(shù)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電IGCC燃煤磁流體magnetshydrodynamics，MHD發(fā)電技術(shù)IntegratedGasifica

24、tion Combined Cycle：IGCC 99%以上的硫化氫和并利用余氣燒鍋爐生產(chǎn)出蒸汽來驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。燃煤磁流體magnetshydrodynamics，MHD發(fā)電技術(shù)：導(dǎo)電流體氣體或液體取代了一般發(fā)電機(jī)中的金屬流體。煤的干餾：把煤隔絕空氣加熱至較高溫度而發(fā)生的一系列物理變化和化學(xué)反響的簡單過程，稱為煤的干餾熱分解。煤在隔絕空氣下加熱時(shí)，煤中有機(jī)質(zhì)隨溫度的提高而發(fā)生一系列變化，形成氣態(tài)煤氣，液態(tài)焦油和固態(tài)半焦或焦炭產(chǎn)物。第三章石油1、石油的重要性5、石油的煉制金2、石油的成因和聚攏68、我國的石油進(jìn)展3、石油的開采4、石油的組成柱7第一節(jié) 石油的重要性包括油氣瀝青是指在地殼巖石空隙

25、孔、洞、縫中自然生成的，以液態(tài)烴為主的可燃有機(jī)礦產(chǎn)。 或工業(yè)的開頭。石油的重要性：石油是優(yōu)質(zhì)動(dòng)力燃料的原料誕生。石油是提煉優(yōu)質(zhì)潤滑油的原料石油及其產(chǎn)品構(gòu)成了現(xiàn)代生活方式和社會(huì)石油是主要的化工原料文明的根底1917 年首次用煉廠氣中的丙烯合成異丙醇，安全關(guān)系國家安全公認(rèn)為第一個(gè)石油化學(xué)產(chǎn)品，標(biāo)志石油化工其次節(jié) 石油的成因和聚攏石油的形成海相成油：生源物的來源主要是在海洋中生活的生物。焦點(diǎn)與學(xué)派：1油氣的無機(jī)成因?qū)W說有機(jī)成因?qū)W說油氣的運(yùn)移和聚攏儲集層中集中的過程。油氣從生成到形成礦藏一般要經(jīng)過兩次大的運(yùn)移才能完成：二次運(yùn)移：在儲集層內(nèi)的運(yùn)移。3 局部組成：儲油層：有油氣居住的空間。蓋層：掩蓋在儲油

26、層之上的不滲透層。封堵的條件油層油層油層移、圈閉、保存。第三節(jié) 石油的開采地球物理勘探法主要方法：重力勘探或重力法、磁力勘探或磁力法、震波勘探或震波法其它方法：電測勘探或電測法、放射性勘探或放射性法、井測勘探或井測法鉆井 1)人工掘井1521 年之前3)機(jī)械頓鉆鉆井沖鉆：18591901 年2)人力沖擊鉆：15211835年4)旋轉(zhuǎn)鉆井：1901 年1 7380M2022 年。9583M1974 年美國。采油世界油田開發(fā)史按技術(shù)大致可以分為 3 個(gè)階段：直接采油一次采油提高采收率技術(shù)三次采油注水驅(qū)油二次采油石油儲運(yùn)石油的貯存和海上運(yùn)輸始終是國際上最為關(guān)注的焦點(diǎn)問題。1934年，世界上第一條油管

27、將伊拉克的北部油田和黎巴嫩的黎波里港連通。輸油管道的鋪設(shè)使原油和成品油的輸送本錢大幅度降低。鐵路上使用的油槽車也是長距離運(yùn)輸石油的常用設(shè)備。第四節(jié) 石油的組成石油的元素組成主要元素：碳C、氫、氧、硫S、氮。C 84%87，H11%14%Fe、Mg、V、Ni 30 V、Ni 為主。14%。石油中的硫含量：海相石油高硫1，陸相石油低硫釩和鎳含量與比值：V、Ni V/Ni 1V、Ni V/Ni 1石油的化合物組成烴類化合物烷烴 芳烴 烯烴飽和烴不飽和烴非烴類化合物含 N、含S、含O 化合物石油的烴類組成Cn2n+正構(gòu)烷烴CnH2n+2異構(gòu)烷烴CnH2n+2石油中的異構(gòu)烷烴以C10 的為主，C11-2

28、5較少，且以類異戊間二烯型烷烴最重要。石油中的類異戊間二烯型烷烴一般認(rèn)為是由葉綠素的側(cè)鏈直醇演化而來，為生物標(biāo)志化合物。環(huán)烷烴具有碳環(huán)構(gòu)造CnH2n環(huán)戊烷、環(huán)己烷及其同系物。環(huán)烷烴分子中的碳原子連成環(huán)狀，性質(zhì)與烷烴相像，但稍活潑。芳香烴含苯環(huán)構(gòu)造的不飽和烴單環(huán)芳香烴：苯、甲苯、二甲苯稠環(huán)芳香烴：萘、蒽、菲烯烴：雙鍵構(gòu)造烯烴的化學(xué)性質(zhì)很活潑，可與多種物質(zhì)發(fā)生反響他元素的原子相結(jié)合。如乙稀、丙稀、環(huán)戊稀、環(huán)己稀石油的非烴類組成品油的質(zhì)量影響很大。環(huán)烷酸占石油酸的 90%，易形成各種鹽類，其中堿金屬的環(huán)烷酸鹽易溶于水、可作為找油標(biāo)志。生物標(biāo)志化合物主要有：正構(gòu)烷烴、類異戊間二烯烷烴、萜類和甾類以及卟

29、啉化合物。石油的組分組成油質(zhì)：是石油的重要組成局部，可溶于石油醚而不被硅膠所吸附。 瀝青質(zhì)：不溶于石油醚和酒精而溶于苯、三氯甲烷的瀝青局部。碳質(zhì)：不溶于有機(jī)溶劑的非烴化合物。石油分類依據(jù)油源環(huán)境分為：海相石油、陸相石油未熟海相石油與陸相石油的根本區(qū)分：海相石油：以芳香-中間型、石蠟-環(huán)烷型為主。V/Ni1。飽和烴占 2570%，芳烴占 2560%；高硫1、低蠟5%。-V/Ni5、低硫1%。石油的物理性質(zhì)石油的顏色與芳烴+非烴的含量有關(guān)，芳烴+非烴含量越高，顏色越深。相對密度：相對密度有三種：d20 ：1 atm 下，20C 4C 單位體積純水的質(zhì)量之比。4or4Od4CW無量綱d200.751

30、.0 0.93 稱為重質(zhì)石油。影響因素：主要取決于化學(xué)組成，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量 d 20 d 20 ；溶解氣數(shù)量44d20 4API 度：石油工業(yè)中常用美制密度API表示， API 與or呈反比關(guān)系。API 141.5131.5(度) or141.5API 25 46 之間。131.5API波美密度：符號Symbol： B, sometimesB法國科學(xué)家波美所創(chuàng)制，波美比重計(jì)波美密度140or130B粘度：石油流淌時(shí)分子間相對運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦力所產(chǎn)生的阻力。粘度越大，愈難流淌。影響因素：石油的粘度取決于石油的化學(xué)組成、所處的溫度和壓力。膠質(zhì)、瀝青質(zhì)，粘度粘度。溫度對粘度的影響較壓力大，因此在地層中

31、簡潔流淌。氯仿、二硫化碳、四氯化碳、乙醚等等。難溶于水，但隨水中二氧化碳和烴氣的含量增加，溶解度明顯增加，有利于初次運(yùn)移。凝固點(diǎn)：將液體石油冷卻到失去流淌性時(shí)的溫度。石油沒有明確的凝固點(diǎn)，當(dāng)溫度降低時(shí)，常消滅固態(tài)與液態(tài)之間的過渡狀態(tài)。導(dǎo)電性：石油根本上是電絕緣體。石油導(dǎo)電性極差，具高電阻率。可視為無限大，非導(dǎo)體。熒光- 冷發(fā)光現(xiàn)象緣由：由多環(huán)芳香烴和非烴發(fā)光，飽和烴不發(fā)光。色。發(fā)光強(qiáng)度：與石油中的不飽和烴濃度有關(guān)。強(qiáng)度反而降低，這叫做濃度消光。應(yīng)用：鉆井現(xiàn)場常用熒光燈鑒定巖樣中的含油狀況。旋光性：當(dāng)偏振光通過石油時(shí)，石油能使其振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度0.幾幾度特性稱旋光性。旋轉(zhuǎn)偏振光振動(dòng)面的特性。分

32、右旋和左旋。大多石油旋光性為右旋。旋轉(zhuǎn)角小于幾度。證據(jù)。第五節(jié) 石油的煉制石油煉制過程：脫鹽/脫水：應(yīng)用電化學(xué)分別或加熱沉降方法脫除原油所含水、鹽和固體雜質(zhì)，主要目的 是防止鹽類鈉、鈣、鎂的氯化物離解產(chǎn)生氯化氫而腐蝕設(shè)備和鹽垢在管式爐爐管內(nèi)沉積。原油蒸餾丙烷脫瀝青溶劑萃取和脫蠟混合1 石油的蒸餾合物變成不同的氣體，每種氣體有不同的分散點(diǎn)，在不同溫度下分散成為液體。蒸餾包括常壓蒸餾和減壓蒸餾，屬于物理變化。常壓蒸餾：在接近常壓下蒸餾出汽油、煤油或噴氣燃料、柴油等的直餾餾分，塔底剩余為常壓渣油即 重油。8kPa 或裂解原料，塔底剩余為減壓渣油。atm標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.325kPa千帕工業(yè)上的石油分

33、餾：石油餾分組成與化合物組成關(guān)系隨餾分沸點(diǎn)增加，化合物分子量增大，化合物中 C 數(shù)增加；隨餾分沸點(diǎn)增加，石蠟烴和芳香烴含量明顯削減，膠質(zhì)含量明顯增加。重油的裂化重油裂化是制取高質(zhì)量汽油的主要途徑。重油裂化的常用方式：a)熱裂化b)催化裂化c)熱裂化：是通過加熱的方法把大分子烴類轉(zhuǎn)化成小分子烴的過程。催化裂化：是在硅酸鋁和合成沸石等催化劑作用下使重油裂化成小分子烴，可以有選擇性多C4C9 的烴類。催化裂化中發(fā)生的化學(xué)反響主要是異構(gòu)化反響、芳構(gòu)化反響和氫轉(zhuǎn)移反響。1015MPa 的高壓以及催化劑的作用下使直餾柴油、減壓渣油等各種輕重油原料進(jìn)展加氫反響。可把原料中的硫和氮的化合物轉(zhuǎn)化成硫化氫和氨，從

34、而通過水洗除去。如高辛烷值汽油、低冰點(diǎn)噴氣機(jī)燃料、低凝固點(diǎn)柴油、低溫性能良好的潤滑油等。100%。石油煉制加工： 一次加工；二次加工；三次加工。一次加工和二次加工可用于生產(chǎn)燃料油品。二次加工可提高輕質(zhì)油的收率，提高油品質(zhì)量，石油化學(xué)工業(yè)則是用前兩次加根本有機(jī)化工原料。第六節(jié) 石油化工國民經(jīng)濟(jì)的支柱工工業(yè)。石油產(chǎn)品：液體燃料：液化石油氣LP潤滑油：發(fā)動(dòng)機(jī)油，齒輪油，液壓油，氣輪機(jī)油，壓縮機(jī)油，金屬加工用油等。固體產(chǎn)品：瀝青，石油焦，石蠟等。其他類產(chǎn)品第七節(jié) 工業(yè)的血液流淌的烏金石油經(jīng)過煉制后,絕大局部變成了汽油、煤油、柴油、燃料油、潤滑油等油品。這些油品如同血液一樣源源不斷地輸入工業(yè)的脈管，大大

35、加快了現(xiàn)代文明社會(huì)的生活節(jié)奏。汽油的使用牌號和優(yōu)質(zhì)汽油的制備汽油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)涉及到很多方面，其中最重要的是蒸發(fā)性、抗爆性和安定性。蒸發(fā)性：評價(jià)汽油蒸發(fā)性的指標(biāo)是餾分組成和蒸氣壓。量，汽油的辛烷值越高其抗爆性越好。安定性：汽油的安定性是指汽油在常溫存液相條件下抵抗氧化的力量。致使油的顏色變深，辛烷值降低。汽油的辛烷值：規(guī)定具有很高抗爆性的異辛烷的辛烷值為 100，最簡潔產(chǎn)生爆震的正庚烷的0。汽油改性：提高辛烷值制取高質(zhì)量的汽油是汽油改性的主要目標(biāo)。兩種根本改性方法：在汽油中參加添加劑；通過石油餾分的化學(xué)轉(zhuǎn)化來轉(zhuǎn)變汽油的烴類組成，以獲得高辛烷值的汽油。 航空煤油噴氣式飛機(jī)對噴氣燃料的要求：良好的燃燒

36、性能c)較低的結(jié)晶點(diǎn)良好的熱安定性d)良好的霧化和蒸發(fā)性柴油柴油十六烷值評定柴油抗爆性的指標(biāo)：205100；529的-0。燃料油和潤滑油燃料油：燃料油來源主要是減壓渣油和裂化殘油兩種。潤滑油：潤滑油通常是從常壓塔底流出的重油經(jīng)過減壓蒸餾制取。第八節(jié) 我國的石油進(jìn)展清潔的燃料自然氣的開采自然氣化工第一節(jié) 清潔的燃料第四章 自然氣煤層氣的利用自然氣適用技術(shù)中國的自然氣市場展望-21 世紀(jì)的能源自然氣的概念包括大氣、巖石中的氣體、海洋中的氣體、地幔氣、宇宙氣等。在地殼巖石空隙孔、洞、縫中自然生成的，以氣態(tài)烴為主的可燃有機(jī)礦產(chǎn)。多數(shù)有機(jī)成因，也有無機(jī)成因的。自然氣的化學(xué)組成 自然氣的化合物組成：烴類C

37、H4為主；非烴類CO2、N2、H2S多數(shù)氣藏以烴類為主烴類組成甲烷輕烴氣：是烴類氣體主要化合物。乙烷及其以重在多數(shù)狀況下，氣體中烴類化合物含量與其分子量成反比關(guān)系。依據(jù)烴類自然氣中輕烴氣和重?zé)N氣含量，常將其分兩類：1)干氣：CH495%，C2+ 5%，貧氣。體積%2)濕氣：CH495、重?zé)N氣C2+少；可為烴氣干氣，也可為非烴氣。氣頂氣：指與石油共存于油氣藏中，呈游離態(tài)存在的自然氣。CH4 為主，C2+高5%濕氣，成因、分布均與石油有關(guān)。采至地面過程中，隨溫度壓力的降低又逆分散為輕質(zhì)油。即凝析油。 深度范圍內(nèi)凝析油占到肯定比例的氣藏叫凝析氣藏。分散型自然氣煤層氣礦井瓦斯瓦斯；氣體成分以CH4為主

38、，含2CO2S。溶解氣：地層條件下，溶于石油或地下水的自然氣。油溶氣：油藏中溶解的自然氣。濕氣，C2+40%。CH4,N2,C +氣,CO2 少2高壓水溶氣：常消滅于特別高壓帶以下的熱水中，含氣量較高；低壓水溶氣：含氣量較低，一般不單獨(dú)實(shí)行。固態(tài)氣水合物高壓低溫條件下，CH4等氣體分子被封閉凍結(jié)在水分子擴(kuò)大晶格中，形成的固體物。形成條件：氣和水足夠富集27CT27C：就以氣態(tài)烴+水或者液態(tài)烴+水形式存在。 500-600atm。能形成固態(tài)水合物的烴類氣體：甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷。 能形成固態(tài)水合物的地區(qū)：極地、凍土帶、深海沉積物分布區(qū)。與石油產(chǎn)出的關(guān)系伴生氣上、中、下方的氣。成因上伴生氣：成

39、油過程中形成的各種自然氣。非伴生氣位置上非伴生氣：與油藏分布沒有關(guān)系。些氣藏氣。成因上非伴生氣：煤系有機(jī)質(zhì)或未成熟的有機(jī)質(zhì)形成的自然氣。自然氣的儲運(yùn)管道3)氣LNG壓縮自然氣CNG4)NGH，世界自然氣產(chǎn)量的75%依靠管線輸送，25%靠LNG運(yùn)輸。液化自然氣LN：氣田開采出來的自然氣經(jīng)脫水、脫酸性氣體和脫重?zé)N類，然后壓縮、冷液化自然氣LNG的特點(diǎn)：LNG在大氣壓下，液化溫度為-163C；LNG無色、無味、無毒且無腐蝕性；LNG1/600；45%左右；72%；LNG 4 標(biāo)準(zhǔn)。液化自然氣LNG具有高熱值、低比重、超低溫三大特點(diǎn)，是一種清潔、高效、廉價(jià)、抱負(fù)的綠色能源。其次節(jié) 自然氣的開采50%以

40、上集中在俄羅斯、伊朗和卡塔爾等中東地區(qū)國家。自然氣勘探自然氣勘探評價(jià)的內(nèi)容與方法也根本與石油一樣。采氣：把自然氣從地層采出的全部工藝過程簡稱采氣工藝。能量源于地層壓力由井內(nèi)自噴至井口。動(dòng)來排解和防止井筒積液的間歇?dú)馀e排液采氣工藝。我國自然氣開采利用狀況1821 年開發(fā)的四川富順縣自流井氣田是世界上最早的自然氣田。第三節(jié) 自然氣化工石油是多鏈碳烷烴，在加工時(shí)是將高碳烷烴裂解成低碳烷烴和烯烴。1 2 3 個(gè)碳及以上烷烴和烯烴。石油加工是拆房子，而自然氣化工是建房子。自然氣化學(xué)轉(zhuǎn)化主要有兩個(gè)途徑：直接化學(xué)轉(zhuǎn)化：如氧化偶聯(lián)、選擇性氧化等可制成烯烴、甲醇等化工產(chǎn)品。間接化學(xué)轉(zhuǎn)化：用自然氣先制造合成氣一氧

41、化碳和氫氣化學(xué)過程制取液態(tài)烴、合成氨、甲醇等化學(xué)品。自然氣轉(zhuǎn)化合成甲醇，合成甲醇的制備原理：用自然氣作原料合成甲醇的主要反響CO+2H2CH3OHH= 102.5 kJ/mol CO2+3H2CH3OH+H2OH=49.5kJ/molH2/CO比值很重要。自然氣制合成氨自然氣制二甲醚自然氣制甲醇自然氣經(jīng)甲醇制烯烴自然氣制合成油自然氣氧化偶聯(lián)制烯烴第四節(jié) 煤層氣的利用自然氣制芳烴煤層氣CBM：煤層氣是在煤礦層及其鄰近巖層中與煤伴生的以分子吸附狀態(tài)賦存于煤基質(zhì)外表上的一種可燃?xì)怏w，其主要成分90以上是甲烷CH4 變暖的猛烈溫室性氣體；另一方面，它也是一種干凈的能源。8000 大卡/m3 1000m

42、3 煤層氣相當(dāng)于1t 1.25t 標(biāo)準(zhǔn)煤。第五節(jié) 自然氣適用技術(shù)自然氣發(fā)電自然氣燃料電池自然氣汽車自然氣空調(diào)第六節(jié) 中國的自然氣市場展望我國自然氣市場七大“動(dòng)脈”中國進(jìn)口的第一船液化自然氣： 2022 年 05 月 26 日首艘裝載著 6 萬噸液化自然氣的NORTHWEST SEAEAGLE 抵深圳大鵬接收站碼頭。第七節(jié) 自然氣水合物21自然氣水合物：籠形包合物、可燃冰、氣冰、固體瓦斯、固體自然氣自然氣水合物是由自然氣與水在高壓低溫條件下結(jié)晶形成的固態(tài)籠狀化合物。純潔的自然氣1 M 自然氣水合物可釋放164 M 甲烷氣體，是一種能量密度高、分布廣的能源礦產(chǎn)。自然氣水合物的存在及生成環(huán)境90%具

43、有形成氣水合物的溫壓條件。及海溝中。自然氣水合物的物理性質(zhì)存在狀態(tài)：軸狀、層狀、小針狀結(jié)晶體或分散狀。存在方式：占據(jù)大的巖石粒間孔隙；以固體形式填充在裂縫中；以球粒狀散布于細(xì)粒巖石中；固態(tài)水合物伴隨少量沉積物。 g/cm3，小于冰的密度0.916 g/cm3。自然氣水合物的結(jié)晶構(gòu)造1936年前蘇聯(lián)科學(xué)院院士尼基丁提出，自然氣水合物的結(jié)晶格架主要由水分子所構(gòu)成，在不同的低溫高壓條件下水分子結(jié)晶形成不同類型的多面籠形構(gòu)造。水合物的分子式表示為：MnH2O，M 表示甲烷等氣體，n 為水分子數(shù)。自然氣水合物構(gòu)造類型：3 I 型、II H 型。型：I 型氣水合物為立方晶體構(gòu)造，僅能容納甲烷C1N2 CO

44、2、H2S 等非烴分子。II型氣水合物為菱型晶體構(gòu)造，除包涵甲烷、乙烷等小分子外，較大的“籠子水合物晶體中水分子間的空穴還可容納丙烷C3及異丁烷i-C4等烴類。H 型：H 型氣水合物為六方晶體構(gòu)造，除能容納 n 型構(gòu)造水合物所能容納的烴類分子外，其的分子，如異戊烷i-C5和其他直徑在0.750.86M 之間的分子.氣水化合物分子中，氣體分子是較小的分子異丁烷和丙烷及其以小物分子數(shù)是變化的，較小的氣體分子與較少的水分子結(jié)合。但是，更大的分子丁烷以上則不能與水分子結(jié)合。自然氣水合物的爭辯歷史2022 5 1 4 個(gè)成功鉆獲“可燃冰”的國家。自然氣水合物的形成條件自然氣水合物的形成有 3 個(gè)根本條件

45、，缺一不行。地底要有氣源；溫度不能太高；壓力要足夠大。0C 時(shí)，30 個(gè)大氣壓以上就可生成。水合物中的烴類氣體成分水合物臨界生成溫度成分水合物臨界生成溫度/CCH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10CO2H2S47.014.55.52.51.010.029.0自然氣水合物生成的抑制法降低壓力削減自然氣水含量保持肯定溫度合物抑制劑醇：與水完全互溶，將自然氣水合物把握在結(jié)晶析出階段。外表活性劑：通過吸附，將自然氣水合物把握在結(jié)晶的長大階段。常用的有甲醇、乙二醇、二甘醇及三甘醇等。自然氣水合物勘探方法：3 類：熱激發(fā)法：主要是將蒸氣、熱水、熱鹽水或其它熱流體從地面泵入水合物地層?；瘜W(xué)試劑法

46、：某些化學(xué)試劑，諸如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等化學(xué)試劑可以 就會(huì)引起水合物的分解。合物分解的目的。自然氣水合物開發(fā)的最大技術(shù)難點(diǎn)：保證井底穩(wěn)定，使甲烷氣不泄漏、不引發(fā)溫室效應(yīng)。自然氣水合物與百慕大三角之迷百慕大三角這個(gè)奇特的漩渦地帶是由于有自然氣水合物從海底釋放造成的，那里的海面總是有不斷噴涌而出的甲烷氣泡。第五章 太陽能太陽能簡介陽能電池6.太陽能的儲存與輸送太陽能的光熱利用太第一節(jié) 太陽能簡介太陽與太陽輻射太陽能光化學(xué)利用太陽能空間電站7.太陽能在我國的應(yīng)用太陽能是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的氫核聚變反響過程產(chǎn)生的能量。41H 412He2 E太陽能利用的特點(diǎn)儲量的無限性存在的普遍性利用的清

47、潔性性從利用角度來看，太陽能有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：能流密度低；其強(qiáng)度受各種因素季節(jié)、地點(diǎn)、氣候等的影響而不能維持常量。中國的太陽能資源太陽能利用所涉及的技術(shù)問題能傳輸太陽能的利用途徑：太陽能的光熱利用、太陽能的光電利用和太陽能的光化學(xué)利用等。太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎碗娔埽?太陽能熱利用；太陽能光發(fā)電。其次節(jié) 太陽能的光熱利用送出去利用。太陽能的光熱利用主要有以下方面：太陽能熱水系統(tǒng)太陽能空調(diào)制冷太陽灶太陽能熱發(fā)電太陽房太陽能枯燥太陽能集熱器吸取太陽輻射并將產(chǎn)生的熱能傳遞到傳熱工質(zhì)的裝置。按采光方式，太陽能集熱器可分為：非聚光型集熱器；聚光型集熱器非聚光型集熱器：平板集熱器、真空管集熱器聚光型集熱器：拋物面

48、槽式集熱器、拋物面碟式集熱器、集中接收系統(tǒng)太陽能熱水系統(tǒng)太陽能熱水系統(tǒng)主要元件：集熱器、儲存裝置、循環(huán)管路。按形成水循環(huán)的動(dòng)力不同分：自然循環(huán)式、強(qiáng)制循環(huán)式。太陽能熱發(fā)電電機(jī)組。發(fā)電方式：光熱電轉(zhuǎn)換方式太陽能制冷原理直接以熱能為驅(qū)動(dòng)能源：主要有吸取式制冷、吸附式制冷和噴射式制冷等。以太陽能產(chǎn)生的機(jī)械能為驅(qū)動(dòng)能源：主要有壓縮式制冷、光電式制冷和熱電制冷等。太陽房被動(dòng)式太陽能系統(tǒng)：利用建筑構(gòu)件本身吸取太陽能，而不用設(shè)備。主動(dòng)式太陽能系統(tǒng)：需要附加的太陽能集熱器、熱能儲存裝置、熱交換器及能量供給裝置。其他太陽能熱利用技術(shù)：太陽灶；太陽能枯燥第三節(jié) 太陽能的光電利用太陽能電池太陽能電池簡介 年，美國貝

49、爾 公司研制成的硅電池，效率太低：4%6%；太陽能電池發(fā)電原理：基于光伏效應(yīng)由太陽光與材料相互作用而產(chǎn)生電勢。太陽能電池硅太陽能電池：單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池、非晶硅薄膜太陽能電池單晶硅太陽能電池單晶硅片的制備要經(jīng)過如下過程：石英砂冶金級硅提純和精煉沉積多晶硅錠單晶硅硅片切割。多晶硅太陽能電池多晶硅是以熔融的硅鑄造固化制成，制程簡潔，本錢較單晶硅低。工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的光電轉(zhuǎn)換效率15%。非晶硅太陽能電池 消費(fèi)性電子產(chǎn)品上，如手表、計(jì)算器等。光電轉(zhuǎn)換效率6%多元化合物薄膜太陽能電池化合物材料具有格外抱負(fù)的光學(xué)帶隙以及較高的吸取效率，抗化合物電池25%30%18%19.5%。銅銦硒太陽能

50、電池：銅銦硒薄膜電池適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退問題，轉(zhuǎn)換效率和CIS13%18.4%。CdTe 7%，與非晶硅a-Si電池16.5%。方向。M 晶太陽能電池：納MTiO2 晶體化學(xué)能太陽能電池是近進(jìn)展的，優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的本錢和簡潔的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在 10%以上，制作本錢僅為硅太陽電1/51/10。種類材料種類材料太陽能單電池效 太陽能電池模塊效率優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)效率最高本錢高技術(shù)成熟無效率衰退問題池本錢遠(yuǎn)低于單晶 效率低于單晶硅硅多元化合物薄本錢較低效率較高易于規(guī)模生產(chǎn)穩(wěn)定性不高原材料鎘有毒價(jià)格低廉、性能 原材料來源比較良好、工藝簡潔有限 能電池池811%8%本錢低廉、工藝簡潔、性

51、能穩(wěn)定35.9%泛、本錢低壽命短率單晶硅1524%1320%多晶硅1020%1015%非晶硅813%510%砷化鎵1932%2330%碲化鎘1015%710%銅銦硒1012%810%光伏電池技術(shù)太陽能光伏電池的進(jìn)展趨勢第一代光伏電池：基于硅晶體的光伏電池技術(shù)成熟壽命 20 yrs achieved典型光電轉(zhuǎn)換效率：1015%格的40%是硅的價(jià)格其次代光伏電池：基于薄膜技術(shù)：在襯底上沉積光伏電池活性物質(zhì)第三代光伏電池：非硅系第四代光伏電池：第四代光伏電池將從生物衍生。第四節(jié) 太陽能光化學(xué)利用利用光化學(xué)反響可以將太陽能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能。 種方法：光合作用；光化學(xué)作用-光解水制氫；光電轉(zhuǎn)換-電解水制氫光

52、合作用為化學(xué)能ATP、NADPH的過程。光合作用包括兩個(gè)主要步驟：光反響：光能化學(xué)能。光反響發(fā)生在類囊體膜上，是將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程。物淀粉是在基質(zhì)中形成和貯存起來的。光化學(xué)作用光解水制氫HO(l) H(g,常壓 1O(g,常壓) H=-285.85 kJ/mol。2光催化分解水制氫222以半導(dǎo)體為催化劑的光電化學(xué)分解水制氫以金屬協(xié)作物模擬光合作用的光解水制氫催化光解水制氫TiO2 光催化分解水反響陰極：2H+ +2e-H2陽極Ti2 2e- + 2空穴H2O + 2P+ 2H+O21總反響：H O hv HO2222協(xié)作物模擬光合作用的光解水制氫模擬光合作用的吸光、電荷轉(zhuǎn)移、儲能和氧化復(fù)

53、原反響等。光電轉(zhuǎn)換電解水制氫利用太陽能轉(zhuǎn)化成電能用于制氫目前主要有兩種方式：1)太陽能電池轉(zhuǎn)換的電能電解水制氫2)將半導(dǎo)體電極直接注入水中電解制氫第五節(jié)太陽能空間電站3.5 萬多公里的高空，且與地球同步的軌道上在這一軌道上，衛(wèi)星繞地球飛行一圈的時(shí)間，正好與地球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間一樣可以用它把太陽能直接引到地球上。第六節(jié) 太陽能的儲存與輸送能儲存在密封、隔熱的水池中，以供需要時(shí)使用。第六章 氫能氫能的特點(diǎn)氫的制取第一節(jié) 氫能的特點(diǎn)氫的存儲與運(yùn)輸氫的利用氫只是能量的一種儲存形式，是能源載體，不是能源。氫同位素有：1H氕氫1 99.98；2H 氘重氫20.02；3H 氚超重氫30.1ppm存 在：自然界

54、中主要以化合態(tài)形式存在，其中以水和碳?xì)浠衔餅橹?。常溫常壓下為氣態(tài)，在超低溫高壓下又可成為液態(tài)。0.0899g/l，是最輕密度最小 時(shí)，氫氣變成雪狀固體，假設(shè)將壓力增大到數(shù)百個(gè)大氣壓，液氫就可變?yōu)榻饘贇?。固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)與溫度和壓力的關(guān)系圖。氫的相圖參數(shù) 沸點(diǎn) K熔點(diǎn) K三相點(diǎn)：溫度K壓力 kPa氫20.314.0113.87.21千帕(kPa)=0.0098大氣壓(atm)氫同位素沸點(diǎn)和三相點(diǎn)：種類沸點(diǎn)K相點(diǎn)K氫氣H220.3813.95氘氣D223.6718.73氚氣T225.0420.26特點(diǎn)臨界點(diǎn)：溫度 K壓力MPa kg/m3氫比較33.251.29731.4重量熱值LHMJ/k12

55、044.550體積熱值STPMJ/310.739體積熱值液態(tài)MJ/litre8.2430.96沸點(diǎn)C-252.7自然氣-1623 倍，是全部化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的?？臁?-75%體積比。18.2-58.9%體積比。輻射熱低，著火能低。燃料性能性能CH4甲醇 CH3OH汽油(C)-253-16265wide range25C 的物理狀態(tài)GasGasLiquidLiquidLHV(MJ/kg)120482042-44HHV(MJ/kg)142532344-46113515,70032,000133918,10033,000可燃極限 (vol% in air)4-755.3-156-3

56、6.51.4-7.6爆炸極限 (vol% in air)18.2-58.95.7-146.7-361.4-3分子集中系數(shù)(cm2/sec)inair0.610.160.130.05(C)571632470220液體密度(g/liter)其次節(jié) 氫的制取77425792720-780重量熱值體積熱值LHV (MJ/Nm重量熱值體積熱值LHV (MJ/Nm3)HHV(MJ/Nm3)試驗(yàn)室中制備氫氣試驗(yàn)室中制備氫氣主要包括金屬金屬氫化物與水/酸的反響：2Na 2HO2NaOH H2Zn2HCl ZnClH22LiH HOLiOH H2LiAlH44HO LiOH Al(OH)24H22Al 2NaO

57、H 2HO2NaAlO23H2Si 2NaOH HO Na2SiO32H2氫氣的工業(yè)生產(chǎn)方法水煤氣法制氫以煤為原料制氫的方法主要有煤的焦化和氣化。 制取焦炭，并獲得焦?fàn)t煤氣。1000C 的溫度下通過赤熱的焦炭，即發(fā)生水煤氣反響：H O(g)C(g)00CCO(g)H2(g)將水煤氣和水蒸氣一起通過裝填有氧化鐵鈷催化劑的變換爐400600CCO 轉(zhuǎn)換成 CO2：CO(g)HO(g)0060CH2(g)CO2(g)自然氣制氫自然氣或裂解石油氣制氫甲烷蒸汽重整自然氣重整CH4(g)HO(g)10C3H2(g)CO(g)H = +205.8 kJ/molCO(gHO(g)H2(g)CO2)H = -4

58、1.2 kJ/mol大規(guī)模的甲烷制氫裝置已商業(yè)化，效率高達(dá)80-85%。小規(guī)模的甲烷蒸汽重整還未商業(yè)化，效。甲烷局部氧化/自熱重整化生產(chǎn)合成氣CO 和H2 混合物：CH4 + O2CO + 2H2 上述反響與甲烷完全氧化反響相競爭：CH4 + 2O2CO2 + 2H2O H = -890 kJ/mol 3裂解石油氣制氫800C75%。50%。4電解水制氫當(dāng)兩個(gè)電極陰極和陽極分別通上直流電，并且浸入水中時(shí)，水將會(huì)被分解并在陰極和陽電解水由分別發(fā)生在陰極和陽極的兩個(gè)化學(xué)反響組成。電解氫氧化鉀水溶液的電極反響為： 陽極反響： 4OH- O2 + 2H2O + 4e- 陰極反響： 4H2O4e-4OH

59、- 2H2總反響：2H2O 2H2+O2H2OH2 +O2氫氣。電解槽分類：電解槽可以分為三種：堿性電解槽、質(zhì)子交換膜電解槽、固體氧化物電解槽。 1000C 的電極室經(jīng)電極反響將水分解成氫氣和氧氣。由電極放出的高溫氫氣和氧氣通過導(dǎo)管輸入熱交換器，再將輸入的水蒸氣預(yù)900C，并使水蒸氣進(jìn)入電解槽，而氫氣和氧氣降溫后導(dǎo)出電解槽。生物質(zhì)制氫化能養(yǎng)分微生物產(chǎn)氫厭氧發(fā)酵有機(jī)物制氫細(xì)菌利用多種底物在氮化酶或氫化酶的作用下將其分解制取氫氣的過程。光合微生物產(chǎn)氫細(xì)菌或藻類通過光合作用將底物分解產(chǎn)生氫氣的方法。利用相關(guān)微生物如微型藻類和光合作用的聯(lián)系制氫。生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換制氫/氣化：將原料如柴薪、鋸末、麥秸、稻

60、草等壓制成型，在氣化爐中進(jìn)展氣化或裂解反響，可制得含氫的燃料氣。甲醇制氫其他方法制氫等，均有大量副產(chǎn)氫氣可實(shí)行適當(dāng)?shù)拇胧ι鲜龈碑a(chǎn)物進(jìn)展氫氣的分別回收。NaCl+ H2O+ electricity= Cl2 +NaOH +H2KCl + H2O+ electricity= Cl2 +KOH +H2從硫化氫中亦可制得氫氣。第三節(jié) 氫的存儲與運(yùn)輸氫的儲存儲氫方法按氫的理化性質(zhì)分類： M 管、活性炭吸附、玻璃微球、地下巖洞化學(xué)儲氫：金屬氫化物、配位金屬氫化物、氨、甲醇、甲基環(huán)己烷、堿金屬氫化物M 材料、金屬氫化物氣態(tài)儲氫：高壓氣瓶液態(tài)儲氫：低溫罐，溫度：21 K1/31kg 410kWh，能量利用效