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简介
这是化石能源的ppt，包括了化石能源与环境的关系，原油、汽油与几种典型煤种的元素组成，世界八大环境公害事件，具体的环境问题，水体富营养化视频，增加辛烷值的方法等内容，欢迎点击下载。
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化石能源与环境的关系 具体的环境问题 温室效应 酸雨 光化学烟雾 臭氧层空洞 水体富营养化 温室效应的视频1（1:30）&2（0:54） Tuvalu（图瓦卢 ） 温室气体 中国CO2排放量超过美国跃居世界第一！ 酸雨视频 中国酸雨的分布变化主要位于长江以南 光化学烟雾视频1（0:30） 臭氧空洞视频1&2 臭氧层作用 臭氧分子吸收紫外线分解为一个氧气分子和一个氧原子： 氧气分子可以吸收紫外线分解为两个氧原子： 氧气分子和氧原子也可以合并生成臭氧分子，以便吸收更多的紫外线： 氟氯烃（CFCs）很大程度上导致了平流层臭氧的减少。 这两个反应都造成了臭氧的减少。 水体富营养化视频 化石能源使用及分布 世界能耗在过去150年增加了20倍 （1850-2000） 世界一次能源或主要能源 (Primary Energy)的使用量及来源分布 中国能源资源利用现状及预期 液体燃料短缺、能源安全堪忧 Heating value of Fossil Fuels 天然气 世界天然气含量分布 中国天然气分布 天然气 主要包含甲烷及一些低分子量碳氢化合物如乙烷、丙烷，并含不同百分比的二氧化碳、硫化氢、氧硫化碳（COS）、水分等。 二氧化碳有时达10% 以上，经分离后有特别利用价值。 无色无味无毒、 H/C比值高、热值高，在36－42 MJ／Nm3之间。燃烧稳定，清洁无灰渣，是洁净环保的优质能源。也是优质的化工原料。 一般只要除去H2S、COS和CO2即可送入管道运输。 按其形成可分为：油田、煤成（层）气、生物气和水合物气四种 天然气 油田气是石油烃类天然气，包括从气田开采的气田气（纯天然气）；伴随石油一起开采出来的石油气（也称石油伴生气）；及含有轻质馏分的凝析气田气。 煤成气是成煤过程中有机质产生的甲烷气，从煤矿井下煤层中抽出的矿井气亦称为矿井瓦斯气。 生物气（沼气）是有机质被厌氧微生物分解产生的甲烷气 水合物气是在低温高压下，甲烷等气体分子渗入水分子晶隙中缔合的气体，存在于海底和陆地，亦称为“可燃冰”。据估计其潜在储量是煤炭资源总量的10倍，石油的130倍，天然气的487倍，在我国海洋中也广泛存在，陆地上则在西藏。 煤层气 煤层气是一种在含煤岩层中，以腐植性有机物质为主的成煤物质在成煤过程中自生非常规的天然气，主要成分为CH4占90%以上。 中国煤矿安全事故80%与瓦斯有关 甲烷是具有强烈温室效应的气体，其温室效应要比二氧化碳大20-25倍。资料显示，对于浅层煤层气，全国平均每开采一吨煤将造成1到1.1立方米的甲烷排放。 煤层气 全球的煤层气总资源量大约为260万亿立方米 中国煤层气资源总量超过３１万亿立方米，相当于４５０亿吨标准煤，位居世界第三，以山西、陕西、内蒙古等西部省区煤层气资源量最大，有１７万亿立方米，陆续在鄂尔多斯、准噶尔和塔里木以及东海、南海等地发现了煤层气田和含煤层气构造。其中资源条件较好、具有良好开发前景的有１６万亿立方米。 天然气在1个大气压，冷却至约-162℃时，天然气由气态转变成液态，称为液化天然气（Liquefied Natural Gas，缩写为LNG）。LNG无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/600，便于储存和运输。 压缩天然气(Compressed Natural Gas，简称CNG) 是天然气加压，并以气态储存在容器中。它与管道天然气的组分相同，可由LNG来制作。CNG可作为车辆燃料利用。 以天然气为原料生产合成氨、甲醇 CH4 + H2O → CO + 3H2 CO + H2O → CO2 + H2 C + 2H2O → CO2 + 2H2 N2 + 3H2 → 2NH3 CO + 2H2 → CH3OH 石油 原油 石油又称原油，主要是各种烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。它是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成的混合物，与煤一样属于化石燃料。石油主要被用来作为燃油和汽油，燃料油和汽油组成目前世界上最重要的一次能源之一。石油也是许多化学工业产品如溶液、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。 世界石油分布 汽油主要成分 主要组分是四碳至十二碳烃类。 由石油分馏或重质馏分裂化制得。原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、催化重整等过程都产生汽油组分。 最重要的性能为蒸发性和抗爆性。 蒸发性指汽油在汽化器中蒸发的难易程度。对发动机的起动、暖机、加速、气阻、燃料耗量等有重要影响。汽油的蒸发性由馏程、蒸气压、气液比3个指标综合评定。 ①馏程。指汽油馏分从初馏点到终馏点的温度范围。 ②蒸气压。指在标准仪器中测定的38℃蒸气压，是反映汽油在燃料系统中产生气阻的倾向和发动机起机难易的指标。车用汽油要求有较高的蒸气压。 ③气液比。指在标准仪器中，液体燃料在规定温度和大气压下，蒸气体积与液体体积之比。气液比是温度的函数，用它评定、预测汽油气阻倾向，比用馏程、蒸气压更为可靠。 抗爆性 抗爆性指汽油在各种使用条件下抗爆震燃烧的能力。车用汽油的抗爆性用辛烷值表示。 辛烷值定义是：异辛烷的辛烷值定为100 ，正庚烷定为 0，汽油辛烷值的测定是以异辛烷和正庚烷为标准燃料，使其产生的爆震强度与试样相同，标准燃料中异辛烷所占的体积百分数就是试样的辛烷值。 辛烷值 汽油按马达法辛烷值分为70号和85号二个牌号，按研究法辛烷值分为90号、93号、95号和97号车用汽油四个牌号，目前日常生活中大家习惯的汽油牌号就是按研究法辛烷值分类的。 马达法辛烷值 mon:以较高的混合气温度（一般加热至149℃）和较高的发动机转速（一般达900转/分）的苛刻条件为其特征的实验标准发动机测得辛烷值。 研究法辛烷值 ron:以较低的混合气温度（一般不加热）和较低的发动机转速（一般达600转/分）的中等苛刻条件为其特征的实验标准发动机测定的辛烷值。 增加辛烷值的方法 含铅汽油（四乙基铅） 无铅汽油（MTBE） 甲基叔丁基醚(MTBE) 化学反应：在催化剂的作用下混合碳四中的异丁烯与甲醇醚化反应 生成MTBE： H2C=C(CH3)2 ＋ CH3OH ＋催化剂→ (CH3)3C-O-CH3 工艺流程：原料净化→醚化反应→产品分离→甲醇回收 MON=101；RON=117 MTBE可以增加汽油的辛烷值，而且化学性质稳定。添加MTBE的汽油还能改善汽车的行车性能，降低尾气中一氧化碳的含量。而且燃烧效率高，可以抑制臭氧的生成 。 有毒，有致癌性，EPA推荐饮用水中MTBE的质量浓度为5.2~10.3微克/L 禁用MTBE后，许多厂家开始研究替代产品，如乙醇汽油、烷基化油、改性异辛烷、聚异丁烯添加剂等 汽车尾气主要成分 主要污染物为碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫、甲醛、含铅化合物、苯丙芘及固体颗粒物等。能引起光化学烟雾等。 以往含铅汽油经燃烧后， 85%左右的铅排入大气中造成铅污染。 现代人体内的平均含铅量已大大超过1000年前古人的500倍数！而人类却缺乏主动、有效的防护措施。 现在很多儿童体内平均含铅量普遍高于年轻人；交通警察又较其它行业的人受铅毒害更深。 铅进入人体后，除部分通过粪便、汗液排泄外，其余在数小时后溶入血液中，阻碍血液的合成，导致人体贫血，出现头痛、眩晕、乏力、困倦、便秘和肢体酸痛等。 清洁汽油（Clean gasoline） 清洁汽油，是以无铅汽油为基础，按照比添加一种多效汽油清洁复合添加剂而构成的新品种汽油。由于加入了多效复合添加剂，增强了清除各种沉积物的能力，提高了经济性，降低了排气污染。 产品标号为90号及以上规格，硫含量小于800ppm，烯烃含量小于35%(V/V)，芳烃含量小于40%(V/V)，苯含量小于2.5%(V/V)。2003年1月1日起在全国推广使用清洁汽油。 清洁汽油的优点 1) 省油减少污染：燃油系统清洁，油品的雾化程度提高，混合气完全燃烧，功率增加使用清洁汽油的汽车，尾气排放中的碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、甲醛等将大大减少。 2) 清洁汽车部件：使用清洁汽油的汽车能够保持发动机燃油系统清洁，如化油器或喷嘴，进排气阀、火花塞、燃烧室、活塞等，燃油系统不会产生积碳，减少机械磨损，延长汽车使用寿命。 3) 改善行驶性能：发动机容易启动，转速平稳，加速性能好。 三元型催化式排气净化器 壳体用耐高温的不锈钢制成，内部的蜂巢式通道上涂有催化剂，催化剂的成份有铂、钯和铑等稀土金属。 三元型催化式排气净化器 反应原理： 氮氧化合物分解为氧气和氮气 2NOx → xO2 + N2 一氧化碳被氧化为二氧化碳 2CO + O2 → 2CO2 碳氧化合物被氧化为二氧化碳和水蒸汽 2CxHy + (2x+y/2)O2 → 2xCO2 + yH2O 乙烯及相关化学品 LDPE是高压聚乙烯，即低密度聚乙烯，通常用高压法(147.17-196.2MPa)生产。由于用高压法生产的聚乙烯分子链中含有较多的长短支链(每1000个碳链原子中含有的支链平均数21)，所以结晶度较低(45%-65%)，密度较小(0.910-0.925)，质轻，柔性，耐低温性、耐冲击性较好。广泛用于生产薄膜、管材(软)、电缆绝缘层和护套、人造革等。 HDPE是低压聚乙烯，即高密度聚乙烯 ，主要是采用低压生产。HDPE分子中支链少，结晶度高(85%-90%)，密度高(0.941-0.965)，具有较高的使用温度，硬度、力学强度和耐化学药品性较好。适用于中空吹塑、注塑和挤出各种制品(硬)，如各种容器、网、打包带，并可用作电缆覆层、管材、异型材、片材等。 炼油厂、重要石油化学工业的三废来源 1) 挥发性有机物 (VOC， volatile organic compounds): 有毒性和可燃性及爆炸性气体如苯、甲苯、二甲苯、二甲醚、氯乙烯、丁二烯、卤化物、硫化物等。 2) 生产过程的副产物及废物，如含硫废污泥，废催化剂， 废油渣，酸碱废液， 含硫废碱液，含酚废碱液。含酚废碱可经处理回收其中的酚类。 3) 废水：包含酸水、冷却水、清洗水、冷凝水、泻漏的原料及产品等，有机物含量常以BOD、COD及TOC表示。冷却水、清洗水、冷凝水等可回收或再使用。 4) 氮与硫在燃烧后产生的氧化物为主要的空气污染物，NO， NO2， SO2， SO3， (NOx， SOx)，及生成臭氧及光化学污染物。 炼油厂及一般石油化学工业的三废减排及处理 1. 废水初级处理（除油、除渣）、生物处理（除有机物）、深度处理及利用（例：消防用储水）。 2. 冷却水、清洗水、冷凝水应当回收、并增加水循环使用的比例。 3. 废油渣能源化使用、废催化剂回收、 4. 高浓度废碱液需要特殊处理。 5. 有效利用酸碱废液的中和、废溶剂回收等。 6. 发展及采用新产品，如生物分解性好的清洁剂。 7. 防止有机气体的泄漏；回收及处理有机气体。 炼油厂含硫废水的处理 主要处理方法：汽提法和空气氧化法。硫的去除率大于90% 空气氧化法 空气氧化是利用空气中的氧气氧化废水中有机物和还原性物质的一种处理方法，是一种常规处理含硫废水的方法。空气氧化的能力较弱，为提高氧化效果，氧化要在一定条件下进行。如采用高温、高压条件，或使用催化剂。 生物接触氧化法 生物接触氧化法也叫生物膜法，当废水与好氧生物膜接触时，生物膜能将废水中的有机物彻底地氧化，从而实现净化废水的目的。 生物膜中的生物相极为丰富，它主要由菌胶团、丝状菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物等组成，其中降解有机物的主要是细菌。 萃取-生物法 炼油厂的含硫废水中酚的含量常常较高。如果采用生物法对这种含硫废水进行处理，酚会影响生物的生长过程，在这种情况下，必须在生物处理之前对废水进行预处理。在处理时先用油萃取，然后再进行一系列的生物处理，处理后水中的各污染物浓度均有大幅度的下降，其中，酚的含量下降为1mg/L，氨为40 mg/L，硫化物<0.1 mg/L，COD为300mg/L。 成品油中硫化物的去除 加氢-细菌催化法 该方法包括两步: (1) 通过加氢以除去原油中不稳定的有机硫化合物， (2)用一种人工培养的、对有机硫化合物具有选择性的Rhodococcusrhodocrous细菌作为生物催化剂，对原油进行生物催化脱硫，通过生物催化氧化，可使有机硫化物(如联苯噻吩)的C-S键发生断裂，而转变成无机硫化物，可有效地除去成品油中的硫化物 萃取法 成品油中的有机硫化物也可通过萃取法来去除，常用的萃取剂是碱液，但有机硫化物在碱液和成品油中的分配系数并不高，为了提高萃取效率，可在碱液中加入极性的有机溶剂，提高萃取的脱硫效率。 络合法 用金属氯化物的DMF溶液处理含硫的石油产品，可使有机硫化物与金属氯化物作用，生成水溶性的络合物而加以去除。能与有机硫化物生成络合物的金属离子很多，而其中以CdCl2的效果最佳，但由于Cd2+的毒性较大，也可用CoCl2或NiCl2来代替。不同金属氯化物与有机硫化物的络合反应活性依次为： Cd2+>Co2+>Ni2+~Mn2+>Cr3+>Cu2+>Zn2+>Li+>Fe3+ 吸附法 一些天然沸石(如丝光沸石、钙十字石、斜发沸石等)经酸性活化后，可用于吸附去除成品油中的乙基硫醇和二甲基硫，而ZSM-5和NaX沸石则分别适用于对硫醚和硫醇的去除 煤 煤的组成 煤的化学结构是高 度交联的非晶质大分子空间网络。 每个大分子由许多结构相似而又不完全相同的基本结构单元聚合 煤中有机质的主要组成元素是碳，泥炭含碳量55-62%；褐煤60-77%；烟煤70-93%；无烟煤88-98%。 煤的组成 微量元素在燃烧后其元素或化合物完全挥发进入气相的有Hg， F， Br， Cl， B， I， 而富集于飞灰的有As， Cd， Ga， Ge， Pb， Sb， Sn， Te， Zn 等，其中Hg， Pb， As， Cd 等是毒性高的元素。 灰分 (Ash)为燃烧后残余的固体无机物，含钙、磷、硅、铁等。煤中还有水分等杂质，水在煤中含量为0.3-25%不等。 煤的焦化及焦油 焦油馏分部分组成 煤化工艺及工艺组合 现代煤化工业简示图 煤气化 Coal Gasification 煤气化流程示意图 多联产：资源/能源/环境一体化能源系统 煤间接液化流程示意图 煤液化制油及新型煤化工项目耗资巨大，能耗高，以多的能源换取更少的能源，必须审慎考虑长期利益及生命周期。 新型煤化工工程建设和生产运行是应用多领域高新技术和实施大规模工程相结合的复杂系统工程，技术和工程管理水平要求高，因此必须注重组织管理和培育高素质的技术队伍，实行先进、科学、 高效 的管理和经营模式。 煤化工产业的发展对煤炭资源、水资源、生态、环境、技术、资金和社会配套条件要求较高。推进煤化工行业发展的关键在于真正做到以经济效益及环境的持续发展为中心。 新型煤化工产业发展应充分注重水资源的约束影响，发展节水工艺。 煤开发利用过程中的环境污染控制 洗煤及洗煤废水 a) 含硫化铁，易氧化成强酸性： 2 FeS2 + 7 O2 + 2 H2O → 2 Fe2+ + 4SO42- + 4 H+ 4 FeS2 + 15 O2 + 14 H2O → 4 Fe(OH)3 + 8 H2SO4 b) 需要中和硫酸及沉淀分离处理，并回收废水： CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2O + CO2 宝钢焦化厂废水的排量和水质 冷煤气发生站废水水质 煤的物理净化技术 在燃烧前用物理方法脱除一部分灰分和硫分， 工作原理是：首先通过煤的粉碎使煤中的不纯物质与煤脱离，进而利用煤本身的有机物质与密度较大的不纯物质之间的比重差实现分离。 煤的物理净化方法工艺简单、投资少、运行成本低，但是，该方法主要脱除煤中的无机硫分，不能去除煤中的有机硫分。 煤的转化利用技术 煤的转化利用技术是以一定的方式把煤完全转化成可燃的气体或液体，煤中的灰分以废渣的形式排出。 煤的转化利用技术可以在使用前将形成的可燃气体中的气态硫化物和氮化物比较容易地去除，能够达到减少燃烧过程中二氧化硫产生的目的。 微生物脱硫技术 本质: 化学方法； 原理: 利用有些微生物能够溶解黄铁矿、硫杆菌可以去除有机硫的特性来脱硫。把煤粉悬浮在含有细菌的气泡液中，细菌产生的酶能够促进硫氧化成硫酸盐，从而达到脱硫的目的。 该类技术具有很多突出的优点，例如:脱硫反应能够在常温常压下进行、运行费用低、耗能少、不会降低煤的热值、能够脱除煤中的有机硫和无机硫、脱硫工艺的投资成本低等。 由于煤炭及生物技术自身的一些原因，限制了微生物脱硫技术的大规模应用。 燃烧中的脱硫技术 燃烧中的脱硫技术是指当燃料在锅炉内燃烧时向其中加入脱硫剂，使脱硫剂锻烧后产物与燃烧过程中产生的硫氧化物(SO2、SO3等)发生反应生成硫酸盐和亚硫酸盐，并以灰渣的形式排出炉外，从而减少烟气中硫氧化物的排放、达到脱硫环保的目的。 常用的钙基脱硫剂有石灰石(CaCO3)、白云石(CaCO3 ，MgCO3)或者熟石灰(Ca (OH)2)、生石灰(CaO)等。 废气脱硫视频 燃烧后脱硫技术 燃烧后脱硫即烟气脱硫技术，是利用脱硫剂与烟气中的SO2反应，并将其转化为较为稳定的含硫化合物或单质硫。 目前，世界各国研究开发和商业应用的烟气脱硫技术超过200多种，烟气脱硫技术己经成为燃煤电厂控制SO2排放最有效和应用最广的脱硫技术。 按照脱硫的工艺特点，烟气脱硫技术可分为湿法和干法。 基本原理 碱性脱硫剂+SO2=亚硫酸盐（吸收过程） 亚硫酸盐+O2=硫酸盐（氧化过程） 干法 干法的脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行。该法具有无污水废酸排出，设备腐蚀小、烟气在净化过程中无明显温降、净化后烟温高、利于烟囱排气扩散等优点，干法烟气脱硫技术由于能较好地回避湿法烟气脱硫技术中存在的腐蚀和2次污染等问题，近年来得到了迅速的发展和应用。 存在脱硫效率低、反应速度较慢、设备庞大等问题。 湿法烟气脱硫技术 湿法烟气脱硫技术(WFGD，Wet Flue GasDesulfurization)是采用液体吸收剂洗涤烟气，使烟气中的SO2气体与洗涤浆液中的吸收剂发生反应以去除SO2，并在湿态下对反应产物进行处理的技术。 该技术的脱硫系统位于烟道的末端、除尘器之后，脱硫反应属于气液两相反应。 湿法烟气脱硫技术的主要优点是脱硫效率高，可达95%以上，最高可达99%;脱硫剂利用率高，钙硫摩尔比一般在1. 05一1. 10;对煤种的适应性强，尤其适用于高硫煤;技术成熟，运行可靠性高。 其主要缺点在于:要排放大量废水，易造成2次污染，占地面积大，投资与运行维护费用高，脱硫装置的腐蚀严重。 烟气脱硝 Reductant SCR reactor Catalyst 知识点—A 一、单项选择题（每题3分） 1、1公斤的标准煤的热值为 MJ。 A.29.3 B.35.2 C. 17.6 D.50.2 2、 的产量标志着一个国家化学工业的发展水平。 A.丙烯 B.乙烯 C.丁二烯 D. 甲苯 二、填空题（每空3分） 1、天然气按其形成，可分为： 、 、生物气和水合物气四种 2、 是衡量汽油在汽缸内抗爆震燃烧能力的一种数字指标。 三、简答题 1、请列出三种主要的温室气体及其人为活动的来源。（9’） 2、请简述光化学烟雾的成因。（8’） B 一、单项选择题（每题3分） 1、以下碳氢化合物中，辛烷值为0的是 。 A.异辛烷 B.正庚烷 C. 甲苯 D.环己烷 二、填空题（每空3分） 1、光化学烟雾污染的标志是 浓度的升高。 三、简答题 1、请简述温室效应的成因及列出三种主要的温室气体。（9’） 2、请简述平流层臭氧空洞形成的原因。（8’） 新增 1、合成气的成分 2、酸雨的形成机理 3、湿法烟气脱硫的原理 4、NH3-SCR的原理
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