工业催化第二版68、69

1、一一次能源及可利用的资源储备是国家生存与发次能源及可利用的资源储备是国家生存与发张战略的重要一环，不仅关系和平时期的国计民生，张战略的重要一环，不仅关系和平时期的国计民生，而且涉及国家在战时的动员能力。而且涉及国家在战时的动员能力。2020世纪世纪7070年代末的两次能源未击中，西方国家年代末的两次能源未击中，西方国家通过煤的气化和甲烷化生产代用天然气（通过煤的气化和甲烷化生产代用天然气（SNGSNG）应）应对局面，为煤的清洁加工开发了一些成功的催化工对局面，为煤的清洁加工开发了一些成功的催化工艺，用于煤脱硫净化处理。在油价持续攀升居高不艺，用于煤脱硫净化处理。在油价持续攀升居高不下而资源匮乏

2、的今天，再将下而资源匮乏的今天，再将SNGSNG推向大型化是无出推向大型化是无出路的。除南非那样特殊环境，煤直接转换为液体燃路的。除南非那样特殊环境，煤直接转换为液体燃料也不可取。但煤是比气、油储量多的能源，故未料也不可取。但煤是比气、油储量多的能源，故未来能源的出路和战略，要估计煤的新作用来能源的出路和战略，要估计煤的新作用一次能源：一次能源： 泛指煤、石油、天然气等矿物燃料。泛指煤、石油、天然气等矿物燃料。煤煤炭炭石油石油水电水电天然气天然气 （1 1）以脱硫、脱氮的煤以脱硫、脱氮的煤气化为核心，将动力与化工循环耦合气化为核心，将动力与化工循环耦合， 发发展展发电发电与化学品（甲醇和与化学

3、品（甲醇和DMEDME）联产技术）联产技术 （2 2）以甲醇和）以甲醇和DMEDME取取代汽油、柴油，发展清洁价廉的交通用代汽油、柴油，发展清洁价廉的交通用 燃料。燃料。 （3 3）由甲）由甲醇醇/ /DMEDME经重整制富氢（醇、经重整制富氢（醇、醚氢），醚氢），发展发展 PEMPEM型燃料电池，组合成兆瓦级电站。型燃料电池，组合成兆瓦级电站。目目前已建成前已建成1515万吨级万吨级DMEDME装置装置（山东）计划建（山东）计划建100100万吨级万吨级DMEDME装置装置 6.8.1 中国的煤基醇、醚燃料路线根据国情，未来的能源战略是满足环保的要求，在煤根据国情，未来的能源战略是满足环保的

4、要求，在煤炭清洁转化的基础上，大力发展炭清洁转化的基础上，大力发展煤煤基燃料。基燃料。6.8.2 美国化石能源计划Vision21美国能源部于2002年出台了以煤为基础的零排放化石能源计划。该计划由政府牵头，组成“政府企业研究院”协同运作的联合机制，采用创新技术和多种能源的混合路线，包括化石能源、核能混合可再生能源，但未来能源的主体仍是煤炭。该计划的集成技术包括：煤的气化和FC提供发电，同时副产车用燃料和化工原料；特别强调未来能源生产中化学和化学工程学的关键作用。“Vision21”特别强调CO2管理，因为会影响全球的大气环境变化。美国化石能源计划Vision216.8.3 丹麦Topsoc组

5、合能源计划 欧洲模式该方案是煤基型能源开发计划，可以作为欧洲模式。IGCC代表联合循环的动力装置，是荷兰Shell公司的煤气化技术，发电效率较传统的要高，达43%。在IGCC装置中，H2和甲醇（DME和F-T柴油）可以通过强制合成廉价的生产，作为IGCC的副产物。煤煤气化（高压气化（高压35-50bar)联合循化动力装置联合循化动力装置 此方案中，煤和其他重化石燃料（油砂、石油此方案中，煤和其他重化石燃料（油砂、石油焦）在未来能源供应中仍占重要地位，而合成燃焦）在未来能源供应中仍占重要地位，而合成燃料可以通过合成单元廉价获得。料可以通过合成单元廉价获得。 生物能生物能kJ47. 0OOHC61

6、OHCO2612622生物生物质质 自然能的一种，是地面或海面在太阳能的蓄积过程中通过光合作用生成的。由植物体形成的，通过水和二氧化碳对有机物 的 糖类、淀粉，以维持其各项生命活动。 光合作用：光合作用： 自身无法由无机物合成有机物， 只能用植物产生的有机物摄入体内产生能量维持生命，排出的粪便及和尸体包含的有机物经微生物氧化分解再还原成CO2、H2O、CH4、NH3等动动 物物生物质能主要蓄积在森林中生物质能主要蓄积在森林中通过无机物、有机物形态的转通过无机物、有机物形态的转变，形成物质、能量的循环变，形成物质、能量的循环植物（生产者）植物（生产者）动物（消费者）动物（消费者）微生物（分解者）

7、微生物（分解者）（1）能源植物生物质能利用途经生物质能利用途经主要利用含烃植物，将此类植物的树汁干馏即可以得到“石油替代品”，目前较关注的只有青珊瑚草等若干种。（2）直接烧木柴和木炭生物质能利用途经生物质能利用途经这些燃料在历史上曾作为人类的主要能源，为人类文明发挥了重要作用。但随着化石燃料的发展，现金用量大为减少。我国于我国于20052005年年2 2月月2828日正式制定日正式制定可再生能源法可再生能源法，将可再生能源（包括生物质能）的开发利用列为能源将可再生能源（包括生物质能）的开发利用列为能源发展优先领域。发展优先领域。淀粉和糖造酒（乙醇）的化学反应：目前世界上生产甘蔗能源酒精产量最高

8、的国家是巴西，其酒精年产量在130亿升左右。巴西开发的汽车用酒精燃料分为含水（6%）和不含水（0.5%）乙醇两种，前者直接作为燃料，后者按25%比例添加到汽油中制成混合燃料，普通汽车不用改装即可使用。巴西是世界上唯一不供应纯汽油的国家，也是世界上用酒精汽车燃料最为成功的国家。（3）生物质经发酵转化成酒精燃料生物质能利用途经生物质能利用途经612526126252C H OH OC H O2C H OH2CO 淀粉糖乙醇（4）生物质经厌氧发酵成沼气生物质能利用途经生物质能利用途经生物质体内的碳水化合物、脂肪、蛋白质等有机物，处于泥水池沼、湖底等地，在与大气和氧气隔绝的条件下，经过厌氧型微生物的发

9、酵作用，分解转化成CO2、H2O、CH4、NH3、H2等，其中主要是甲烷，这种混合气体称为沼气。厌氧发酵技术既可用于治污，也可用于产能，故备受关注。（5）生物质催化汽化发展成高密度高热焓能源生物质能利用途经生物质能利用途经生物质能虽然有许多优点，但是借助前述几种方法得到的能力强度低、热焓低，特别是与石油能源相比较很突出，为此，我国学者提出了生物质催化气化转化的新思路。生物质气化转化经历三类连串反应工程：裂解、变换和调变工程。裂解是将生物质转化为气态物、水溶性有机物、焦和炭等。采用催化剂可强化转化的速度和深度；提高目的产物的收率；变换是将焦和炭经水蒸气转化为气态和水溶性有机物；调变是将上述两类反

10、应物经变换和缩合等过程，以改善燃料气的组成和品质。二甲醚又称甲醚，简称二甲醚又称甲醚，简称DMEDME，在常压下是一种无，在常压下是一种无色气体或压缩液体，具有轻微醚香味。相对密度色气体或压缩液体，具有轻微醚香味。相对密度（2020）0.6660.666，熔点，熔点-141.5-141.5，沸点，沸点-24.9-24.9，室温下蒸气压约为室温下蒸气压约为0.5MPA0.5MPA，与石油液化气（，与石油液化气（LPGLPG）相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多种有相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多种有机溶剂。易燃，在燃烧时火焰略带光亮，燃烧热机溶剂。易燃，在燃烧时火焰略带光亮，燃烧热（气态（气态）1455kJ/mol1455kJ/mol。常温下。常温下DMEDME具有惰性，不易自具有惰性，不易自动氧化，无腐蚀、无致癌性，但在辐射或加热条动氧化，无