能源工程概论3-1常规能源的高效利用课件

2023/6/81主要内容1煤炭2石油3天然气4核能5二次能源2023/6/82四大常规能源煤碳石油天然气水力能（电能）知识点回顾2023/6/83碳基能源主要碳基能源：煤碳、石油、天然气等。石油：碳、氢是主要组成元素，其中碳占84%--88%，氢占12%--14%；另外氧、氮、硫等占不足1%。平均低位发热量41.87MJ/kg。天然气：碳占65%--80%，氢占12%--20%；平均低位发热量38.97MJ/kg。煤碳：主要由碳、氢、氧、氮和硫等构成（碳、氢、氧占95％以上，含碳80％~85％，含氢4％~5％）；还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素。原煤的平均低位发热量20.93MJ/kg。知识点回顾2023/6/84CompanyLogo能源使用发展史柴草时期从火的发现到18世纪产业革命，树枝杂草一直是人类使用的主要能源。柴草不仅能烧烤食物，驱寒取暖，还被用来烧制陶器和冶炼金属。煤炭时期煤炭开采始于13世纪，而大规模开采并成为世界主要能源是18世纪中叶。1769年，瓦特发明蒸汽机，煤炭作为蒸汽机的动力之源而受到关注。石油时期二战之后，美国、中东、北非等地区相继发现了大油田及伴生的天然气。每吨原油产生的热量比每吨煤高一倍。石油炼制的汽油、柴油等是汽车、飞机等内燃机燃料。2023/6/85能源研究三大课题太阳能、风能、水能、氢能等清洁能源的经济合理利用与开发可燃冰、核聚变能等新能源的开发石油、煤、天然气等化石燃料及铀矿的高效清洁利用2023/6/86１、煤：也叫煤炭，被称为“工业的粮食”，主要含有C元素，还有少量S、H、N、O。2、石油：被誉为“工业的血液”、“黑色的黄金”

，主要含有C、H元素，还有少量O、N、S。3、天然气：指在地下自然形成的可燃性气体。主要成分是甲烷（CH4）。2023/6/87现象：1、燃烧放热；2、产生蓝色火焰；3、烧杯内壁有水雾；4、有使澄清石灰水变浑浊的气体生成。甲烷燃烧（点燃前需要检验纯度）CH4+2O2CO2+2H2O

点燃2023/6/881煤炭2023/6/89煤炭的形成古代的植物体由于地壳运动而埋没地下，在适宜的地质环境中经过漫长年代的演变而形成煤。煤炭的含碳量一般为46%～97%。煤是重要的燃料和化学工业原料。2023/6/810煤的元素组成

煤由有机物质和无机物质混合组成。有机质主要由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）四种元素构成;无机质主要有：硫（S）、磷（P）及稀有元素氟、氯和砷等。2023/6/811煤的组成片段2023/6/812碳是煤中有机质的主要成分。煤的含碳量随着煤的变质程度加深而增加。氢也是煤的有机质的主要元素。含氢量和含氧量在煤的变质过程中随着不断脱出CO2和H2O都在逐渐降低。氮是组成有机质的次要元素；煤的元素组成

2023/6/813硫是煤中有害元素，燃煤时生成SO2是污染空气的“元凶”。磷的含量虽然不高，但炼焦时进入焦碳，炼铁时进入生铁，增加铁的脆性。铁、铝、镁、钙、硅等元素都是煤的无机物的组成元素。煤燃烧时，这些元素都留在灰份中。煤的元素组成

2023/6/814常用的煤质指标

水分灰分挥发分发热量

固定碳全硫可磨性煤灰熔融性（灰熔点）煤的着火点（燃点）煤的密度2023/6/8151）水分水分符号：M，单位：%，是一项重要的煤质指标，煤的水分对其加工利用、贸易、运输和储存都有很大的影响。一般说来，水分高要影响煤的质量。2023/6/816水分在煤的利用中首先是煤的破碎问题，水分高的煤就难以破碎；在锅炉中水分高会影响煤燃烧的稳定性和热传导；在炼焦时，水分高会降低焦产率，且由于水分大量蒸发带走热量而延长焦化周期；在煤炭贸易中，水分也是一个定质和定量的主要指标，故在签订销煤合同时，用户一般都会提出煤中水分的限值。

2023/6/8172）灰分灰分符号：A，单位：%，是另一项在煤质特性及利用中起重要作用的指标，它与含碳量、发热量、结渣性、可磨性等有不同程度的依赖关系。在煤燃烧和气化中，根据煤的灰分及灰熔融性、灰粘度、导电性、化学组成等特性来预测燃烧中可能出现的腐蚀、沾污、结渣等问题，并据此来选择炉型；2023/6/818灰分煤样在规定条件下完全燃烧后所得的残留物。包括有机质燃烧后的残渣和无机矿物质在煤燃烧过程中形成的反应产物。灰分是指一种物质中的固体无机物的含量。这种物质可以是食品也可以是非食品，可以是包含有机物的无机物也可是不含有机物的无机物，可以是锻烧后的残留物也可以是烘干后的剩余物。但灰分一定是某种物质中的固体部分而不是气体或液体部分。2023/6/819灰分在炼焦中，要用煤的灰分大小来预测焦炭中灰分的高低。煤的灰分高，有效碳的含量就低，发热量一般也低；在商业上要根据煤的灰分来定级论价（现炼焦煤以灰分论价，动力煤已改为以热值为主论价）。2023/6/8203）挥发分煤的挥发分：符号V，单位：%，是煤中有机物和一部分矿物加热分解的产物；它不是煤中固有物质，而是在特定温度下煤受热分解的产物。煤的挥发分与煤的变质程度有很大的关系。随煤化程度的提高，挥发分减少。如褐煤的挥发分一般为38%-65%，烟煤的挥发分一般为10%-55%，无烟煤挥发分≤10%。2023/6/821挥发分挥发分是决定“煤炭利用设备”的重要指标。一般根据挥发分来选择适于特定煤源的燃烧设备或适于特定燃烧设备的煤源（在锅炉设计时已将挥发分值设定在某一范围）；在炼焦中，要根据“挥发分”来确定配煤比例。对于挥发分适中的烟煤，粘结性好，适于炼焦；在煤的气化和液化工艺的条件选择上，“挥发分”也有重要的作用；在环境保护中，“挥发分”还作为一项制定烟雾法令的依据。2023/6/8224）发热量（热值）煤的发热量符号：Q，单位：J/g（焦耳/克）、MJ/kg（兆焦/千克），习惯上也使用cal/g（卡/克）、kcal/kg（千卡/千克）；换算关系：1卡=4.1816焦耳；发热量是表征煤质的一个重要指标。2023/6/823发热量是表征煤质的一个重要指标。1、发热量是燃烧设备热工计算的基础。燃煤工艺过程中的热平衡、耗煤量及热效率等计算都是以所用煤的热值为依据；在设计电厂锅炉时也是根据煤的平均低位发热量来考虑锅炉的种类、型号及燃烧方式；2、煤的发热量是表征煤的各种特征的综合指标。煤的发热量与煤的变质程度有很大关系，一般是随变质程度的加深而增高。2023/6/824发热量（热值）由于煤的发热量指标的重要性，用户购煤时首先考虑的是发热量（热值）的高低，是否符合燃煤设备对热值的要求，在动力煤的计价中也是以发热量作为结算依据。2023/6/825无烟煤95％烟煤70～80％褐煤50～70％泥煤50～60％煤的分类2023/6/826煤的分类

通常最简单的分类方法，根据煤中干燥无灰基挥发分含量（煤化度）将煤分成褐煤、烟煤和无烟煤三大类。

煤的科学分类为其合理开发和利用奠定了基础。2023/6/827煤的分类(1)褐煤(HM)多为块状，呈黑褐色，光泽暗，质地疏松；含挥发分40%左右，氧含量高，常达15～30%左右，燃点低，容易着火，燃烧时上火快，火焰大，冒黑烟；含碳量与发热量较低，燃烧时间短。含水分大，密度较小，无粘结性，并含有不同数量的腐植酸，煤中化学反应性强，热稳定性差，块煤加热时破碎严重。存放空气中易风化变质、破碎成块甚至粉末状。其灰中含有较多的CaO，而有较少的Al2O3。2023/6/828煤的分类(2)烟煤(YM)一般为粒状、小块状，也有粉状的，多呈黑色而有光泽，质地细致；含挥发分30%以上，燃点不太高，较易点燃；含碳量与发热量较高，燃烧时上火快，火焰长，有大量黑烟，燃烧时间较长；大多数烟煤有粘性，燃烧时易结渣。2023/6/829煤的分类(3)无烟煤(WY)固定碳含量高，可达80%以上；挥发分含量低，在10%以下；密度大，硬度大，燃点高，不易着火；燃烧时不冒烟。有粉状和小块状两种，呈黑色有金属光泽而发亮；杂质少，质地紧密，但发热量高，刚燃烧时上火慢，火上来后比较大，火力强，火焰短，燃烧时间长，粘结性弱，燃烧时不易结渣。又分为：01号无烟煤为年老无烟煤；02号无烟煤为典型无烟煤；03号无烟煤为年轻无烟煤。2023/6/830煤炭资源煤炭是地球上蕴藏量最丰富、分布地域最广的化石燃料。根据世界能源委员会的评估，世界煤炭可采资源量达4.84104亿吨标准煤，占世界化石燃料可采资源量的66.8％。2023/6/831煤炭开采

1、露天开采：优点是开采效率高，生产成本低，建设周期短，劳动条件好，安全性高。缺点是易受气候和季节影响，矸石占地面积大。2、矿井开采：凡是不经济或不适合露天开采的煤田就必须采用矿井开采。

2023/6/832露天开采2023/6/833矿井开采2023/6/834我国能源资源我国能源资源的基本特点是“富煤、贫油、少气”。这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。统计表明，我国煤炭资源总量为5.6万亿吨，其中已探明储量为1万亿吨，占世界总储量的11％，而石油占2.4％，天然气仅占1.2％。

煤炭是最可靠的能源2023/6/835能源现状决定了我国一次能源以煤为主的格局在相当长的时期内难以改变，未来将呈以煤炭为主的多元能源结构。2023/6/836我国的煤炭资源在我国，煤炭资源主要分布在山西、陕西、内蒙古、黑龙江、辽宁、山东几个省区。著名的大型煤矿有大同煤矿（山西）、东胜煤矿（内蒙古）、神府煤矿（陕西省榆林市）、河南焦作、平顶山煤矿等。2023/6/837我国的煤炭资源中国煤炭资源总量虽然较多，但探明程度低，人均占有储量较少，按1999年人均可采储量对比，中国人均可采储量仅为90.9吨，约为世界人均可采储量的55%。2023/6/838我国的煤炭资源中国煤炭资源和现有生产力呈逆向分布，造成了“北煤南运”和“西煤东调”的被动局面。大量煤炭长距离运输，给煤炭生产和运输造成了极大的压力。我国适合“露天开采”的煤炭资源不多，煤炭生产以“地下开采”（矿井开采）为主。2023/6/839我国的煤炭消费我国是世界上最大的煤炭消费国。

在煤炭消费中，煤炭的加工转换（包括洗选、发电、供热、炼焦、制气及煤制品加工等）增长迅速，而煤炭终端消费（指能源不通过中间加工转换，而直接投入到各种加热、动力等设备，用于生产和非生产活动的消费）增长对环境造成更大的破坏。◆推进适合我国国情的煤炭清洁高效开发利用技术势在必行。2023/6/840煤炭

高效洁净利用技术

2023/6/841洁净煤技术我国的能源消费75%以上靠煤炭。而煤炭由于在开采、燃烧过程中产生的矸石、灰渣，烟尘中的SO2、CO2、NOX等有害气体，对环境污染较其他能源更为严重。因此，煤炭的清洁开发和利用是摆在全人类面前的紧迫问题。2023/6/842一吨煤燃烧可生产的废弃物我国约有80%的煤用于直接燃烧，1吨煤要排放20公斤SO2，440公斤（以碳基计算）CO2及15公斤烟尘和260公斤的灰渣。我国南方一些地区已出现酸雨现象，如重庆、贵阳、柳州、长沙等地区，北方城市尤其在采暖季节，由于燃煤排放的烟尘，到大气中的总浮微粒年平均超过800微克/标准立方米，有些城市冬季超过1000微克/标准立方米，超过国家大气质量二级标准2倍多。2023/6/843一吨煤燃烧可生产的废物示意图CO2440kgCO1.4kgSO220kgHC0.5kg粉尘15kg2023/6/844洁净煤技术洁净煤技术（cleancoaltechnology）旨在减少污染和提高效益的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制等新技术的总称。

主要包括：洁净生产技术、洁净加工技术、高效洁净转化技术、高效洁净燃烧与发电技术、燃煤污染排放治理技术等。

2023/6/845洁净煤技术体系2023/6/846燃烧前的处理（煤炭加工）

燃烧前的处理主要是：选煤、型煤和水煤浆三项技术。选煤的目的：降低原煤中的灰分、硫分等杂质含量，并将原煤加工成质量均匀、能适应用户需要的不同品种及规格的商品煤。

2023/6/847燃烧前的处理——选煤就选煤能力而言，中国仅次于美国，居世界第2位。但总的来说，煤炭入洗率很低，仅有1/4煤炭入洗。2023/6/848燃烧前的处理——型煤

将粉煤或低品位煤加工成一定形状、尺寸和有一定理化性能的煤制品。型煤是各种洁净煤技术中投资小、见效快、适宜普遍推广的技术。2023/6/849燃烧前的处理——水煤浆

水煤浆是20世纪70年代兴起的煤基液态燃料。它是由煤粉、水和少量添加剂组成。水煤浆的制备以浮选精煤为原料，经脱水、脱灰、磨制，加添加剂后与水混合成浆。2023/6/850燃烧中处理

为达到环保目的，工厂企业通常采用高烟囱排放：将燃烧装置产生的有害烟气排放到远离地面的大气层中，并通过大气的运动使污染物浓度降低，以改善污染源附近的大气质量。这种方法并不能减少有害物的总排放量，因此燃烧过程中处理，即炉内脱硫、脱硝十分重要。

2023/6/851采用的脱硫方法

热解法脱硫碱法脱硫

气体脱硫

氧化脱硫

2023/6/852脱硫流程图静电除尘器2023/6/853脱硫流程图静电除尘器2023/6/854燃烧后处理

燃烧后处理主要是烟气净化和除尘。由于炉内脱硫往往达不到环保要求，所以还需对燃烧后的烟气进行脱硫处理。2023/6/855烟气脱硫技术按其方法分:干法脱硫和湿法脱硫。按反应产物的处理方法分:回收法和抛弃法。按脱硫剂的使用情况分:再生法和非再生法。2023/6/856烟气脱硝

通常烟气脱硝也分为干法和湿法。干法烟气脱硝主要有选择性催化还原法和选择性非催化还原法。湿法脱硝是先将烟气中含量最多的NO通过氧化剂（如O3、ClO2等）氧化生成NO2，再被水或碱性溶液吸收。2023/6/857烟气除尘

燃煤产生的大气污染物占我国烟尘排放总量的60%，粉尘的70%以上，因此，烟气除尘是一个突出的问题。静电除尘器2023/6/858常用的烟气除尘器

离心分离除尘器洗涤式除尘器袋式过滤除尘器静电除尘器2023/6/859（1）煤的干馏（2）煤的气化煤的综合利用（3）煤的液化2023/6/860（1）煤的干馏煤焦炭+煤焦油+焦炉煤气加强热隔绝空气（化学变化）煤在特殊设备里，在高温下能生成煤气（主要成分：H2、CO）。煤气的优点：经济方便、清洁卫生、燃烧效率高。将煤隔绝空气加强热使其分解的过程。也叫煤的焦化。2023/6/861煤的干馏煤干馏焦炉煤气煤焦油焦炭－－焦炉气：H2、CH4、C2H4、CO粗氨水：氨和铵盐粗苯：苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯、酚类、萘、沥青冶金、电石、合成氨造气、燃料等(气态)(液态)(固态)2023/6/862煤焦油成分：苯、甲苯、二甲苯等有机物用途：燃料、化肥、农药、洗涤剂、溶剂和多种合成材料2023/6/863煤气化碳在空气中燃烧低热值气中热值气特点和用途：热值较低，用作冶金、机械工业的燃烧气。特点和用途：热值较高，可短距离输送。用作居民使用煤气，也可以用于合成氨。成分：CO、H2、相当量的氮气成分：CO、H2、少量的CH4成分：CH4高热值天然气碳在空气中燃烧CO+3H2CH4+H2O催化剂特点和用途：热值很高，可远距离输送。煤的气化2023/6/864煤的液化飞机、坦克、火箭、汽车等都使用液体燃料，石油的储量又比煤少得多；其他能源如水能、核能又不能代替液体燃料，因此，煤的液化一直是人们努力的目标。2023/6/865“煤变油”是20世纪20年代德国两位科学家发明的。是以煤炭为原料制取汽油、柴油、液化石油气的技术。目前，我国在建和拟建的“煤变油”项目已达1600万吨，计划投入的资金高达1200亿元。很多省份都试图将“煤变油”项目列为重点发展项目。煤的液化2023/6/866煤的液化直接液化：间接液化：煤在高温高压下加氢催化裂化，转变成油料产品。先使煤转化为一氧化碳和氢气，然后在高温、高压及催化剂作用下生成液态烃、甲醇等有机物。2023/6/867煤的综合利用2023/6/8682石油2023/6/869石油与经济自20世纪50年代开始，在世界能源消费结构中，石油跃居首位。石油产品的种类已超过几千种。石油是国家现代化建设的战略物资，许多国际争端往往与石油资源有关。现代生活中的衣、食、住、行直接地或间接地与石油产品有关。2023/6/870石油是由远古海洋或湖泊中的动物遗体在地下经过漫长的复杂变化而形成的棕黑色粘稠液态混合物，其沸点范围从室温到500℃以上。石油分布很广，世界各大洲都有石油的开采和炼制。就目前已查明的储量看，主要含油带集中在北纬20°～48°之间。石油的形成2023/6/871世界上两个最大的产油带：一个叫长科迪勒地带，北起阿拉斯加和加拿大经美国西海岸到南美委内瑞拉、阿根廷；另一个叫特提斯地带，从地中海经中东到印度尼西亚。这两个地带在地质变化过程中曾都是海槽，因此曾有“海相成油”学说。石油的形成2023/6/872石油常识石油是一种天然的黄色、褐色或黑色的、流动或半流动的、黏稠的可燃液态烃类混合物。2023/6/873未经加工的石油称为“原油”。原油可以被加工成各种馏分，包括天然气、汽油、石脑油、煤油、柴油、润滑油、石蜡以及其他许多种衍生产品，是最重要的液体燃料和化工原料。石油常识2023/6/874石油主要是由烷烃、环烷烃、芳香烃等烃类化合物组成。石油的大部分是液态烃，同时在液态烃里溶有少量的气态烃和固态烃。由于石油是一种由多种化合物组成的复杂的混合物，因此其成分随产地的不同而变化很大。石油常识2023/6/875石油资源目前世界上已找到近3万个油田和7500个气田，这些油气田遍布于地壳上六大稳定板块及其周围的大陆架地区。在156个较大的盆地内几乎都发现了油气田，但分布极不平衡。2023/6/876石油的生产与消费分布2023/6/8772023/6/8782023/6/879储量前10名（R）单位：万吨1沙特阿拉伯3553424.662加拿大2450589.043伊朗1723287.674伊拉克1575342.475科威特1321917.816阿布扎比1263013.707委内瑞拉1065753.428俄罗斯821917.819利比亚493150.6810尼日利亚342465.75产量前10位（P）单位：万吨1沙特阿拉伯421502俄罗斯410803美国286254伊朗186505中国170756墨西哥168257挪威151758加拿大111009尼日利亚1060010英国10475出口量前10位（E）1沙特阿拉伯850万桶/日2俄罗斯588万桶/日3挪威284万桶/日4伊朗264万桶/日5阿联酋234万桶/日6尼日利亚202万桶/日7墨西哥191万桶/日8科威特176万桶/日9伊拉克173万桶/日10阿尔及利亚147万桶/日通过三个表格对比得出结论？2023/6/880我国的石油资源我国沉积盆地有485个，拥有沉积岩面积670万km2

，其中陆上面积520万km2，近海大陆架面积150万km2。2023/6/881我国的石油资源面积大于4万km2的大型盆地12个，面积1万km2的盆地50个。这62个盆地占盆地总数的12.8%，却拥有全国石油地质资源量的97%；其中9个主要含天然气的盆地拥有全国天然气地质资源量的80%。2023/6/882我国的石油资源目前，我国石油资源的探明程度远低于其他产油国，特别是对近海大陆架可采储资源比仅为0.145。而以上盆地和大陆架中很可能存在丰富的油气资源，因此，在油气方面我国尚有巨大的资源潜力。2023/6/883我国的石油资源根据2000年资料，我国石油资源的地质资源量为1020亿吨，可采资源量114.4亿吨。我国石油资源主要分布在东部区，约占地质资源量的40%、占可采资源量的60%左右。2023/6/884地处河南省濮阳地区，于1975年发现，经过20年的勘探开发建设，已累计探明石油地质储量4.55亿吨，探明天然气地质储量395.7亿立方米，累计生产原油7723万吨、天然气133.8亿立方米。现已是我国东部地区重要的石油天然气生产基地之一。中原油田：河南油田：地处豫西南的南阳盆地，矿区横跨南阳、驻马店、平顶山三地市，分布在新野、唐河等8县境内。已累计找到14个油田，探明石油地质储量1.7亿吨及含油面积117.9平方公里。2023/6/885石油资源的短缺按目前的开采速度，到2050年世界石油的产量会缩减至1960年的水平。目前专家们比较一致的看法是，现有的石油资源还可维持40年左右，加上非常规石油(油页岩，油砂等)，估计石油资源可持续开发70年。2023/6/886烃类资源由于石油资源日益匮乏，人们开始把眼光投向另一类烃类资源：油页岩和油砂。油页岩是埋藏于沉积岩中，和矿物水成岩一层层地交错沉积。油砂也称沥青砂，是一种含有很黏沥青油的砂石，其中80%～90%为无机质，3%～6%为水，6%～20%为沥青油。2023/6/887石油生产与消费石油工业是一个以石油勘探、开采、储运、炼制为主的工业。由于其工作的对象是深埋于地下的石油矿藏，因此，有较高的不确定性，也就是说具有较大的风险。2023/6/888世界石油消费目前在世界一次能源的消费中，石油仍处在第1位。根据2001年的统计资料，世界一次性能源消费约为69.95亿吨标准油，其中石油消费量占43.0%。2023/6/889世界石油消费在石油消费中，交通运输占57.0%，工业占19.7%，其他行业占17.1%，非能源行业占6.2%。石油消费偏重于经济发达地区，经济越发展，越需要更多的石油。美国是世界第一大石油消费国。2023/6/890我国石油消费20世纪80年代以来，我国石油总产量从1988年的1.0122亿吨增加到1999年的1.56874亿吨，成为世界第五大产油国。从1994年以后，我国已从石油净出口国变成石油净进口国。2023/6/891油田的开发油田开发包括石油勘探、钻井和油田的开采。石油勘探是石油开发中最重要的基础环节，它包括油田的寻找、发现和评估。石油勘探通常分为区域普查、构造详查、预探和详探等四个阶段。钻井就是从地面打开一条通往油、气层的孔道，以获取地质资料和油气能源。2023/6/892油田开发示意图2023/6/893海上钻井2023/6/894海上钻井2023/6/895石油的加工开采出来的石油（原油）可以直接作燃料用，且价格便宜；若在炼油厂中进行深加工，则经济效益可增加许多倍。飞机、汽车、拖拉机等也不能直接燃用原油，必须把原油炼制成燃料油才能使用。因此，石油的加工是石油利用中非常重要的一环。2023/6/896炼油厂的加工类型：燃料型：以汽油、煤油、柴油等燃料油为主要产品。燃料－润滑油型：除生产燃料油外，还生产各种润滑油。石油化工型：它是提供石脑油、轻油、渣油用作生产石油化工产品的原料。2023/6/897石油炼制的方法分离法：如溶剂法、固体吸附法、结晶法和分馏法等，其中最常用的是分馏法。转化法：转化法是利用化学方法对分馏的油品进行深加工。常用的转化法有热裂化、催化裂化、加氢裂化和焦化等。2023/6/898石油的炼制常压和减压分馏热裂化和催化裂化裂解催化重整石油的炼制2023/6/8991、石油分馏原油常压蒸馏轻质油汽油煤油柴油重油减压蒸馏石油气柴油沥青燃料油石蜡润滑油2023/6/8100炼油厂的分馏塔2023/6/8101炼油厂的组成单元2023/6/8102石油的分馏（物理变化）2023/6/8103催化剂转化法2023/6/81042、石油裂化：相对分子质量大沸点高的烃相对分子质量小沸点较低的烃如：C16H34——→C8H18+C8H16C8H18——→C4H10+C4H8

C4H10——→CH4+C3H6C4H10——→C2H4+C2H6目的:提高轻质液体燃料的产量，特别是提高汽油的产量。2023/6/8105石油裂化有热裂化和催化裂化两种：热裂化催化裂化目的：提高汽油的产量。缺点：温度过高，发生结焦现象。目的：提高汽油的质量和产量。催化剂：硅酸铝，分子筛（铝硅酸盐）。2023/6/81063、裂解定义：使具有长链分子的烃在700度以上高温时，断裂成短链的烃的过程。目的：生产短链不饱和烃，如工业“三烯”。乙烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志。用途：合成纤维，塑料，橡胶等。2023/6/81074、石油的催化重整支链化：提高汽油质量环化：生产芳烃催化剂：PtRe

2023/6/8108燃料型炼油厂的流程图2023/6/8109炼油转化器炼油烃化器2023/6/8110

炼油厂实例2023/6/8111石油产品石油由许多组分组成，每一组分都各有其沸点。通过炼制加工，可以把石油分成几种不同沸点范围的组分：(1)40～205℃的组分作为汽油；(2)180～300℃的组分作为煤油；(3)250～350℃的组分作为柴油；(4)350～520℃的组分作为润滑油（或重柴油）；(5)高于520℃的渣油作为重质燃料油；2023/6/8112石油产品按用途和特性，石油产品可分成14大类：溶剂油、燃料油、润滑油、电器用油、液压油、真空油脂、防锈油脂、工艺用油、润滑脂、蜡及其制品、沥青、油焦、石油添加剂和石油化学品。2023/6/8113温度范围/℃分馏产品名称烃分子中所含碳原子数主要用途气体

石油气C1～C4化工原料，气体燃料轻油30～180溶剂油汽油C5～C6C6～C10溶剂、汽车，飞机用液体燃料180～280煤油C10～C16液体燃料，溶剂280～350柴油C17～C20重型卡车，拖拉机，轮船，各种柴油机用燃料重油300～500润滑油凡士林C18～C30机械，纺织等工业用的各种润滑油，化妆品，医药业用的凡士林石蜡C20～C30蜡烛，肥皂沥青C30～C40建筑业，铺路＞500渣油＞C40做电极，金属铸造燃料2023/6/8114油品结构由于经济发展的需要、环境保护的要求、节能技术的进步以及替代能源的采用等因素影响，使世界油品需求构成发生了很大的变化，加上产油国之间的激烈竞争，世界油品结构也随之发生变化。2023/6/8115石油综合利用石油塑料燃料2023/6/8116石油轮胎水杯衣服眼镜墙漆锅大棚2023/6/8117石油的综合利用2023/6/8118天然气的发展前景预计到2010年，剩余探明可采储量天然气将为165.8×1012m3，石油为1441×108t；以热量计算，天然气储量已超过石油储量。2015年世界天然气的产量将超过石油产量。2020年能源结构中天然气将占29%～30%，石油占27%，煤占24%，核电为8%，其他能源为4%。2023/6/8119我国的天然气资源我国天然气资源丰富，据2000年资料，全国天然气地质资源量为47.23×1012m3，其中可采资源量为9.3×1012m3。2023/6/8120天然气市场2001年全世界气体燃料的总消费量为1137百万吨标准油。其中工业消费占44.8%，交通运输占4.8%，其他行业和生活消费则为50.4%。天然气市场非常广阔。2023/6/8121

世界各地区的天然气生产/消费图（2002年，单位：十亿m3）2023/6/8122天然气的应用发电民用及商业燃料化肥及化工原料工业燃料2023/6/8123

煤层气煤层气（俗称瓦斯）是一种与煤伴生，以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，其中甲烷含量大于95%，热值33.44kJ/m3以上，是一种优质洁净的能源。2023/6/8124中国是世界上主要的煤炭生产大国之一，煤炭生产居世界首位，也是世界上煤炭资源和煤层气资源最丰富的国家之一。丰富的煤层气资源有望成为中国21世纪的接替性能源之一。2023/6/812521世纪发展煤层气的意义减轻我国石油和天然气的供应压力；能有效地改善煤矿安全生产条件；将有效地保护大气环境。2023/6/812612023/6/812722023/6/812832023/6/812942023/6/813062023/6/813172023/6/8132我国的煤层气资源我国煤层气资源分布广泛，分布在不同的含煤盆地、不同的成煤时代，其埋藏深度和勘探程度也相差很大。据初步预测我国煤层气的资源量为31万亿m3，高于我国陆上常规天然气的资源量，居世界第2位。

2023/6/8133我国的煤层气资源抽放煤层气是减少瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突发事故的根本性措施，到目前为止，全国已由146个煤层气抽放矿井，年抽放量6亿～7亿m3，利用量达4.8亿m3。主要用于民用、发电、作化工原料和锅炉炉窑的燃料等，抚顺和阳泉矿区煤层气的抽放量和利用率一直居全国首位。2023/6/81344核能2023/6/8135核能的来源“核能”来源于将核子(质子和中子)保持在原子核中的一种非常强的作用力——核力。核力和电磁力、万有引力完全不同，它是一种非常强大的短程作用力。2023/6/8136当中子和质子形成原子核时，会放出能量，这种能量称为该原子核的结合能。结合能的大小可以通过爱因斯坦的质能关系式求得：ΔE=Δmc2

式中ΔE——结合能，J；

Δm——质量亏损，kg；

c——光速，m/s；不同原子核俘获中子后得到的结合能不同。2023/6/8137爱因斯坦的质能关系式2023/6/8138当质量数小于60或大于60的原子核由于某种原因向质量数等于60这个方向变换时，比结合能增大。在这样的变换中必定伴随着能量的释放。两种释放能量的途径核能的产生原理2023/6/8139根据这一原理，核能的实际利用有两种方法：一是目前已达到实用阶段的重核裂变方法，就是核裂变反应堆的原理；二是目前还处于研究试验阶段的轻核聚变方法，这就是核聚变反应的原理。2023/6/8140核裂变反应2023/6/8141核裂变反应2023/6/8142核聚变反应2023/6/8143核燃料核裂变的核燃料核聚变的核燃料2023/6/8144核裂变的燃料核裂变的核燃料主要是铀。天然铀通常由3种同位素构成：铀-238，约占铀总量的99.3%；铀-235，占铀的总量不到0.7％；还有极少量的铀-234。2023/6/8145与一般矿物燃料相比，核燃料有两个突出的不同特点：（1）生产过程复杂，要经过采矿、加工、提炼、转化、浓缩、燃料元件制造等多道工序才能制成可供反应堆使用的核燃料；（2）还要进行“后处理”。2023/6/8146临时贮藏回收废物处理最终储存产生能量采矿转化浓缩核燃料制作核燃料的循环2023/6/8147铀的浓缩方法：（1）气体扩散法；（2）激光分离法。2023/6/8148核聚变的核燃料最容易实现核裂变反应的是原子核中最轻的核，例如氢、氘、氚、锂等。其中最容易实现的热核反应是氘和氚聚合成氦的反应。作为核燃料之一的氘，地球上的储量特别丰富，每升海水中即含氘0.034g，地球上有15×1014亿吨海水，故海水中的氘含量即达450亿吨，因此几乎是取之不尽的。2023/6/8149世界核能利用的现状截至1999年，全世界有29个国家的433座核电站在运行。目前全世界核电提供的电能占世界电力供应的17%，为此每年可以减少23亿吨CO2的排放量，这意味着如果不使用核电，全世界CO2的排放量将增加10%。2023/6/8150美国三里岛和前苏联切尔诺贝利核电站事故引起公众对核的恐惧。在过去10年中，核电变成了一个倍受争议的话题，已从世界发展最快的能源沦为发展最慢的能源。2023/6/8151但是这种恐核心理导致的核电发展停滞，已带来严重的负面影响，例如，1999年瑞典核电占47%，因为关闭核电站，只能被迫向丹麦燃煤电厂购电，不但电费上涨，而且导致西欧CO2的排放总量超标。由于电力紧张，美国也中止了暂停建核电站的规定，重新起动核电站建设计划。2023/6/8152与欧美发达国家相反，亚洲由于经济迅速崛起，核电发展方兴未艾，亚洲目前共有90座核电站在运行，其中2/3集中在日本。韩国、中国大陆和台湾地区、印度、巴基斯坦等仍有许多座新核电站在建设之中