11 ℃业化学 2.1.2能源的来源 煤、天然气和石油等烃类是十分重要的能源.月20世纪60年代以来，天然 气和石油在世界能源生产和消耗中所占比重均比煤炭人得多。 1)石油 石油是远占海洋或湖泊生物在地下经过漫长的地球化学演化而形成的复杂 混合物。 月前全世扎每年约消耗石油3G,其中85%以上作为燃料。全世界石油资 源的地抑分布情况为：中东6.7%、西半球11.7%、非洲9.2%、亚太地区 3.1%。 1998年世界原油加能力为4.02(t中国原油产甘达到162.51Mt,原油加 C能力为270.29Mt. 2)天然气 天然气广义上是指埋藏于地层中自然形成的气体总称。 1983年探明世界天然气储茧约90×102m,主要分布(%)为：苏联35、中 东29，北非8、美国7、西欧6.1983年世界产气量为1.56×10m。我国1980 年探明的天然气储量约7.286×10”m2,約占世界储量的1%，天然气田主要分 布在四川、大尖、河南、华北地区、辽河、胜利油田及沿海一带大陆架。 3)煤 煤是古代植物长期埋藏在地下，处于空气不足条件下，经历复杂的生物化学 和物理化学变化，逐步形成的固体可燃物。 世界煤炭资源丰高，1996年可采储量为984.21(Gt,中国煤的储量和产量均 居世界前列，1996年可采储量114.5Gt,居世界第三位。 表2~2中国主要年份一次能源产量、消费量及构成 年份 能源什方 能源消费T 占卢能源消费总世（⅓） 总量(M: 原油天然气水电总赋()原煤原油天然气水电 1960 296.3 95.6 2.1 0.5 】.4 301.8893.90 41.1 0.45 1.54 1065188.24 88. 8.6 0 2.6 189.01 86.45 10.2 0.63 2.65 1970 3D9.0 81.6 14.】 1.2 3.1 292.91 80.89 14.67 .92 3.58 J97 487.54 70.6 2.6 2.1 4. 454.25 71.85 21.0 2.51 4.57 1980 637.35 69.4 23.8 3.0 3 602.75 72.1 20.76 3.10 3.9g 198 855.1 72.8 1.9 2.0 4.3 766.82 15.81 17.10 2.24 4.8 1990 10.38.28 71.2 19.0 20 1.8 987.03 76.20 16.60 2.0 5.10 19931290.34 75.3 16.6 1.9 6.21311.7674.60 17.50
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2能源资游与煤化丁 15 续表 年份脆源生产 占能灏生产总量() 能消费 占能源消总量（⅓幻 总量(M) 原煤惊天然气水电总(M)原煤惊天然气水电 19961326.167h.217.02.0 5.8 138.1174.7018.00 1.8t5,50 19971324.1074.1 17.3 2.1 6.5 131.7371.50 20.40 1.70 6.20 19981240.0072.018.5 2.1 1 130.0071.60 19.80 2.106.50 注：1.煤当量折算比率：煤炭0.714tt,石1.43,天然气1.33/1000m冰典按当火电煤耗i计算 2.1994-1997年水电包括核地 3.资料来源：统计年报，2000年。 我国煤炭主要分布在华北地区、，山西和内蒙古，寒储量煨犀煤岗聪储量的 大多数。 4)核燃料 核能是今后合理解决能源问题的唯一途径，它在经济上的优越性已被证实。 核燃料在一些重要领域，特别在发电方面是能够代替矿物燃料的，铀和针 的储量很大，而且在世界上分布很广，在低等和中等范围内铀储量大约有4Mt, 其巾已证实的有2.2Mt。钍的储量约为2.2M1。 普通的轻水反应堆基本上只使用U-235(在天然铀中含量达0.7%)，每千 克铀相当于58.6M,假如采用增殖反应堆来充分利用这些铀资源，其能量可增 加125倍。而每千克钍的能量与铀相当。所谓高度增殖反应堆，就是从不裂变 的同位素U-238中获得可裂变的-239(Pu-239)及从钍-232(Th-232)中获得可 裂变的U-233。 因为核燃料的能值高，应用现有反应堆技术，至少可满足今后50年、甚至更 长时期内能源增长的需要。因此利用储存核燃料可大大改善能源的供给状况 但要利用核能，必须建设安全可靠的核电站，而且要使整个燃料循环系统完全封 闭，这要从天然铀的供应开始，到浓缩装置厂址的选定，放射性裂变物废渣处理 以及未用过的和新增殖核燃料的循环。 1988年底，全世界正在运行中的核电站已有429个，分布在26个国家和地 区，总装机容量约310GW,其发电量占世界总发电量的17%。正在新建的有 105座核电站，总装机容量为84.87GW 中国建造了秦山和大亚湾核电站，其中秦山一期T程为300MW机组，二期 为600MW。经10年运转，中国已能自主建造300MW的核电站 2.1.3新能源 根据世界能源年消耗量，预计至21世纪上半叶，化工燃料仍将占能源的主
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16 1业化学 要地位。 出于化工燃料资源的限制，开发新能源，以使化丁燃料尽可能长久地为化学 加T利用，已引起人们的极大关注。新能源主要包括太陌能、风能、地热能、潮汐 能，波浪能、海洋能和生物能（如沼气）等。 A.燃料电池 燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电 装置。燃料电池有贼性燃料电池(AFC),磷酸型燃料电池(PAFC),熔融碳酸盐 型燃料电池(MCF℃)等。其中10kW级的高性能碱性燃料电池是美国航天飞机 的主要电源，己应用近20年。磷酸型燃料电池是以天然气、石油或印醇为燃料， 空气为氧化剂，已建立11MW的电站，技术趋于成熟，但尚未达到商业化程度。 熔融碳酸盐型燃料电池，与煤造气技术联合，已建立了2MW中心电站以改变燃 料结构，21世纪初将建立MW级商业试运行电站。 燃料电池是正在开发的一种新型能源，由于能量转换效率高，可以根据需要 组装成不同功率的清洁型发电装置，因此有发展前途 B.新型汽车撚料 化T工业的发展，应用新技术开发新型材料，对保护环境和保障国家能源安 全开辟了一条新的途径，可作为新型汽车燃料的有燃料酒精、烯料甲醇、生物柴 油、煤液化产品油。 1)燃料酒精及燃料甲醇 目前，中国每年消耗的汽油为40M1,开发燃料酒精及燃料甲醇等石油替代 品，以节省石油资源，在我国石油生产量尚不能满足消费需求的情况下，是十分 重要的 燃料酒精主要采用粮食发酵技术，目前已接近市场需要的一半生产能力，约 2Mt/a,但生产成本较高。为降低成本，美国一家公司已在开发以廉价的农业和 林业废弃物为原料的酒精制造新工艺，目前正在试验中。 目前，燃料甲醇的生产主要选择现有的年产60~200kt/a的中型氨肥广，改 建成氨厂联产甲醇。若2005年全国汽车全部使用燃料甲醇，甲醇年总需求量将 超过6Mt/a。化肥厂的改造，可使甲醉的成本较低，有一定的竞争力，因此具有 替代汽油的条件。 2)生物柴油 从植物油（包括动物油脂）生产的柴油称为生物柴油，它是一种植物油中长 链脂肪酸的单烷基酯。生物柴油基本上不含硫和芳烃，其十六烷值也高，其他性 能也符合柴油要求，只是倾点较高，影响低温启动。生物柴油具有下列优点： (1)少排放CO2,从而减少对地球的温室效应：
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？能源资源与煤化T 17 (2)本身无毒、无害，能自行分解回1自然界： (3)不排放S(),,是一种清洁燃料。 2.1.4能源与环境 我国是世界上惟一以煤为主要能源的国家，年耗煤中有80%以上是通过燃 烧方法利用的，煤燃烧产生的SO:废气，成为大气污染最主要根源， 燃煤烟气产生的大气污染主要表现在 (1)温室效应，污染物质主要是CO2: (2)酸雨，污染物质主要是S()2,NO,也有部分作用； (3)大气臭氧层破坏，污染物质主要是NO,: (4)颗料悬淫物气溶胶，污染物质主要是然煤产生的灰尘，通常小于54m。 根据环保部门测定，1995年我国煤炭消耗量1.28Gt,S(O2排放量达 23.7Mt,超过美国目前的21Mt,成为世界SO2排放的第一大国。此外，我国排 放的C():折合碳为&821Mt,占世界的13.2%，仅次于美国。为此，1997年国务 院批准了国家环保总局制定的《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》， 决定分阶段实施我国酸雨和二氧化硫的控制目标。 我国城市大气污染主要是局部地区如火电厂的烟气排放造成的。2000年 我国火电装机容量将达220GW,其中S()2排放量接近全国一半，预计到2010年 火电装机容量可达00GW,其中SO2产生量约片全国的2/3，所以S0,排放的 总量控制，重点应放在火电厂。 烟气脱硫(FGD)是世界上惟一大规模商业化应用的脱硫方法，是控制酸雨 和SO,污染的最为有效的和主要技术手段。近年来，我国从国外引进的火电厂 (200~300MW)烟气脱硫装置的脱硫方法主要有： (1)石灰石-石膏法： (2)炉内喷钙加尾部增湿烟气脱硫： (3)海水烟气脱硫。 烟气脱硫的方法很多，但目前世界上技术最成熟，实用业绩最多，运行状况 最为稳定的脱硫工艺是石灰/石灰石-石青法，脱硫效率在90%以上。其次是炉 内喷钙增湿活化法(LIFAC),此法比较适合中、低硫煤，其投资及运行费用具有 明显优势，较具有竞争力，因此国内专家认为其综合经济性较好，适合我国国情。 2.2煤化工 煤是重要的能源之一，由于储藏量多，可供几百年开采之需，因此合理利用
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18 T业化学 煤资源有着广阔的前景。 煤是古代植物堆积在地层中经炭化而成的。根据其炭化过程大致可分为泥 煤、褐煤、烟煤和无烟煤四类。泥煤是植物炭化的第一步产物，色褐黑而质致密， 水分约为80%，燃烧热值较小。褐煤是炭化的第二步产物，色褐黄，呈木质结构 又似泥土状，易燃，燃烧热小，约含30%一40%水分。烟煤的炭化程度较褐煤为 高，呈深褐色，质致密，燃烧时有浓烟。无州煤的炭化程度最高，含挥发性组分最 少而固定碳最多，不易燃，发热值最高。 根据煤形成的炭化过程，泥煤含碳60%~70%，褐煤含碳70%一80%，烟煤 含碳80%~90%，无烟煤含碳90%~93%。 煤的结构极其复杂，日前还不能完全弄请。煤是由含稠合芳香环和氧化芳 香环的大分子构成的，其近似组成为(CHO,NS),因此煤是由碳、氢，氧、氯 硫构成的有机物质和硅、铁、铝，钙等构成的无机物质所组成。中国煤分类是根 据GB5751一86进行的。 由此可知，用煤作一般有机化学工业的原料，从化学上看是很不理想的。煤 与大多数工业上重要的有机化T产品相比，含氢太少，而且具有稠环结构。所 以，要把煤转化为有用的化学品，需要进行深度加工。 以煤作为有机化工的原料，其加T方法主要有： (1)煤的焦化得到煤焦油和焦炭， (2)煤的气化得到合成气，作为化学合成的原料； (5)煤的液化得到合成燃料： (4)煤与氧化钙制取电石，进一步生产乙块系产品。 在20世纪50年代，这些技术曾作为有机化工的主要组成，6C年代后，由 于石油化工的发展，使煤在化工源料中居于次要地位。但由于石油及天然气储 量有限，煤作为能源及有机化工原料仍在不断开发，并将取代石油作为化学工业 中碳源的主要来源。 2.2.1洁净煤技术 煤炭大量用于直接燃烧，除了已述的环境问题外，还有能量教率的问题。从 煤的开采、加工、转换、输送、分配到终端利用的能源系统总效率十分低。其中开 采效率为32%，中间环节效率为70%，终增利用效率为41%。例如1998年全 国发电煤耗为404g/kWh,要比世界先进水平高出60~70g/kWh,电厂平均煤 炭利用效率为30%左右，与发达国家的45%相比，相距甚远。因此需要依靠科 技来提高煤炭的利用效率，并采用洁净煤技术
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