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第1节能量与能源第2节天然气、煤层气与天然气水合物第3节水能第4节二次能源第5节煤炭工业与洁净煤技术第6节石油第7节石油工业及其发展第1章能源与石油工业概述第5节煤炭工业与洁净煤技术1.煤的形成•①煤是古代的植物体因为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成。•②含碳量：为46%～97%。•③用处：燃料和化工原料。•④煤储量：非常丰富。2.煤的元素组成•煤是由有机和无机物质混合组成的。•①煤中有机物：由碳（C）、氢（H）氧（O）、氮（N）四种元素构成.•②煤中无机物：有硫（S）、磷（P）以及稀有元素等。③碳是煤中主导成分，主要可燃物质。含碳量越高，发热量越大。3.常用的煤质指标•①水分—煤中不可燃烧成分，含水高发热低。•②灰分—煤完全燃烧后固体残余物，掺入的灰、沙、土。•③挥发分—隔绝加热从煤中分解出的液、气产物。•④发热量—单位质量煤完全燃烧放出的热量。4.煤的分类•是为了煤炭的合理开发和利用。•根据煤中干燥无灰基挥发分含量将煤分成褐煤、烟煤和无烟煤三大类。•煤的燃烧基本上有两种：第一种是煤粉悬浮在空间燃烧，称为室燃；第二种就是煤块在炉排上燃烧，称为层燃。5.煤的燃烧6.煤的燃烧发电火力发电厂冷凝器贮水池开关装置1.概述•煤炭是主要的能源，但煤炭的开发利用也严重地污染了人们赖以生存的环境。•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。三、洁净煤技术粉尘COCO2SO2H2S2.洁净煤技术•洁净煤技术（cleancoaltechnology）是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。•它主要包括: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。洁净煤技术体系3.燃烧前的处理•燃烧前的处理主要是选煤、型煤和水煤浆三项措施。•（1）选煤•①选煤的目的：•是降低原煤中的灰分、硫分等杂质的含量，并将原煤加工成质量均匀、能适应用户需要的商品煤。（2）型煤•①型煤是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。•②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。节能、环保。•③型煤需要加黏结剂。•④民用型：煤球、蜂窝煤、烧烤炭。•⑤工业型：工业燃料型煤、工业造气型煤和炼钢、铸造的型焦。⑥我国工业型煤发展缓慢，大量锅炉仍在烧原煤，热效率低，污染严重。⑦将粉煤制成型煤，加以不同添加剂，增加反应活性、易燃性、热稳定性，提高煤灰熔点和固硫功能，大大提高煤炭利用率。⑧我国工业锅炉90%适用燃烧块煤。（3）水煤浆•①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。•②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。③制备水煤浆的方法•★干法•将纸浆煤干磨成粉末，加水和化学添加剂搅拌成浆。•★湿法•将制浆煤加一定比例水和化学添加剂，磨制成混合浆。•★混合法•制浆煤一部分干磨，一部分湿磨，两部分混合成浆。④水煤浆特点★煤粉和水固液混合物，保持煤原物性，管道输送，喷雾燃烧，可代替锅炉燃料油，比燃料油更便宜。★水煤浆制造过程进行净化处理。4.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：它是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。•但这种方法并不能减少有害物（SO2、NOx的排放总量，因此燃烧过程中处理，即炉内脱硫、脱硝是十分重要的。5.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。6.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。•煤的液化分：直接液化和间接液化。（1）从理论解说要将煤转化成石油，只需要改变煤中氢元素含量。因煤和石油的主要成分都是碳和氢，不同之处在于煤中H含量只有石油的一半。煤的碳、氢含量比越小，越容易液化，因此褐煤和煤化程度低的烟煤容易液化。（2）煤直接液化在较高温度（大于400℃）和较高压力（大于10Mpa）的条件下，通过溶剂和催化剂对煤进行加氢裂解而直接获得液化油。在此过程中，煤的大分子结构首先受热分解成独立的自由基碎片，在高压氢气和催化剂的作用下，这些自由基碎片又被加氢，形成稳定的低分子物。如果对自由基供氢量不足，或自由基之间没有溶剂分子隔开，自由基在高温下又会缩聚成大分子。因此，液化反应必须有足够的氢源和溶剂。（3）煤间接液化采用合成法。将煤气化制出一氧化碳和氢气为主的煤气，再经过变换和净化送入反应器，在催化剂的作用下，生产出汽油和烃类产物。第6节石油石油（petroleum）是由拉丁语“岩石”与“油”两个字拼写而成，是指具有天然产状的碳氢化合物的混合物，而同它是气体、液体、固体或它们的混合物无关。石油是什么？石油（Petroleum）是一种从地下深处开采出来的呈黄色、褐色甚至黑色的可燃性粘稠液体，常与天然气共存（从石油的外观、来源、最基本特性）石油是由远古海洋或湖泊中的生物在地下经过漫长的地球化学演化而形成的烃类和非烃类的复杂混合物（从地球化学角度）石油工业经过100多年发展以后，对“石油”才有了比较科学的命名（1983年，第11届世界石油大会）1983年第11届世界石油大会正式提出对石油、原油、天然气等名词的定义：石油(Petroleum)：指气态、液态和固态的烃类混合物，具有天然性状原油(CrudeOil)：指石油的基本类型，常压下呈液态，其中也包括一些液态非烃类组分（天然的液态烃类混合物）天然气(NaturalGas)：指石油的主要类型，常温常压下呈气态，在地层条件下溶解于原油中石油是什么？因此，石油这一概念实际上包括了人们习惯上所说的原油、天然气、伴生气、凝析油等原油的分类常用的原油分类方法有：按组成分类按气油比分类按收缩性分类按相对密度和粘度分类按硫含量分量根据几种烃类在原油中的比例划分原油种类，Sachanen分类法:石蜡基原油烷烃大于75%环烷基原油环烷烃大于75%芳香基原油芳香烃大于50%沥青基原油沥青质大于50%按组成分类按相对密度和粘度分类Dowd等人根据原油相对密度和粘度划分原油种类:•普通原油相对密度小于0.934粘度小于10Pa·s•重质原油相对密度0.934~1.000粘度小于10Pa·s•特重原油相对密度大于1.000•天然沥青粘度大于10Pa·s一、有关石油的知识①石油是仅次于煤的化石燃料。•②它是一种天然的黄色、褐色或黑色的流动或半流动的黏稠的可燃液体烃类混合物，也有无色的。原油性质密度：比水轻，相对密度0.75-1.00，我国原油密度大部分在0.86克/立方厘米黏度：衡量原油流动能力的一种性质凝点：含蜡较多的原油在20度就凝固，含蜡较少的在-20度也不凝固闪点、燃点、自燃点：原油和成品油越轻，闪点、燃点越低，自燃点越高残炭：在规定条件下将石油加热至高温，使石油最终变为焦炭，其质量占试验用油的质量百分比溶解性：不溶于水，能用于有机溶剂。一些石油产品本身就是很好的溶剂，如溶剂油等。•没有经过加工的液态或者半固态石油称为“原油”。•③石油被加工成各种馏分：•包括天然气、汽油、石脑油、煤油、柴油、润滑油、石蜡等种产品，是最重要的液体燃料和化工原料。•④石油：只是有机物在地球演化产物。•⑤石油组成：是由烷烃、环烷烃、芳香烃等烃类化合物组成。石脑油又称为『轻油』，多指沸点高于汽油而低于煤油之馏分，可作为石化原料。⑥石油的组成-元素组成原油中的主要元素是C、H83～87%11～14%原油中除C、H外，还有S、N、O及其他微量元素(1～5%)原油中的微量金属元素有V、Ni、Fe、Cu、As等石油中的非碳氢原子称为杂原子。与国外原油相比，我国原油的含硫低、含氮量高⑥石油的组成-馏分组成1.馏分：是指用分馏方法把原油分成的不同沸点范围的组分石油是一个多组分的复杂混合物，每个组分有其各自不同的沸点用分馏的方法，可以把石油馏分分成不同温度段，如200℃、200～350℃等，称为石油的一个馏分馏分不等同于产品2.馏分与产品的区别：石油产品是石油的一个馏分，但馏分并不等同于产品。石油产品要满足油品的规格要求，馏分要变成产品还必须对其进一步加工3.直馏馏分：从原油直接分馏得到的馏分。它基本保留了石油化学组成的本来面目，如：不含不饱和烃，在化学组成中含有烷烃、环烷烃、芳香烃等4.石油中含有的馏分，一般规定：小于180℃的馏分为汽油馏分（也称为低沸点馏分，轻油或石脑油馏分）180～350℃的馏分为煤、柴油馏分（也称中间馏分，AGO）350～500℃的馏分为减压馏分（也称高沸点馏分或润滑油,VGO）大于500℃的馏分为减渣馏分(VR)naphthaAtmosphericgasoilVacuumgasoilVacuumresidue⑦石油四个环节石油从寻找到利用，要经过四个环节。即寻找、开采、输送和加工。四个环节称为：“石油勘探”、“油田开发”、“油气集输”和“石油炼制”。通过四个环节可追溯石油工业的发展历史。⑧石油之最中国是世界上发现石油最早的国家。有关石油最早的记载，见于我国周代。中国是世界上利用石油最早的国家。有关石油使用的最早记载，见于我国东汉。中国是最早使用“石油”这一名称的。宋朝沈括世界上第一口石油井在陕西延长县。（1303年）中国近代陆上第一口油井在陕西延长县。（1907年）中国最早的炼油厂在陕西延长县。（1907年10月）1996年全国重点保护文物二、油田的开发•油田开发包括石油勘探、钻井和开采。•1.石油勘探•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。•2.钻井•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。海上钻井3.开采（采油）将原油举升到地面。（1）自喷采油法靠自身能量举升原油（2）机械采油法分：气举采油和抽油法。①气举法利用压缩气体的能量，举升原油。②抽油法用各种泵抽油，又叫泵法，占80%。三、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。•而且飞机、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。•石油的加工是石油利用中非常重要的一环。1.炼油厂的加工产品分三大类•①燃料型：以汽油、煤油、柴油等燃料油为主要产品。•②燃料－润滑油型：除生产燃料油外，还生产各种润滑油。•③石油化工类：它是提供石脑油、轻油、渣油用作生产石油化工产品的原料。2.石油炼制的方法•①分离法•最常用法。•分馏方法的工艺：•先将原油脱盐，以免分馏设备腐蚀。然后把原油加热到385℃左右，送至常压分馏塔底。塔内设有许多层油盘，石油蒸汽上升时，逐层通过这些油盘，并逐步冷却。•②转化法•用化学方法对分馏的油品进行深加工。•例如，可以把重油、沥青等分解成轻油，也可以把轻馏分气聚合成油类。•常用的转化法有热裂化、催化裂化、加氢裂化和焦化等。•油品经过深加工后，经济效益大大增加。图3—13是燃料型炼油厂的流程图，它包括常压—减压蒸馏、催化裂化、加氢裂化、焦化等多道炼油工序。炼油厂实例六、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；第7节石油工业及其发展“石油工业”前景如何？石油工业是19世纪的产物、20世纪的奇迹、当代经济的“发动机”，石油被人们视为关系到一个国家国计民生及国家安全的特殊商品-即战略物资石油的开发、加工和利用，在相当程度上改变了世界的政治、经济格局，也改变了人们的生活和工作方式，推动人类社会的发展进程石油工业分为上游、中游和下游，上游包括石油