化学与社会第二章1幻灯片.ppt

从1960年至2002年累计生产原油17多亿吨。 27年稳产在5000万吨/年以上。 1997年最高产量为5600万吨/年 2002年为5013万吨/年 2003年计划产量4830万吨/年 进入递减开采期。 ——化工报2003 —— 轨道舱 按照所用材料的不同： 硅太阳能电池(单晶硅、多晶硅、非晶硅） （光电转化效率高，成本高，制备工艺复杂！） 以无机盐如砷化镓、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池 （镉：剧毒。铟、硒：稀有元素） 功能高分子材料制备的大阳能电池 （处于研发初期、转化效率低、使用寿命短） 染料敏化纳米晶体太阳能电池 （正在研发） Liquid type DSSC Performance of a solar cell 石油是远古时代沉积在海底湖泊中的动植物的遗体，在海洋条件作用下经过千百万年的漫长转化过程而生成。未经加工处理的石油叫原油。 1. 煤的干馏 煤的干馏方法有高温和低温两种: 高温干馏是把燃料(煤)粉放在炼焦炉中,隔绝空气在1000 ℃以上加热,发生热分解反应,产生焦炭和煤焦油。 低温干馏是把炼焦温度控制在500 ― 600 ℃ 。低温干馏所得煤焦油主要含烷、烯烃和较多的环烷烃。进一步炼制可得汽油、煤油、柴油等。低温干馏较适合褐煤。 低温干馏产生的焦炭易碎,高温干馏产生的焦炭强度高,适宜钢铁冶炼工业的使用。焦炭坚实多孔具有金属光泽,除用于冶金外还可用作煤气化原料及化工原料。例如焦炭在高温隔绝空气时可以与石灰反应生成碳化钙,这就是气焊中用来制备乙炔气的原料电石。 煤焦油是含有多种芳香族化合物的复杂的混合物,可以通过分馏的方法使其中的重要成分分离出来。 在170 0C以下馏出物主要含苯、甲苯、二甲苯和其它苯的同系物。 170 ℃―230℃ 馏出物主要含酚类和萘。 230 ℃以上还可得到许多复杂的芳香族化合物。煤焦油在分馏和剩下的稠厚的黑色物质是沥青。 2. 煤的气化 煤除主要含碳外还含有少量的硫、磷、氢、氮、氧等元素,以及无机矿物质(主要含硅、铝、钙、铁等元素)。煤作为燃料来用氢碳比值较低,且含硫燃烧会造成大气污染。这就是工业发达国家大规模用石油替换煤的主要原因。为把煤变成比较干净的燃料,可采用“气化”的加工方法使煤转化成“合成气”。合成气主要含一氧化碳和氢气。气态燃料,易于实现管道输送,且干净,比较适于民用。将煤在高温下与水蒸气作用可得水煤气。 H2和CO都可以燃烧,产生的热量大约是同体积的甲烷(或天然气)产生的热量的三分之一。将煤与有限的空气和水蒸气反应就可得半煤气。这种混合气含N2 50%左右,产生的热量是天然气产生的热量的六分之一。 半煤气 半煤气的另一个用途是作为小型化肥厂中合成氨的原料。合成氨需要H2 和N2,但要高氢氮比。这可利用水煤气中的CO在催化剂作用下通过水气转换反应来实现。 一碳化学就是从一氧化碳氢化反应开始的化学研究。煤可以气化,制备一氧化碳和氢气,而一氧化碳与氢气在催化剂作用下可以合成多种烃类化合物。人们称此反应为弗―托反应。 3. 一碳化学 4. 煤的液化 煤炭的液化油也叫人造油。煤和石油都是由C 、 H 、O等元素组成的有机物,但煤的平均表观分子量是石油的10倍,煤的含氢量比石油低得多。所以煤加热裂解是大分子变小然后在催化剂作用下加氢(450 ℃ ―480 ℃, 12 M Pa―30 M Pa)可得多种燃料油。 上述这种先裂解再氢化的方法称直接液化法。另一种称间接液化法,它是先使煤气化得到CO和 H2等气体小分子,然后在一定的温度压力和催化剂作用下合成烷烃、烯烃、乙醇、乙醛等。 nCO＋2nH2→(CH2)n＋nH2O 2nCO＋nH2→(CH2)n＋nCO2 二氧化碳的利用： 化石燃料的燃烧产生大量的CO2。 CO2除潜在的温室效应外，严格来说并属于污染物，而且是各种植物生长过程中光合作用的必需原料。 森林通过光合作用可以吸收大量CO2，吐放出氧气，对全球气候起着重要的调节作用。 积极开展CO2的回收和利用研究意义深远。回收CO2的物理方法是加压用环丁砜、聚乙二醇二甲醚、甲醇、碳酸丙烯酯、N-甲基吡咯烷酮等溶剂吸收。化学回收CO2的方法是通过碱性溶液吸收，如氨液和碳酸钾等。 CO2在多个领域里有重要应用，如抗氧保鲜、灭火和化学化工试剂和原料等。 消防人员正在砍断树枝防止火势漫延（左）和用喷水熄灭大火（右） 泡沫灭火剂所产生的CO2泡沫能浮在燃烧物上，达到