煤炭、石油、天然气和生物质的利用
一、石油和天然气
1.石油的炼制和石油化工 （1）认识石油
形成：古代动植物遗体经过非常复杂的变化而形成的。 元素组成：C、H、S等
物质组成：烷烃、环烷、芳香烃等，从所含成分的状态看，大部分是液态烃，在液态烃里溶有气态烃和固体烃。
物理性质：
黑褐色的粘稠状物质，有特殊气味，比水轻，不溶于水，没有固定沸点。 【思考】石油是纯净物还是混合物？有无固定的沸点？ 答案：混合物 无固定的沸点 （2）原油：
从油田里开采出来的没有经过加工处理的石油，还含有杂质成分：水，氯化钙，氯化镁等盐类。要炼制，其目的是将混合物进行一定程度的分离，使之物尽其用，另一方面，将含碳原子较多的烃转变为含碳原子较少的烃，做为基础有机化工原料。
（3）石油的分馏
.工业上常用常压分馏和减压分馏的方法把不同沸点的产品分离出来，为了提高汽油产量，还可采用催化裂化的方法。如十六烷分解反应方程式为：C16H34
C8H18＋C8H16。
①常压分馏：将石油分成轻质油和重油
常压分馏主要产品：轻质油:溶剂油、汽油、航空煤油、煤油、柴油等。 ②减压分馏：将重油再进一步分成各种馏分。重油进行减压分馏的产物主要有：重柴油、润滑油、凡士林、石 蜡、沥青等。
（4）石油的裂化和裂解
①石油裂化有热裂化和催化裂化两种
热裂化：目的:提高汽油的产量 缺点：温度过高，发生结焦现象
催化裂化：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） ②裂解：即深度裂化，使长链烃断裂成乙烯、丙烯、丁烯等短链烃，目的：制取短链烯烃。
如：己烷裂解反应
C6H14
4＋CH2═CH2＋CH3CH═CH2＋其他
15% 40% 20% 25% 2、天然气的利用（1）天然气的来源
天然气（natural gas）又称油田气、石油气、石油伴生气。开采石油时，只有气体称为天然气；石油和石油气，这个石油气称为油田气或称石油伴生气。天然气的化学组成及其理化特性因地而异，主要成分是甲烷，还含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧、硫化氢等。无硫化氢时为无色无臭易燃易爆气体，密度多在0.6～0.8g/cm3，比空气轻。通常将含甲烷高于90%的称为干气，含甲烷低于90%的称为湿气。
（2）天然气的主要用途
用作燃料；制造炭黑、合成氨、合成石油、甲醇和其他许多有机化合物的原料。 （3）天然气化工
以天然气为原料的化学工业简称天然气化工。其主要内容有：①天然气制碳黑；②天然气提取氦气；③天然气制氢；④天然气制氨；⑤天然气制甲醇；⑥天然气制乙炔；⑦天然气制氯甲烷；⑧天然气制四氯化碳；⑨天然气制硝基甲烷；⑩天然气制二硫化碳；天然气制乙烯；天然气制硫磺等。
二、煤的综合利用
1、煤的干馏
⑪定义：煤的干馏，也叫煤的焦化，是指将煤隔绝空气加强热使其分解的过程。 ⑫煤干馏的产品及用途
⑬工业上炼焦，就属于煤的干馏，其原理是将煤粉放在隔绝空气的炼焦炉中加热，煤粉受热分解得到焦炭、煤焦油、焦炉气（可燃烧）、粗氨水、和粗苯等。这些产物可用于生产化肥、塑料、合成橡胶、合成纤维、炸药、染料、医药等。
2、煤的气化和液化
⑪煤的气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。
其主要反应是：C（s）＋H2O（g（g）＋H2（g）
（2）煤的液化
煤的液化是把煤转化成液体燃料的过程，煤的液化分直接液化和间接液化。
①直接液化是把煤炭制成煤浆，然后在高温、高压和催化剂 条件下，使煤与氢气作用生成液态碳氢化合物即“合成石油”。主要产品有优质汽油、柴油、芳香烃和其他化工原料。副产品有液化石油气、硫黄和氨气等。
②间接液化是把煤炭在高温下与水蒸气作用气化，产生合成气CO、H2等，然后合成气通过催化合成得到性能优良的液态醇类、烃类等。间接液化的效率一般较低。
优点：操作条件温和，几乎不依赖于煤的种类，关键是选择合适催化剂。 缺点：投资及运行成本过高，不利用工业化生产。
三、煤化工和天然气化工的发展 —— 一碳化学
1、一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物如CO CH4 CH3OH等为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。也可以说，一碳化工就是新一代的煤化工和天然气化工。
2、煤气化的主要反应式：2C＋O2
CO＋H2O（g
C＋H2O（g
＋H2
＋H2
3、天然气重整：CH4＋H2O（g
＋3H2
4、使用不同的催化剂，可以从合成气制出不同的产物，这就是合成气化学，由CH4、、CH3OH等含一个碳原子，通过催化反应直接生成新的化合物，叫甲烷化学和甲醇化学。
四、生物质
目前人类对生物质能的利用，包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等；间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等，它们通过微生物作用生成沼气，或采用热解法制造液体和气体燃料，也可制造生物炭。
生物质能具有如下特点：
1) 可再生性 生物质能属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合
作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用；
2) 低污染性 生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、
NOX较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应；
3) 广泛分布性 缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；
4) 生物质燃料总量十分丰富 生物质能是世界第四大能源,仅次于煤
炭、石油和天然气。根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质;海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。
生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计，每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达1440～1800亿吨( 干重 )，其能量约相当于20世纪90年代初全世界总能耗的3～8倍。但是尚未被人们合理利用，多半直接当薪柴使用，效率低，影响生态环境。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷，用热解法生成燃料气、生物油和生物炭 ，用生物质制造乙醇和甲醇燃料，以及利用生物工程技术培育能源植物，发展能源农场。
生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式。当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶，推广效率可达20%-30%的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施，被国家列为农村新能源建设的
重点任务之一。生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下，使生物质汽化、炭化、热解和催化液化，以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。生物质的生物化学转换包括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。沼气转化是有机物质在厌氧环境中，通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气、乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。
煤、石油、天然气和生物质在化工上的有效
利用
学校：甘肃农业职业技术学院
班级：12应用化工班 姓名：雍彩珍
学号：2012030169
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