能源
銅臭 / 2022-07-14
能源是指可能為人類利用，以獲取有用能量的各種資源，是現(xiàn)代文明社會的三大支柱之一。 它是人類社會 發(fā)展的基本條件，是發(fā)展農(nóng)業(yè)、工業(yè)科學(xué)技術(shù)和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。能源開發(fā)利用的廣度和深度、消費水平的高低是衡量一個國家技術(shù)發(fā)展水平的重要標志。
本節(jié)主要介紹能源分類、天然能源的化學(xué)組成，以及新能源的簡要情況。
6.2.1能源的分類
能源的品種繁多，根據(jù)能的形式，可將能源分為如表6-4所示幾種類型。能源工作者則常 根據(jù)能的形式，將能源分為兩大類，即一次能源(又稱原生能源)和二次能源( 又稱次生能源)，如表6-5所示。一次能源是指從自然界獲取，可以直接利用而不必改變其基本形態(tài)的能源。二次能源則是由一次能源經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換成另一種形 態(tài)的能源產(chǎn)品。在一次能源中，如風(fēng)、流水、地?zé)?、日光等，不會隨著它們的利用而減少，稱為再生能源，而化石燃料和核燃料等會隨著它們的使用而減少稱為非再生能源。
表6-4 能量的分類（一）
| 能的形式 |
能源舉例 |
能的形式 |
能量舉例 |
| 太陽輻射 |
太陽 |
地?zé)崮?/span> |
自然溫泉、熱泉、地下深部熱水 |
| 化學(xué)能 |
煤、石油、天然氣、草、木 |
核能 |
鈾、釷、氘 |
| 運動能 |
流水（包括瀑布、潮汐、風(fēng)和人造水壩） |
|
|
隨著能源危機的出現(xiàn)，又有了“新能源”的概念。所謂新能源絕對不是新發(fā)現(xiàn)的一種什么能源，而是指以新技術(shù)和新材料為基礎(chǔ),使傳統(tǒng)的可再生能源得到現(xiàn)代化的開發(fā)和利用，用取之不盡、周而復(fù)始可再生能源來取代資源有限、對環(huán)境有污染的化石能源。目前，新能源的研究重點在于開發(fā)利用太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮芎蜌淠艿?。例如，尋找有效的光合作用的模擬體系，進行人工栽培和生物能轉(zhuǎn)換，利用太陽能使水分解為氫氣和氧氣以及直接將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿榷际钱?dāng)今新能源開發(fā)的重要課題。
6.2.2化石能源
化石能源包括煤、石油、天然氣。它們都是天然資源，通常蘊藏于地下，是千百萬年前埋在地下的動植物經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代形成的，要通過挖掘或鉆井進行開采。它們可以原始狀態(tài)也可以精制產(chǎn)品經(jīng)燃燒而產(chǎn)生能量。因此，人們把它們叫做天然燃料或化石燃料。
化石燃料也可作為化工原料，今天它們已成為許多工業(yè)產(chǎn)品諸如化肥、橡膠、合成纖維、塑料、藥物等的基礎(chǔ)原料。
6.2.2.1 石油
石油被稱為“工業(yè)的血液”，“黑色的黃金”。石油是由遠古時代沉積在海底和湖泊中的動植物遺體，經(jīng)千百萬年的漫長轉(zhuǎn)化過程而形成的碳氫化合物的混合物。直接從地殼開采出來的石油稱之為原油，原油及其加工所得的液體產(chǎn)品總稱為石油?，F(xiàn)在石油作為化工原料，已成功應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)、交通、國防、科學(xué)研究乃至人們的衣食住行中。
A 組成
石油是許多性質(zhì)不同的有機物的混合物，其中75%以上是各種各樣的烴類，其他組分是含氧、含氮、含硫以及含金屬的化合物。表6-6列出了石油的元素分析結(jié)果。
表6-6 石油的元素分析
| 元素 |
在石油中的含量 |
元素 |
在石油中的含量 |
| 碳 |
84~87 |
氮 |
0.1~0.7 |
| 氫 |
11~14 |
硫 |
0.001~8.0 |
| 氧 |
0.1~0.7 |
金屬 |
（釩、鐵、鎳、銅）可達0.3 |
石油中烴類的主要組分是烷烴和芳烴，烯烴的含量很少。烷烴中有直鏈的和帶支鏈的。
B 石油的煉制
原油的直接利用價值并不是很大，而由它所生產(chǎn)的各種石油產(chǎn)品卻直接涉及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，深人到人民衣、食、住、行的各個環(huán)節(jié)之中，有著很高的應(yīng)用價值。原油煉制就是以原油為基礎(chǔ)原料，通過一系列煉制工藝(或過程)，把原油加工成各種石油產(chǎn)品，如各種牌號的汽油、煤油、柴油、潤滑油、重油，以及生產(chǎn)各種石油化工基本原料。原油的煉制過程大致為:分餾、裂化、重整、精制等。
通過加工，可以得到成千上萬的石油化工產(chǎn)品，追根溯源大都是由幾種基礎(chǔ)原料制成的， 這些基礎(chǔ)原料也是石油化學(xué)工業(yè)的一級產(chǎn)品， 大致分為以下五類:
(1)烯類:包括乙烯、丙烯、丁二烯;
(2)苯類:苯、甲苯、二甲苯;
(3)炔類:乙炔;
(4)芳香族:萘
從五類基礎(chǔ)原料出發(fā)，經(jīng)過不同的化學(xué)加工后，可制成系列為工農(nóng)業(yè)、 國防、 科學(xué)技術(shù)和人民生活不可缺少的重要產(chǎn)品。 (5)合成氣(CO+H?)。
a原油的分餾
原油不能直接作為燃料使用。利用原油各組分沸點差異，將原油用蒸餾的方法分離成為不 同沸點范圍的油品( 餾分)的過程稱為原油分餾。
分餾前，需要應(yīng)用電化學(xué)或加熱沉降的方法對原油進行預(yù)處理，脫除原油中的水、鹽和固體雜質(zhì)，然后經(jīng)加熱送人常壓條件下的初餾塔，蒸出大部分輕汽油。沸點較高的初餾塔塔底原 油加熱至360 ~ 370°C進入常壓蒸餾塔，從塔頂蒸出石腦油，與初餾塔頂?shù)妮p汽油一起可作為催化重整的原料。在蒸餾塔的不同溫度段分別分離出沸點更高的噴氣燃料(航空煤油)、輕柴油、重柴油或變壓器油，塔底產(chǎn)物為重油(稱為常壓渣油)。原油主要分餾產(chǎn)物情況見表6-7。
表6-7 原油的主要分餾產(chǎn)物
| 名稱 |
餾分 |
沸點范圍/°C |
烴的碳原子 |
| 氣體 |
石油氣
溶劑油
|
|
C1~C4
C5~C6
|
| 輕油 |
汽油
煤油
柴油
|
30~180
180~280
280~350
|
C6~C10
C10~C16
C17~C20
|
| 重油 |
潤滑油
凡士林
石蠟
瀝青
渣油
|
350~500
>500
|
C18~C30
C20~C30
C30~C40
>C40
|
蒸餾中沸點最低，未能液化的成分稱為石油氣，其主要成分為C4以下的烷烴、烯烴以及氫氣和少量氮氣、二氧化碳等。
b原油的裂化
重質(zhì)餾分油和渣油可進行深加工，即使之經(jīng)催化裂化、熱裂化、加氫裂化等方法生產(chǎn)出輕質(zhì)油來。
催化裂化是指在常壓和450~510°C條件下，在催化劑的存在下，將重質(zhì)油和渣油中的大分子經(jīng)裂化、異構(gòu)化等反應(yīng)分裂成各種小分子，再經(jīng)分離得各種產(chǎn)物。它是石油煉廠從重質(zhì)油生產(chǎn)汽油的主要過程之一，所產(chǎn)汽油辛烷值高，安定性好，所得裂化氣含丙烯、丁烯、異構(gòu)烴較多。
重質(zhì)油和渣油，也可在熱的作用下發(fā)生裂化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成裂化氣、汽油和柴油。熱裂化氣體中甲烷、乙烷、乙烯組分較多，熱裂化汽油的辛烷值、安定性和經(jīng)濟效益均不如催化裂化汽油。
加氫裂化是在加熱和催化劑作用下，高壓氫氣與重質(zhì)油或渣油發(fā)生裂化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為氣體、汽油、噴氣燃料、柴油和潤滑油等輕質(zhì)燃料油的工藝過程。用重質(zhì)原料油生產(chǎn)輕質(zhì)燃料油最基本的工藝原理就是改變重質(zhì)原料油的相對分子質(zhì)量和碳氫比，而改變分子和碳氫比往往是 同時進行的。改變碳氫比有兩個途徑:一是脫碳，是加氫。 熱加工過程，如熱裂化和催化裂 化工藝屬于脫碳，它們的共同特點是要加大一部分 油料的碳氫比，因此，不可避免地要產(chǎn)生一部分氣體烴和碳氫比較高的縮合產(chǎn)物即焦炭和渣油。所以脫碳過程的輕質(zhì)油收率不可能很高。加氫裂化屬于加氫，在催化劑存在下從外界補人氫氣以降低原料油的碳氫比。加氫裂化實質(zhì)上是加氫和催化裂化這兩種反應(yīng)的有機結(jié)合。因此，它不僅可以防止如催化裂化過程中大量積炭的生成，而且還可以將原油中的氮、氧、硫雜原子有機化合物雜質(zhì)通過加氫從原料中除去，又可以使反應(yīng)過程中生成的不飽和烴飽和，所以，加氫裂化可以將低質(zhì)量的原料油轉(zhuǎn)化成優(yōu)質(zhì)的輕質(zhì)油。
c 重整
重整是在氫氣和催化劑存在下，使燃料油中的環(huán)烷烴轉(zhuǎn)化為辛烷值較高的芳香烴。故也稱為催化重整。
異構(gòu)化是使直鏈烴轉(zhuǎn)變?yōu)橹ф湡N的過程。例如，正丁烷催化異構(gòu)為異丁烷，作為石油深加工的原料，正戊烷、正已烷的異構(gòu)化可以提高辛烷值，由于C5、C6烴類異構(gòu)化時反應(yīng)率不高，產(chǎn)品辛烷值約增加10~12單位。近年來開發(fā)了全異構(gòu)化技術(shù)，將反應(yīng)物經(jīng)分子篩吸附分離，使正構(gòu)體與異構(gòu)體分開，正構(gòu)部分再返回異構(gòu)化反應(yīng)器，最終產(chǎn)品的辛烷值可提高20個單位以上。
催化重整還可用于由鏈烴制取輕質(zhì)芳香烴，如苯、甲苯、二甲苯等，它們在原油中含量一般很少。
重整反應(yīng)在催化劑作用下，幾十秒鐘即可完成。最初使用的是分散在含氟氧化鋁載體上的 金屬鉑。載體都有較大比表面積，單位質(zhì)量載體的面積達200~1000m²/g。20 世紀60年代出現(xiàn)了鉑-錸、鉑-鍺、鉑-錫、鉑-銥等雙金屬催化劑，有的還增加了第三組分。近年來由于載體制備和浸漬技術(shù)的改進，新一代催化劑活性、選擇性和壽命均有提高，某些催化劑中貴金屬鉑 含量已降至0. 25%。
d 加氫精制
加氫精制主要用于油品精制，其目的是除掉油品中的硫、氮、氧雜原子及金屬雜質(zhì)，改善油品的使用性能。在催化劑作用下，氫與各種汽油、柴油等輕質(zhì)油品中的雜環(huán)化合物反應(yīng)生成硫化氫、氨和水，使油品中僅含碳氫化合物，從而提高油品質(zhì)量;或從重質(zhì)餾分油制取餾分潤滑油，從渣油制取殘渣潤滑油的過程。
所用催化劑含有鉬、鎢、鈷、鎳等元素。鉬-鈷催化劑多用于加氫脫硫;鉬-鎳催化劑多用于脫氮;鎢-鎳催化劑多用于芳香烴的飽和化。
近年來，加氫精制(包括加氫脫硫) 工藝的應(yīng)用更為普遍，從而使世界煉油工業(yè)在節(jié)能和環(huán)保方面都取得較大進展。
![1,1-雙[4-[N,N-二(對甲苯基)氨基]苯基]環(huán)己烷CAS號58473-78-2](images/202103/thumb_img/3472_thumb_G_1616031520407.jpg)
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