化石燃料的利用资料.docx

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化石燃料的利用资料

化石燃料的利用

教学目的：

1、煤、石油、天然气的形成

2、煤、石油、天然气的组成元素

3、煤、石油、天然气的分布

4、煤、石油、天然气的用途

5、煤、石油、天然气的热值和燃烧产物

6、化石燃料和环境污染

引言：

同学们你们知道吗？

能源有哪些？

水能、氢能、风能、太阳能、石油、天然气、煤、地热能、核燃料、闪电（电能）

一、化石燃料

煤石油天然气

是世界上最重要的三种化石燃料。

1、它们是怎样形成的？

2、它们是纯净物吗？

3、它们主要含有什么元素？

你了解吗？

背景资料

煤，人称“黑色金子”、“工业的粮食”。

它是由古代植物遗体埋在地层下，并在地壳中经过一系列复杂的变化而形成的，是由有机物和无机物所组成的复杂混合物。

煤中含有大量的碳，此外，还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素以及无机矿物质。

形成过程：

在沼泽和森林生长的植物死后，就会腐烂，并被泥沙覆盖起来。

经过一段时间，新的植物又开始在上面生长。

这些植物死后，又被泥沙覆盖。

这样周而复始，经过数百年的时间，就形成很多层的腐化植物层和泥沙层。

经过数百万年，这些腐化植物层屡受到地热和细菌分化作用，就成为煤层。

背景资料

石油，“工业的血液，它是地质时期的动植物遗体在地下高温及微生物作用下，经漫长复杂的化学变化而形成的一种粘稠的液体。

混合物。

通常显黑色或深棕色，有特殊的气味，没有固定的熔点和沸点。

主要含碳、氢两种元素。

石油

石油又称原油，是一种粘稠的、深褐色液体。

地壳上层部分地区有石油储存。

主要成分是各种烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。

它是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成，属于化石燃料。

石油主要被用来作为燃油和汽油，也是许多化学工业产品如溶剂、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。

石油特性

石油的性质因产地而异，密度为0.8-1.0克/厘米，粘度范围很宽，凝固点差别很大（30-60摄氏度），沸点范围为常温到500摄氏度以上，可溶于多种有机溶剂，不溶于水，但可与水形成乳状液。

不过不同的油田的石油的成分和外貌可以区分很大。

石油主要被用作燃油和汽油，燃料油和汽油组成目前世界上最重要的一次能源之一。

主要成分

原油的成分主要有：

油质（这是其主要成分）、胶质（一种粘性的半固体物质）、沥青质（暗褐色或黑色脆性固体物质）、碳质（一种非碳氢化合物）。

石油由碳氢化合物为主混合而成的，具有特殊气味的、有色的可燃性油质液体！

原油作为加工的产品，有煤油、苯、汽油、石蜡、沥青等。

严格地说，石油以氢与碳构成的烃类为主要成分。

分子量最小的4种烃，全都是煤气。

生成原因

（1）

生物成油理论

研究表明，石油的生成至少需要200万年的时间，在现今已发现的油藏中，时间最老的达5亿年之久。

在地球不断演化的漫长历史过程中，有一些“特殊”时期，如古生代和中生代，大量的植物和动物死亡后，构成其身体的有机物质不断分解，与泥沙或碳酸质沉淀物等物质混合组成沉积层。

由于沉积物不断地堆积加厚，导致温度和压力上升，随着这种过程的不断进行，沉积层变为沉积岩，进而形成沉积盆地，这就为石油的生成提供了基本的地质环境。

　大多数地质学家认为石油像煤和天然气一样，是古代有机物通过漫长的压缩和加热后逐渐形成的。

按照这个理论石油是由史前的海洋动物和藻类尸体变化形成的。

（陆上的植物则一般形成煤。

）经过漫长的地质年代这些有机物与淤泥混合，被埋在厚厚的沉积岩下。

在地下的高温和高压下它们逐渐转化，首先形成腊状的油页岩，后来退化成液态和气态的碳氢化合物。

由于这些碳氢化合物比附近的岩石轻，它们向上渗透到附近的岩层中，直到渗透到上面紧密无法渗透的、本身则多空的岩层中。

这样聚集到一起的石油形成油田。

通过钻井和泵取人们可以从油田中获得石油。

地质学家将石油形成的温度范围称为“油窗”。

温度太低石油无法形成，温度太高则会形成天然气。

虽然石油形成的深度在世界各地不同，但是“典型”的深度为四至六千米。

由于石油形成后还会渗透到其它岩层中去，因此实际的油田可能要浅得多。

因此形成油田需要三个条件：

丰富的源岩，渗透通道和一个可以聚集石油的岩层构造。

生成原因

（2）

非生物成油理论

　　非生物成油的理论天文学家托马斯·戈尔德在俄罗斯石油地质学家尼古莱·库德里亚夫切夫（NikolaiKudryavtsev）的理论基础上发展的。

这个理论认为在地壳内已经有许多碳，有些这些碳自然地以碳氢化合物的形式存在。

碳氢化合物比岩石空隙中的水轻，因此沿岩石缝隙向上渗透。

石油中的生物标志物是由居住在岩石中的、喜热的微生物导致的。

与石油本身无关。

在地质学家中这个理论只有少数人支持。

一般它被用来解释一些油田中无法解释的石油流入，不过这种现象很少发生。

石油炼制的目的

✹一方面是将石油中的混合物进行一定程度的分离使它们物尽其用；

✹另一方面将含碳原子数较多的烃转变为含碳原子数较少的烃作为化工原料，以提高石油的利用价值。

分馏法利用分子大小不同，沸点不同的原理，将石油中的碳氢化合物予以分离，再以化学处理方法提高产品的价值。

石油裂化

石油通过分馏获得的汽油、煤油、柴油等轻质油的产量比较低，仅占石油总产量的25％左右。

但社会需求量大的正是这些轻质油，为了提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量，还可以采用裂化的方法从重油中获取轻质油。

裂化就是在一定的条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程。

背景资料

天燃气是当今世界上最重要的气体矿物燃料。

天然气的形成与石油、煤的形成相似，故常与石油、煤共生。

其主要成分为甲烷，是蕴藏在地下的一种重要能源。

我国是世界上发现和利用天然气最早的国家。

甲烷在空气中体积分数为5%-15%范围内，遇到明火就会发生爆炸。

煤矿的矿坑里也常有甲烷逸出。

因此，在煤矿的矿井里必须采取通风、严禁烟火等安全措施。

甲烷的性质

现象：

1、燃烧放热

2、产生蓝色火焰

3、烧杯内壁有水雾

4、有使澄清石灰水变浑浊的气体生成

（点燃前需要检验纯度）

CH4+2O2

CO2+2H2O

你对煤是“工业的粮食”，石油是“工业的血液”是怎样理解的？

１、煤，也叫煤炭，被称为“工业的粮食”。

主要含有C元素，还有少量S、H、N、O

2、石油，被誉为“工业的血液”，主要含有C、H元素，还有少量O、N、S

3、天然气：

一般是指在地下自然形成的可燃性气体。

主要成分是甲烷（CH4）。

你了解吗？

我国化石燃料的资源状况

总储量居世界第三位

你了解西气东输工程吗？

“西气东输”中的“西”起新疆塔里木“气”指的是天然气,“东”止于上海西郊“输”的方式管道

这项工程的意义合理使用天然气

二、化石燃料的综合利用

1、煤的综合利用

（1）煤的干馏（化学变化）

（2）煤在特殊设备里，在高温下能生成煤气（主要成分：

H2、CO）

煤气的优点：

经济方便、清洁卫生、燃烧效率高

煤的综合利用

石油的分馏（物理变化）

石油的综合利用

三、化石燃料燃烧与环境污染

化石燃料在燃烧时产生的各种气体、固体废物以及余热造成了对环境的污染。

1、温室效应

——温室气体

CH4、CO2

2、大气污染

——SO2、NO2

造成酸雨

——粉尘污染

3、热污染

——使环境

温度升高

储量有限的化石燃料

目前全世界使用的能源有90%取自化石燃料，它们经历了上亿年的时间才得以形成，因此不可再生。

从已探明的储量分析，现在地球上的石油、天然气和煤炭的总储量分别为：

石油1万亿桶；天然气120万亿立方米；

煤炭1万亿吨

按照目前全世界对化石燃料的消耗速度计算，这些能源可供人类使用的时间大约还有：

石油45-50年；　　天然气50-60年；

煤炭200-220年

1、节约能源

节约用电；节约用煤；

研制节能产品，减少能源消耗；

2、提高燃料的利用率

改进燃料燃烧设备和技术，使燃料充分燃烧；对燃料进行深加工后综合利用；

3、开发和利用新能源

开发新能源

太阳能

水能

风能

核能

地热能

可燃冰（CH4·nH2O）

可燃冰的学名为“天然气水合物”，是天然气在0℃和30个大气压的作用下结晶而成的“冰块”。

“冰块”里甲烷占80% -99.9%，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，污染比煤、石油、天然气都要小得多。

西方学者称其为“21世纪能源”或“未来能源”。

核能

清华大学核物理研究中心

目前的核能发电主要是利用热中子堆，全世界正在运行的400多座核电站的反应堆中，绝大多数都是这种类型。

但它只能利用铀资源的1-2%，所以各国都在积极开发利用快中子增殖反应堆，以便使铀资源得到充分利用。

太阳能

太阳能电池实质上是一种半导体器件，它的典型特征是可以把光能直接转换成电能。

其工作原理是，当太阳光照射到硅电池板后，产生光生电子--空穴对，在电池内建静电场的作用下，由于电子、空穴分带不同的电荷而被分离在两边形成“光生电压”，即“光电效应”。

风能

现在风能已成为一种新能源而被人们广泛地使用。

如右图的风力发电机，可以为人们发电。

煤、石油和天然气的比较

煤（工业粮食）

石油（工业血液）

天然气

状态

固体

黏稠状液体

气体

组成

主要含有C元素，还含有少量H、N、S、O等元素

主要含有C、H元素，还含有少量S、N、O等元素

主要成分是甲烷

化学式：

CH4

用途

重要的化工和冶金工业原料

重要的化工原料

燃料和化工原料

热值

2.1×107J/Kg

4.2×107J/Kg

3.9×107J/Kg

加工

方法

煤的干馏

生成煤气

石油的分馏

产品

干馏得到焦炭、煤焦油、焦炉煤气等

分馏得到石油气、汽油、

柴油、煤油等

燃气

燃烧与污染情况

造成温室效应；污染大气；形成酸雨；热污染