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能源催化.ppt

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能源催化,,催化对社会进步的贡献,,,,N2 + 3H2 2NH3,,Fe3O4-Al2O3-K2O,合成氨熔铁催化剂使化肥工业迅速发展 迎来了现代农业 1918年诺贝尔化学奖,Ziegler-Natta催化剂塑料产量增加了100倍 奠定了石化工业的基础 1963年诺贝尔化学奖,聚乙烯 聚丙烯,,乙烯 丙烯,TiCl3-AlR3 Cp2Ti(Ph)2,,,,原油催化裂化 汽油、柴油,大幅度提高催化活性,经济效益巨大 是炼油工业的一次革命 美国:节省6000多万吨/年原油,约80亿美元,无定形 Al2O3-SiO2,分子筛,,,催化对社会进步的贡献,,我国的能源形势,我国是世界上唯一以煤为主要能源的大国,这样的能源构成在今后相当长的时期内不会改变。作为一次能源,煤的利用方式在我国主要是燃烧,而煤的燃烧是造成我国生态环境破坏的最大污染源。我国的能源消费占世界的8-9%,但SO2的排放占世界的15.1%,排放总量为世界第一位;CO2占13.6%, NOx占11.3%,总量都居世界第二位。其中我国煤燃烧所释放的SO2占到全国总排放的87%,CO2占71%,NOx占67%,粉尘占60%。大量燃煤排放的SO2和NOx已经在我国形成了极大的危害,酸雨区域迅速扩大,已超过国土面积的40%,造成了难以估量的经济和社会损失。,我国的能源形势,我国从1993年成为石油进口国。2003年进口石油9118万吨,自产石油1.669亿吨,总石油消费量约为2.7亿吨,其中三分之一以上依赖进口。(2006年进口约1.4亿吨),另一方面,我国的能源浪费又是世界上最严重的国家之一:以生产一美元GDP产值的单位油耗衡量,日本是0.084千克,我国是0.298千克,相差十分悬殊。,我国的能源形势,能源利用中的催化技术 催化在能源发展战略中有突出的重要性。这可以概括为五个方面:1.石油炼制与石油化工;2. 合成气化工;3. 天然气化工;4. 燃煤污染防治;5. 绿色化学。,三大支柱能源:石油,石油炼制可能是世界上最大规模的工业过程,当然也是最大规模的催化过程。近二十年来,石油资源的枯竭已经摆上日程。石油品质的下降伴随着日益严格的环境保护标准的出台,石油炼制工业正面临着挑战。石油炼制工业的生产目的,一是向社会提供燃料油(汽油,柴油等),二是提供乙烯,苯,甲苯等基础化工原料。,三大支柱能源:石油,石油的成分是以一系列碳数的饱和烃(烷烃和环烷烃)为主,相当比例的芳烃和杂环芳烃为副,混有少量的氮、硫元素(赋存形态为有机化合物)和钒、镍金属(赋存形式为络合物)。一般来说,原油经蒸馏或减压蒸馏等物理过程,就可以得到有用的馏分如汽油,柴油等。,三大支柱能源:石油,,,,三大支柱能源:石油,汽油是蒸馏后得到的最主要的产品, 其次是煤油和柴油。原油直接蒸馏得到的汽油产率较小,且质量不高。催化裂化可以有效地增大汽油在产物中的比例,而催化重整可以显著提高汽油质量。为防止催化剂中毒,催化裂化和催化重整前要对油品进行催化脱硫—催化脱氮等前处理,这就形成了现在石油炼制的主要反应网络, 见图。,三大支柱能源:石油,减 压 蒸 馏,加氢,加氢裂化,加氢,重整,FCC,常 压 蒸 馏,汽油,煤油,柴油,润滑油/沥青/燃料油,液化气,图一,催化裂化的目的将减压蒸馏后重馏分中的长链分子切断以大幅增加产物中汽油的比例。催化裂化是最大规模使用的催化反应装置(每年全世界处理量约有50亿吨),一般称FCC(流化床催化裂化),但现代炼厂采用的是全悬浮的流动床,以分子筛为催化剂。,三大支柱能源:石油,三大支柱能源:煤,燃煤所造成的污染已成为制约我国国民经济和社会持续发展的一个重要因素,也已成为国际上,特别是周边国家和地区对中国关注的热点。如不采取有力的治理措施,这种局面将会加速恶化,这将直接关系到我国13亿人口的健康和16亿亩耕地的保护以及国际关系等国家大计。,三大支柱能源:煤,什么是 “煤变油”?,“煤变油 ”就是将煤转化为类似于石油的液体。科学称谓是煤基液体燃料合成技术,即以固体状态的煤炭为原料通过化学加工过程,使其转化成为汽油、柴油、液化石油气等液态烃类燃料和高附加值化工产品的技术。 根据加工过程的不同路线,“煤变油”分为直接液化和间接液化两种方式。,,世界上有几个这样的国家如中国,德国,南非,甚至可以包括美国,他们有丰富的煤蕴藏却缺乏足够的石油资源。在这些国家,煤资源的利用,不仅仅用作燃料,而希望同时作为化工原料,一直受到特别的重视。 煤可以经水汽重整反应制得合成气: CnHm + nH2O  nCO + ( n+m)/2H2,煤合成气,合成气可以转化为甲醇或者转化为液态烃燃料,,,煤合成气 ?,,CO+H2,Syngas 合成气,,,,,,乙醇,甲醇,甲烷,二甲醚,合成汽油,,,,,
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