天津大学-化工导论-课件--第五章-高分子合成材料
34页1、化工导论 第五章 天然气化工与煤化工,第5章 天然气化工与煤化工,5.1 天然气与煤 5.2 天然气化工 5.3 煤的化工利用 5.4 煤化工发展方向 5.5 温室气体的化学利用,天然气,天然气(natural gas)主要成分: 甲烷,尚含有不同量的乙烷、丙烷和丁烷以及少量的戊烷以上的重组分,此外还可能含有硫化氢、二氧化碳、氮、氢气等杂质。 干气和湿气: 一般在天然气中的C5以上重质烃含量低于0.00135 % 时称为干气,而高于此值则被称为湿气。,天然气资源的蕴藏形式(1),气田:天然气单独蕴藏,主要成分是甲烷,有的甲烷含量高达99%以上。 油田气中C5以上烷烃能以“气体汽油”形式分离出来,称为凝析油。 油田气或油田伴生气:天然气与石油共生.多为湿气. 其中丙烷、丁烷能以“液化气体”的形式分离出来,称“液化石油气”(LPG)。,天然气资源的蕴藏形式(2),煤层气: 又称瓦斯气或煤层甲烷,是非常规天然气的一种重要类型.其储量很大。 天然气水合物: 存在于地球高纬度的冻土带和深度不到2000m的海底, 由CH4与H2O组成的具有确定晶体结构的笼形化合物,估计储量很大,但目前尚未得到利用
2、。,我国天然气蕴藏量,1996年探明天然气总储量为16697亿m3,居世界第16位; 1996年天然气产量为196.7 亿m3,名列世界第21位; 中国天然气的勘探和开发正逐步受到重视,预计今后20年内中国天然气的开发将进入高速增长期,2020年产量将达到1200亿m3,2050年的产量有可能达到1600亿m3左右。,煤资源与组成,煤(coal)是蕴藏在地下的固态有机可燃矿物经过复杂的生物化学、物理化学和地球化学作用,经过漫长地质年代的天然煤化作用而生成的。 煤类型划分: 腐殖煤、腐殖腐泥煤和腐泥煤。 腐殖煤可分为褐煤、烟煤和无烟煤,是近代煤综和利用和化学加工的主要煤种。,煤资源,世界煤的资源十分丰富,占世界可燃矿物资源的第一位约为15万亿吨。 中国在西汉时期(公元前206年至公元25年)人们已开始地下采煤,并用于冶铁。 中国煤炭资源主要集中在晋、陕、内蒙及新疆地区。 1995年末世界煤炭资源可采储量为10316亿吨,其中中国为1145亿吨,占世界总储量的11.1%,居世界第三位。,煤的元素组成,煤一般由有机物质和矿物质所组成,有机质是煤中的主要成分。 煤中有机质主要由五种元素组成,以
3、碳、氢、氧为主,总和占煤中有机质的95%以上,其次是氮和硫 。,天然气与煤的能源利用,天然气和煤均是重要的能源。 在中国现今能源资源结构中,煤炭占到73.4%,水力占22.2%,石油和天然气仅为4.4%. 由于中国是以煤为主的能源结构,造成较严重的环境污染和较低的能源利用效率。 天然气目前的最大用途是用作工业加热燃料和家用燃料。由于天然气的热值高、污染少,是一种清洁能源,因此在能源结构中的比例逐年提高。,甲烷经合成气的化学转化与系列产品,水蒸气重整制合成气 (传统) CH4 + H2O CO + 3 H2 ( H=227 KJ/mol)强吸热反应, 反应温度900oC,反应炉处要燃烧一定量的天然气, 同时,反应过程必须使用过量的水以阻止催化剂失活。 天然气直接部分氧化制合成气: CH4 + 1/2O2 CO + 2H2 (H=35.5 KJ/mol)放热反应,由合成气生成甲醇的反应式如下: 天然气经合成气(CO+H2),国内外正致力于开发具有低活性温度、高活性、高选择性、无过热问题的新型催化剂体系。 甲醇用途极广,以它为基本原料,可合成汽油、柴油等液体燃料和甲酸、醋酸、甲醛、甲基叔丁基
4、醚等一系列化工产品。,在制得合成气后,则可进一步合成氨与尿素、甲醇、高级醇、汽油、柴油等液体燃料以及其它一碳化工产品。 例如,合成氨与尿素的反应式如下: (氨基甲酸氨),由合成气生成甲醇的反应式: 天然气经合成气(CO+H2),再由合成气合成甲醇的方法开创了廉价制取甲醇的生产路线。 甲醇用途极广,以它为基本原料,可合成汽油、柴油等液体燃料和甲酸、醋酸、甲醛、甲基叔丁基醚等一系列化工产品。,由合成气制甲酸的反应式: CH3OH+CO HCOOCH3 HCOOCH3+H2O HCOOH+CH3OH (水解) 其总反应为:CO+H2O HCOOH 由合成气经改良费托合成制汽油、煤油、柴油已建一定规模的工厂,合成气直接催化转化为低碳烯烃、乙二醇的工艺正在开发。,甲烷的直接化学转化,通过天然气的直接化学转化, 如氧化偶联、选择性氧化等可制成烯烃 、甲醇、二甲醚等,进而合成液体燃料。 甲烷转化的其他方法如甲烷生物氧化、甲烷电催化氧化、甲烷芳构化直接合成芳烃等也正在开发中。 天然气化学转化的方法不少,但是达到工业化水平并在经济上有竞争力的化学反应过程并不多。,甲烷氧化偶联制碳二烃,2CH4+O2 C
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