358· 第8章现代化学的研究进展 天然气是最“清洁”的燃料,燃烧产物CO2和H2O,都是无毒物质,并 且热值也很高(56kJ·g1),管道输送也很方便。我国最早开发使用天然气的是 四川盆地,20世纪末和本世纪初,在陕、甘、宁地区的长庆油田和新疆的塔 里木盆地发现了特大型气田,目前正在开发建设中。目前,长庆油田的天然 气已经输送至北京、西安等地,塔里木盆地的天然气将“西气东输”至上海。 除北京、天津、西安等城市的部分居民己经使用管道天然气外,“西气东输” 经过的地区也将逐步使用管道天然气 石油和天然气作为燃料在燃烧过程中也会产生SO2和NO3等有害气体 汽车尾气是氮氧化物的主要来源,对大气造成污染。石油和天然气脱硫、脱 氮一直是石油化学工业的重要研究内容。 23可燃冰 combustible ice 可燃冰是天然气的一种存在形式,是天然气的水合物。它是一种白色固 体物质,外形像冰雪,有极强的燃烧力,可作为上等能源。天然气水合物由 水分子和燃气分子,主要是甲烷分子组成,此外还有少量的硫化氢、二氧化 碳、氮和其它烃类气体。在低温(-10℃~10℃)和高压(10MPa以上)条件 下,甲烷气体和水分子能够合成类冰固态物质,具有极强的储载气体的能力。 这种天然水合物的气体储载量可达其自身体积的100-200倍,1m3的固态水合 物包容有约180m3的甲烷气体。这意味着水合物的能量密度是煤和黑色页岩 的10倍,是传统天然气的2~5倍。在海洋中,约有90%的区域都具备天然气 水合物生成的温度和压力条件。目前公认全球的“可燃冰”总能量是所有煤、 石油、天然气总和的2~3倍 天然气水合物是近20年来才被人们发现的,由于其能量高、分布广、埋 藏规模大等特点,正崭露头角,有可能成为本世纪的重要能源。全球天然气 水合物中的含碳总量大约是地球上全部化石燃料含碳总量的2倍,世界上绝 大部分的天然气水合物分布在海洋里,储存在海底之下500m-1000m的水深 范围以内。海洋里天然气水合物的资源量约为18×103m3,是陆地资源量的 100倍
·358· 第 8 章 现代化学的研究进展 天然气是最“清洁”的燃料，燃烧产物 CO2 和 H2O，都是无毒物质，并 且热值也很高（56kJ•g-1），管道输送也很方便。我国最早开发使用天然气的是 四川盆地，20 世纪末和本世纪初，在陕、甘、宁地区的长庆油田和新疆的塔 里木盆地发现了特大型气田，目前正在开发建设中。目前，长庆油田的天然 气已经输送至北京、西安等地，塔里木盆地的天然气将“西气东输”至上海。 除北京、天津、西安等城市的部分居民已经使用管道天然气外，“西气东输” 经过的地区也将逐步使用管道天然气。 石油和天然气作为燃料在燃烧过程中也会产生 SO2 和 NOx 等有害气体， 汽车尾气是氮氧化物的主要来源，对大气造成污染。石油和天然气脱硫、脱 氮一直是石油化学工业的重要研究内容。 2.3 可燃冰 combustible ice 可燃冰是天然气的一种存在形式，是天然气的水合物。它是一种白色固 体物质，外形像冰雪，有极强的燃烧力，可作为上等能源。天然气水合物由 水分子和燃气分子，主要是甲烷分子组成，此外还有少量的硫化氢、二氧化 碳、氮和其它烃类气体。在低温（－10℃~10℃）和高压（10MPa 以上）条件 下，甲烷气体和水分子能够合成类冰固态物质，具有极强的储载气体的能力。 这种天然水合物的气体储载量可达其自身体积的 100~200 倍，1m3 的固态水合 物包容有约 180m3 的甲烷气体。这意味着水合物的能量密度是煤和黑色页岩 的 10 倍，是传统天然气的 2~5 倍。在海洋中，约有 90%的区域都具备天然气 水合物生成的温度和压力条件。目前公认全球的“可燃冰”总能量是所有煤、 石油、天然气总和的 2~3 倍。 天然气水合物是近 20 年来才被人们发现的，由于其能量高、分布广、埋 藏规模大等特点，正崭露头角，有可能成为本世纪的重要能源。全球天然气 水合物中的含碳总量大约是地球上全部化石燃料含碳总量的 2 倍，世界上绝 大部分的天然气水合物分布在海洋里，储存在海底之下 500m~1000m 的水深 范围以内。海洋里天然气水合物的资源量约为 1.8×108 m 3 ，是陆地资源量的 100 倍
第6讲能源化学 前国际上已经形成了一个天然气水合物研究的热潮。美国、加拿大 德国、英国、欧共体、日本等发达国家和组织从能源战略角度考虑,纷纷制 订了长远发展规划,深入开展了海底天然气水合物物理性质、勘探技术、开 发工艺、经济评价、环境影响等方面的研究工作,取得了多方面的成果。 据预测,我国2010年石油需求量约2.5亿t,而我国石油工业在进入20 世纪90年代后,老油区稳产难度增大,新油区生产不到位,故石油资源形势 严峻,出现了可采储量入不敷出,增产幅度不大的形势。我国已由石油输出 国转变为进口国,到2010年我国的石油缺口将达近1亿t。随着国民经济的 持续快速稳定发展,我国能源需求与供应的紧张矛盾将长期存在,同时我国 能源储量的人均占有量也远低于世界人均占有量。因此,从保障21世纪经济 可持续发展的战略能源角度出发,把天然气水合物资源的研究、勘探和开发 纳入我国的能源发展和保障计划是十分必要和紧迫的 3.化爭电娠( chemical mains) 化学电源即化学电池,是一种将化学能转变为电能的装置,通称电池, 主要分为一次电池(干电池)、二次电池(蓄电池)和燃料电池。这里重点介 绍燃料电池。 早在1839年,英国人格罗夫(W. Grove)首先用铂黑为电极催化剂 制成了氢氧燃料电池,并把多只电池串联起来为电源,点亮了伦敦讲演厅的 照明灯。过了100多年,直到20世纪60年代,燃料电池才在美国太空总署 (NASA)的阿波罗太空飞行计划中首次得到实质性应用。当时美国通用电气公 司为阿波罗太空飞船设计了称之为 Gemini的燃料电池动力系统,它采用海绵 状的薄膜聚合物作为电池的电解液。尽管这种燃料电池具有非常理想的比功 率,但价格十分昂貴,所以在较长时间内未能得到广泛应用。 当代,美国、日本和欧洲都在拟定开发燃料电池的计划。国际燃料电池 公司在纽约已建成一个功率为48兆瓦的燃料电池电力站,它用磷酸为电解 质,用天然气或石脑油为燃料,用高温水蒸气与燃料反应生成氢和一氧化碳 的反应气后进入电池。日本在1990年前已经投资了170亿日元,用于燃料电
第 6 讲 能源化学 ·359· 目前国际上已经形成了一个天然气水合物研究的热潮。美国、加拿大、 德国、英国、欧共体、日本等发达国家和组织从能源战略角度考虑，纷纷制 订了长远发展规划，深入开展了海底天然气水合物物理性质、勘探技术、开 发工艺、经济评价、环境影响等方面的研究工作，取得了多方面的成果。 据预测，我国 2010 年石油需求量约 2.5 亿 t，而我国石油工业在进入 20 世纪 90 年代后，老油区稳产难度增大，新油区生产不到位，故石油资源形势 严峻，出现了可采储量入不敷出，增产幅度不大的形势。我国已由石油输出 国转变为进口国，到 2010 年我国的石油缺口将达近 1 亿 t。随着国民经济的 持续快速稳定发展，我国能源需求与供应的紧张矛盾将长期存在，同时我国 能源储量的人均占有量也远低于世界人均占有量。因此，从保障 21 世纪经济 可持续发展的战略能源角度出发，把天然气水合物资源的研究、勘探和开发 纳入我国的能源发展和保障计划是十分必要和紧迫的。 3．化学电源（chemical mains） 化学电源即化学电池，是一种将化学能转变为电能的装置，通称电池， 主要分为一次电池（干电池）、二次电池（蓄电池）和燃料电池。这里重点介 绍燃料电池。 早在 1839 年，英国人格罗夫（W．Grove）首先用铂黑为电极催化剂 制成了氢氧燃料电池，并把多只电池串联起来为电源，点亮了伦敦讲演厅的 照明灯。过了 100 多年，直到 20 世纪 60 年代，燃料电池才在美国太空总署 (NASA)的阿波罗太空飞行计划中首次得到实质性应用。当时美国通用电气公 司为阿波罗太空飞船设计了称之为 Gemini 的燃料电池动力系统，它采用海绵 状的薄膜聚合物作为电池的电解液。尽管这种燃料电池具有非常理想的比功 率，但价格十分昂貴，所以在较长时间内未能得到广泛应用。 当代，美国、日本和欧洲都在拟定开发燃料电池的计划。国际燃料电池 公司在纽约已建成一个功率为 4.8 兆瓦的燃料电池电力站，它用磷酸为电解 质，用天然气或石脑油为燃料，用高温水蒸气与燃料反应生成氢和一氧化碳 的反应气后进入电池。日本在 1990 年前已经投资了 170 亿日元，用于燃料电