催化化學(xué)：能源資源環(huán)境與催化

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1、能源、資源、環(huán)境與催化寇元北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院PKUGreenChemistryCenter能源、資源、環(huán)境與催化一次能源泛指煤、石油、天然氣等礦物燃料。能源的利用是科學(xué)與技術(shù)問題，能源的有效利用卻是政府的對策問題。我國的能源形勢PKUGreenChemistryCenter我國的能源形勢一次能源及可利用的資源儲備是國家生存與發(fā)展戰(zhàn)略的重要一環(huán)，不僅關(guān)系和平時期的國計民生，而且涉及國家在戰(zhàn)時的動員能力，地位之重要如何估計也不會過高。先進工業(yè)國幾乎壟斷了能源及資源利用研究的全部優(yōu)勢其根本原因即在于此。在大量引進國外先進技術(shù)和設(shè)備的情況下不受制于人，是我國在任何國際環(huán)境下都能

2、進退自如的重要前提。因此，一次能源有效利用是涉及國家長治久安的戰(zhàn)略規(guī)劃的一部分。PKUGreenChemistryCenter我國的能源形勢PKUGreenChemistryCenter我國是世界上唯一以煤為主要能源的大國，這樣的能源構(gòu)成在今后相當(dāng)長的時期內(nèi)不會改變。作為一次能源，煤的利用方式在我國主要是燃燒，而煤的燃燒是造成我國生態(tài)環(huán)境破壞的最大污染源。我國的能源消費占世界的8－9％，但SO2的排放占世界的15.1％，排放總量為世界第一位；CO2占13.6%，NOx占11.3%，總量都居世界第二位。其中我國煤燃燒所釋放的SO2占到全國總排放的87％，CO2占71％，NOx占6

3、7％，粉塵占60％。大量燃煤排放的SO2和NOx已經(jīng)在我國形成了極大的危害，酸雨區(qū)域迅速擴大，已超過國土面積的40％，造成了難以估量的經(jīng)濟和社會損失。我國的能源形勢PKUGreenChemistryCenter我國從1993年成為石油進口國。2003年進口石油9118萬噸，自產(chǎn)石油1.669億噸，總石油消費量約為2.7億噸，其中三分之一以上依賴進口。（2006年進口約1.4億噸）PKUGreenChemistryCenter另一方面，我國的能源浪費又是世界上最嚴(yán)重的國家之一：以生產(chǎn)一美元GDP產(chǎn)值的單位油耗衡量，日本是0.084千克，我國是0.298千克，相差十分懸殊。我國的能

4、源形勢PKUGreenChemistryCenter能源利用中的催化技術(shù)現(xiàn)行工業(yè)過程中，60％的產(chǎn)品和90％的過程是通過催化技術(shù)實現(xiàn)的。催化在能源發(fā)展戰(zhàn)略中有突出的重要性。這可以概括為五個方面：1.石油煉制與石油化工；2.合成氣化工；3.天然氣化工；4.燃煤污染防治；5.綠色化學(xué)。PKUGreenChemistryCenter三大支柱能源：石油PKUGreenChemistryCenter三大支柱能源：石油PKUGreenChemistryCenter三大支柱能源：石油PKUGreenChemistryCenter石油煉制可能是世界上最大規(guī)模的工業(yè)過程，當(dāng)然也是最大規(guī)模的催化過

5、程。近二十年來，石油資源的枯竭已經(jīng)擺上日程。石油品質(zhì)的下降伴隨著日益嚴(yán)格的環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)的出臺，石油煉制工業(yè)正面臨著挑戰(zhàn)。石油煉制工業(yè)的生產(chǎn)目的，一是向社會提供燃料油（汽油，柴油等），二是提供乙烯，苯，甲苯等基礎(chǔ)化工原料。三大支柱能源：石油PKUGreenChemistryCenter減壓蒸餾加氫加氫裂化加氫重整FCC常壓蒸餾汽油煤油柴油潤滑油/瀝青/燃料油液化氣圖一PKUGreenChemistryCenter石油的成分是以一系列碳數(shù)的飽和烴（烷烴和環(huán)烷烴）為主，相當(dāng)比例的芳烴和雜環(huán)芳烴為副，混有少量的氮、硫元素（賦存形態(tài)為有機化合物）和釩、鎳金屬（賦存形式為絡(luò)合物）。一般來說

6、，原油經(jīng)蒸餾或減壓蒸餾等物理過程，就可以得到有用的餾分如汽油，柴油等。三大支柱能源：石油PKUGreenChemistryCenter餾分沸點范圍主要成分(以碳數(shù)計)用途液化石油氣C4及以下汽油<150?CC5-C8C5以下?lián)交斐善?，重餾分作重整原料煤油150-250?CC16及以下航空煤油粗柴油250-370?CC25以下C20以下是燃料油，重餾分是裂化原料常壓渣油?370?C減壓渣油?540?C三大支柱能源：石油PKUGreenChemistryCenter汽油是蒸餾后得到的最主要的產(chǎn)品,其次是煤油和柴油。原油直接蒸餾得到的汽油產(chǎn)率較小，且質(zhì)量不高。催化裂化可以有效地增大

7、汽油在產(chǎn)物中的比例，而催化重整可以顯著提高汽油質(zhì)量。為防止催化劑中毒，催化裂化和催化重整前要對油品進行催化脫硫—催化脫氮等前處理，這就形成了現(xiàn)在石油煉制的主要反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，見圖。三大支柱能源：石油PKUGreenChemistryCenter催化裂化的目的將減壓蒸餾后重餾分中的長鏈分子切斷以大幅增加產(chǎn)物中汽油的比例。催化裂化是最大規(guī)模使用的催化反應(yīng)裝置（每年全世界處理量約有50億噸），一般稱FCC（流化床催化裂化），但現(xiàn)代煉廠采用的是全懸浮的流動床，以分子篩為催化劑。三大支柱能源：石油PKUGr