催化化学：能源资源环境与催化

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1、能源、资源、环境与催化寇元北京大学化学与分子工程学院PKUGreenChemistryCenter能源、资源、环境与催化一次能源泛指煤、石油、天然气等矿物燃料。能源的利用是科学与技术问题，能源的有效利用却是政府的对策问题。我国的能源形势PKUGreenChemistryCenter我国的能源形势一次能源及可利用的资源储备是国家生存与发展战略的重要一环，不仅关系和平时期的国计民生，而且涉及国家在战时的动员能力，地位之重要如何估计也不会过高。先进工业国几乎垄断了能源及资源利用研究的全部优势其根本原因即在于此。在大量引进国外先进技术和设备的情况下不受制于人，是我国在任何国际环境下都能

2、进退自如的重要前提。因此，一次能源有效利用是涉及国家长治久安的战略规划的一部分。PKUGreenChemistryCenter我国的能源形势PKUGreenChemistryCenter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6

3、7％，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PKUGreenChemistryCenter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）PKUGreenChemistryCenter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

4、源形势PKUGreenChemistryCenter能源利用中的催化技术现行工业过程中，60％的产品和90％的过程是通过催化技术实现的。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。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

5、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PKUGreenChemistryCenter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PKUGreenChemistryCenter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

6、，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PKUGreenChemistryCenter馏分沸点范围主要成分(以碳数计)用途液化石油气C4及以下汽油<150CC5-C8C5以下掺混成汽油，重馏分作重整原料煤油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，重馏分是裂化原料常压渣油370C减压渣油540C三大支柱能源：石油PKUGreenChemistryCenter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

7、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PKUGreenChemistryCenter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PKUGr