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全平均地表温度亦自1890年至今上升0.DOC
化石燃料
化石燃料的種類有三種:煤、石油、天然氣。
化石燃料的成因:
煤:植物因長時間埋藏於地下,經地熱碳化作用所形成的固態物質。
石油:古代動物的殘骸長時間埋藏於地下,經高壓及細菌作用後所形成的液態物質。
天然氣:古代動植物的殘骸長時間埋藏於地下,經高壓及細菌作用後所產生的低分子量氣態物質。
化石燃料的重要性:
能源是人類文明日益進步的原動力,以全世界能源需求而言,化石燃料約佔總需求量的百分之九十以上。
目前化石燃料的用途之一為火力發電。
化石燃料除作為燃料之外,在化學工業上亦是很重要的原料來源。
煤:
煤的成分:主要為碳,並含有少量的氫、氧、氮、硫及其他元素。
煤的分類:如下表,依埋藏年代遠近而造成的碳化程度,由低至高分成:泥煤、褐煤、煙煤及無煙煤四大類。碳化程度越高者,每克燃燒的放熱也越多。
煤的乾餾:
?將煤隔絕空氣加熱時,其組成因熱分解的反應,稱之。煤乾餾後可獲得氣態的煤氣、液態的煤和固態的煤焦。
煤氣是最重要的氣體燃料,主要含氫及甲烷(CH4)。
煤為黏稠的液體,是複雜的混合物(至少含有五百種以上的化合物),其中苯、甲苯、二甲苯、酚……是染料、香料、醫藥、紡織纖維、農藥、軍用品等的重要原料,甚至分餾後的煤渣也可作鋪路、防水或是電極的材料。
煤焦幾乎完全是碳,是冶鐵煉鋼、製造水煤氣的重要原料。
煤是優良的燃料,但就運輸及直接應用方面,似乎不及質輕的液態或氣態燃料方便。因此,固態煤常經由氣化或液化轉變成其他的能源,以提高其附加價值。
煤的氣化:
?將灼熱的煤通入高溫的水蒸氣,此時可生成一氧化碳和氫,合稱為水煤氣或合成天然氣,其反應為:C(s) + H2O(g) →CO(g) + H2(g) △H=31 kcal/mol此反應也稱為水煤氣轉化反應,為吸熱反應。
?至於經濟上的考量,通常不以水煤氣作為最終產品,而常以甲烷為主要生產目標:2C(s) + 2H2O(g) → CH4(g) +CO2(g) △H=2 kcal甲烷是工業上重要的原料,也是高品質的燃料:CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) △H=-208 kcal
煤的液化:將煤和氫氣經催化反應製成類似原油的烴類,可製得合成汽油。
煤經由氣化或液化的利益:
?煤經氣化或液化的產物不僅可做為高品質的燃料,也是重要的化工原料。氣化過程可將煤所含的硫或固體雜物分離除去,這一點對空氣污染防治極具正面意義,因為此過程可以消除煤燃燒時可能產生的二氧化硫(SO2)及其所衍生的酸雨危害。煤的氣化或液化都耗費大量的能源,因此製造成本極高,只有在煤產量充沛的地區才有經濟效益。
石油:
石油的組成:
從油礦開採而得的油稱為原油。為黑色黏稠狀液體,需經提煉方能使用。
石油是由為數眾多的烴類(碳氫化合物)之混合物,主要以烷類居多,另含有氧、硫的化合物。
石油的提煉:
?石油的分餾:將原油中各種成分,依其沸點高低不同的性質,藉加熱、蒸發、冷卻、凝結而予以分離的過程,稱為分餾。
?分餾的操作是在分餾塔中進行。分餾塔中有許多層隔板,每一隔板上均有泡罩供分離不同沸點的物質。
石油成分中,沸點低的物質受熱汽化而逐漸向分餾塔上層移動,沸點較高的物質依次凝聚於塔底,於是在各層隔板上的分餾物是由一定沸點範圍之成分所組成。
石油分餾產物及用途,如下表所示:
品名 主要組成(碳數) 沸點範圍(°C) 用 途 石油氣 C1~C4 30 氣態燃料、塑膠製品原料 石油醚 C5~C6 20~60 溶劑、燃料 汽油 C5~C12 30~200 汽車燃料、溶劑 煤油 C12~C16 180~300 航空汽油、柴油引擎燃料 柴油 C16~C18 300 柴油引擎燃料、石油裂解原料 潤滑油 C18~C20 350 潤滑石油裂解原料 石蠟 C20~C40 (低熔點固體) 蠟燭、油蠟 柏油 C40 (黏稠殘渣) 瀝青、鋪路、防水 天然氣:
天然氣的組成:
?天然氣常與石油或煤礦共同蘊藏於地表下。
?天然氣的主要成分是低分子量烷類的混合物,並參雜二氧化碳、氮氣、二氧化硫與鈍氣。
?天然氣中,甲烷約占60%~90%,隨產地不同其組成比例也會有所差異。
天然氣的用途:
?天然氣大多當作家用燃料:
(1莫耳甲烷所產生的燃燒熱為208 kcal。CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) △H=-208 kcal
(當氧氣不足時,天然氣燃燒會產生碳粒或一氧化碳:CH4(g) + O2(g) → C(s) + 2H2O(g)2CH4(g) + 3O2(g) → 2CO(g) + 4H2O(g)由於一氧化碳是致命的毒氣,因此在密閉或不通風的環境中燃燒天然氣,可能導致一氧化碳中毒。
(天然氣中也含有少量含氮物質,燃燒時可產生氮的
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