跨越油氣時(shí)代

內(nèi)容概要

　　本書(shū)系諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主、著名有機(jī)化學(xué)家喬治A.奧拉2006年新作?！　∑鋬?nèi)容主要是圍繞全球面臨的能源危機(jī)，提出了一個(gè)解決能源問(wèn)題的新概念：甲醇經(jīng)濟(jì)，作為應(yīng)對(duì)油氣時(shí)代過(guò)后能源問(wèn)題的一條解決途徑，書(shū)中引用了化學(xué)和基礎(chǔ)化工方面的大量數(shù)據(jù)?！　”緯?shū)適合能源、石油化工、有機(jī)化學(xué)、煤化工、天然氣等領(lǐng)域研究人員、工程技術(shù)人員以及政府部門(mén)管理人員閱讀參考。

書(shū)籍目錄

第一章　引言第二章　煤炭在工業(yè)革命中及其以后的應(yīng)用第三章　石油和天然氣的歷史　一、石油的開(kāi)采和勘探　二、天然氣第四章　礦物燃料資源和利用　一、煤炭　二、石油　三、瀝青砂　四、油頁(yè)巖　五、天然氣　六、煤層甲烷　七、致密砂巖和頁(yè)巖　八、甲烷水化物　九、展望第五章　日益減少的油氣儲(chǔ)備第六章　對(duì)烴類(lèi)及其產(chǎn)品的持續(xù)需求　一、分餾　二、熱裂解第七章　礦物燃料和氣候變化緩解第八章　可再生能源和原子能　一、水電　二、地?zé)崮堋∪L(fēng)能　四、太陽(yáng)能：光電和熱　　1.光鬯轉(zhuǎn)換生電　　2.利用太陽(yáng)熱能發(fā)電　　3.利用鹽湖太陽(yáng)池發(fā)電　　4.利用太陽(yáng)能供熱　　5.太陽(yáng)能的經(jīng)濟(jì)局限性　五、生物質(zhì)能　　1.生物質(zhì)能發(fā)電　　2.液體生物燃料　六、海洋能：熱能、潮汐能和波浪能　　1.潮汐能　　2.波浪能　　3.海洋熱能　七、核能　　1.裂變核能　　2.增殖反應(yīng)堆　　3.對(duì)核能的需求　　4.經(jīng)濟(jì)性　　5.安全　　6.輻射危險(xiǎn)　　7.核副產(chǎn)物和核廢料　　8.排放　　9.核能：未來(lái)的能源　八、核聚變　九、未來(lái)展望第九章　氫經(jīng)濟(jì)及其局限性　一、氫的發(fā)現(xiàn)及其性質(zhì)　二、氫能的開(kāi)發(fā)　三、氫氣的生產(chǎn)和利用　　1.從礦物燃料制氫　　2.生物質(zhì)制氫　　3.水的光生物學(xué)分解　　4.水的電解　　5.核能制氫　　6.氫儲(chǔ)存的挑戰(zhàn)性　　?。?）液態(tài)氫　　?。?）壓縮氫　　?。?）金屬氫化物和固體吸收劑　　　（4）儲(chǔ)氫的其他方法　　?。?）氫：集中還是分散地分配？　　7.氫的安全性　　8.用于運(yùn)輸?shù)臍洹　?.燃料電池　　?。?）歷史　　?。?）燃料電池的效率　　?。?）氫燃料電池　　?。?）用于運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)子交換膜燃料電池　　?。?）再生的燃料電池　四、展望第十章　“甲醇經(jīng)濟(jì)”：概述第十一章　甲醇作為一種燃料和能量載體　一、性質(zhì)和歷史背景　二、目前甲醇的用途　　1.甲醇和二甲醚作為運(yùn)輸燃料　　?。?）在過(guò)去乙醇作為運(yùn)輸燃料　　?。?）甲醇作為內(nèi)燃機(jī)燃料　　?。?）甲醇和二甲醚作為往復(fù)式（壓縮點(diǎn)火式）內(nèi)燃機(jī)用的柴油燃料的替代品　　　（4）生物柴油燃料　　?。?）先進(jìn)的甲醇動(dòng)力汽車(chē)　　2.甲醇重整產(chǎn)生氫用于燃料電池　　?。?）直接甲醇燃料電池（DMFC）　　?。?）依賴(lài)其他燃料的燃料電池和生物燃料電池　　?。?）可再生的燃料電池　　3.甲醇用于靜態(tài)發(fā)電和供熱　　4.甲醇的儲(chǔ)存和運(yùn)輸　三、甲醇的價(jià)格　四、甲醇的安全性　　1.甲醇動(dòng)力汽車(chē)的尾氣排放　　2.甲醇與環(huán)境　　3.甲醇與氣候變化問(wèn)題第十二章　甲醇的生產(chǎn)：從合成氣到二氧化碳　一、用礦物燃料生產(chǎn)甲醇　　1.由合成氣生產(chǎn)甲醇　　2.用天然氣生產(chǎn)合成氣　　　（1）甲烷水蒸氣重整法　　?。?）甲烷的部分氧化　　?。?）自熱重整以及水蒸氣重整與部分氧化的結(jié)合　　?。?）用二氧化碳重整生產(chǎn)合成氣　　?。?）用石油和高級(jí)烴生產(chǎn)合成氣　　　（6）用煤生產(chǎn)合成氣　　?。?）合成氣生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性　二、通過(guò)甲酸甲酯生產(chǎn)甲醇　三、用甲烷不經(jīng)合成氣生產(chǎn)甲醇　四、甲烷選擇性氧化生成甲醇　　1.甲烷的催化氣相氧化　　2.甲烷液相氧化生產(chǎn)甲醇　　3.利用單鹵代甲烷生產(chǎn)甲醇　　4.甲烷向甲醇的微生物轉(zhuǎn)化或光化轉(zhuǎn)化　五、利用生物質(zhì)制取甲醇　六、生物氣制取甲醇　　1.水產(chǎn)業(yè)　　2.水生植物　　3.藻類(lèi)　七、用二氧化碳生產(chǎn)甲醇　　1.工業(yè)廢氣中的二氧化碳　　2.大氣中的二氧化碳第十三章　基于甲醇的化學(xué)品、合成烴和材料　一、基于甲醇的化學(xué)產(chǎn)品和材料　　1.甲醇到烯烴和合成烴類(lèi)的轉(zhuǎn)化　　　（1）甲醇到烯烴的工藝　　?。?）甲醇到汽油的工藝　　2.基于甲醇的蛋白質(zhì)　二、展望第十四章　前景展望　“甲醇經(jīng)濟(jì)”及其優(yōu)勢(shì)　更多的閱讀材料和信息參考文獻(xiàn)索引

章節(jié)摘錄

　　第二章　煤炭在工業(yè)革命中及其以后的應(yīng)用　　煤炭形成于大約2.9億～3.6億年前的石炭紀(jì)時(shí)期，由那個(gè)時(shí)代生長(zhǎng)的植物厭氧分解而成。那些植物最終能夠成為煤炭是因?yàn)樵谒鼈兯篮蟛](méi)有以常見(jiàn)的方式（即在氧氣作用下生成二氧化碳和水的形式）分解。當(dāng)石炭紀(jì)時(shí)期的植物死亡后，它們常常掉入缺氧的沼澤或泥漿地帶，或被沉積物掩埋。由于缺氧，它們只有部分腐爛，形成如同海綿般的含碳豐富的物質(zhì)并首先逐漸變成泥煤。在熱和地質(zhì)壓力的共同作用下，泥煤逐漸硬化成為煤炭?！　≡谶@個(gè)過(guò)程中，植物中的碳成分以及幾百萬(wàn)年來(lái)植物在光合作用中所獲得的太陽(yáng)能都最終匯集于煤炭之中。這些能源被長(zhǎng)時(shí)間埋藏在地下，直到現(xiàn)代人類(lèi)把它們挖出并開(kāi)始加以利用。從地球漫長(zhǎng)的歷史年表里來(lái)看，只是最近人類(lèi)才開(kāi)始使用煤炭。在歷史上，煤炭的使用開(kāi)始于羅馬人入侵英國(guó)時(shí)期。雖然當(dāng)時(shí)煤炭偶然被用作燃燒取熱，但是那時(shí)候這種“黑石頭”主要是被用來(lái)制造珠寶首飾，因?yàn)樗浅Ｒ子诘窨毯湍ス?。后?lái)直到12世紀(jì)晚期，煤炭作為燃料重新出現(xiàn)在英國(guó)的泰恩河沿岸，尤其是富含煤炭的紐卡斯?fàn)柕貐^(qū)，然而在16世紀(jì)中葉之前，煤炭尚并未被廣泛使用。在16世紀(jì)中葉，英國(guó)人口（尤其是倫敦人口）增長(zhǎng)快速。由于城市的不斷擴(kuò)大，城市附近的樹(shù)林就會(huì)被砍伐用以增加城市土地面積，于是所需的木材只能從越來(lái)越遠(yuǎn)的地區(qū)運(yùn)來(lái)。這些木材不僅可以用來(lái)取暖、烹飪，在大多數(shù)的工業(yè)中（如釀酒、煉鐵、造船等）都起著重要作用。隨著當(dāng)時(shí)木材短缺問(wèn)題的日益凸顯，于是木材價(jià)格不斷上漲，使得窮人逐漸買(mǎi)不起木材。這個(gè)時(shí)期屬于特別困難時(shí)期，因?yàn)楫?dāng)時(shí)剛進(jìn)入（會(huì)持續(xù)到18世紀(jì)的）“小冰期”。然而當(dāng)時(shí)嚴(yán)重的能源危機(jī)并沒(méi)有真正出現(xiàn)，這要?dú)w功于煤炭的出現(xiàn)。到了17世紀(jì)初期，煤炭已經(jīng)逐漸成為了英國(guó)的主要燃料資源。不過(guò)問(wèn)題總會(huì)隨之而來(lái)：燃燒煤炭所造成的濃煙使倫敦成為全歐洲空氣質(zhì)量最差的城市。在一年中的某些日子里，太陽(yáng)光幾乎不能穿透?jìng)惗爻鞘械拿簾?；而旅游者們?cè)陔x倫敦幾英里遠(yuǎn)的地方，未見(jiàn)其面便能聞其味了?！　∶禾砍蔀檎嬲闹匾茉雌鹨蛴?8世紀(jì)前期蒸汽機(jī)的發(fā)明。蒸汽機(jī)是隨之而來(lái)的工業(yè)革命的心臟，而蒸汽機(jī)是以煤炭作為燃料的。在那個(gè)年代，煤礦業(yè)所面對(duì)的主要難題是以滲水以及各種形式的水淹。雨水從地面滲入然后積聚在礦道里，一旦礦井在地下水位以下，周?chē)牡叵滤矔?huì)使問(wèn)題進(jìn)一步加重。很多煤礦會(huì)因此慢慢地湮沒(méi)于水下。如果煤礦是在山上，可以用簡(jiǎn)單的排水管道解決問(wèn)題；但是隨著采礦不斷深入地下，就需要另想他法。

媒體關(guān)注與評(píng)論

　　前言　　人類(lèi)為了延續(xù)生存，不僅需要一些諸如食物、淡水、住房、衣服等必需品，而且還需要大量的能源。自遠(yuǎn)古穴居人能夠生火以來(lái)，我們的祖先就已經(jīng)利用許多資源（從最初的木頭、植被到后來(lái)的泥炭等）來(lái)取暖和煮食。自工業(yè)革命以來(lái)，煤炭成為了主要能源，而在20世紀(jì)石油和天然氣又加入了主要能源的行列。后面幾種（指煤、石油、天然氣）被稱(chēng)為礦物燃料，是自然界經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年演變而形成的。然而這些礦物燃料一旦被燃燒，在人類(lèi)的時(shí)間尺度內(nèi)是不可再生的，于是礦物燃料會(huì)由于過(guò)度使用而逐漸耗盡。我們可獲得的石油和天然氣儲(chǔ)備可能只夠維持到21世紀(jì)末，而煤炭資源儲(chǔ)備也僅供人類(lèi)使用另外一個(gè)或兩個(gè)世紀(jì)，因此我們需要為未來(lái)能源去尋找新的解決途徑?！　”緯?shū)要討論的是一種新的解決途徑，我們稱(chēng)為“甲醇經(jīng)濟(jì)”。我們認(rèn)為，通過(guò)利用目前還可獲得的礦物燃料資源以及對(duì)二氧化碳進(jìn)行加氫還原來(lái)生產(chǎn)甲醇是一種切實(shí)可行而且方便的儲(chǔ)存能量的方法（而能量可以來(lái)自于各種資源，如太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能、地?zé)崮?、原子能等）。在短期?nèi)，可行的甲醇生產(chǎn)新方法有：既可以利用目前還可獲得的天然氣資源來(lái)高效合成甲醇（不經(jīng)過(guò)合成氣途徑），還可對(duì)工業(yè)廢氣中的二氧化碳進(jìn)行加氫轉(zhuǎn)化成甲醇。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，對(duì)從空氣中的二氧化碳進(jìn)行俘獲和回收利用將成為可能?？諝馀c石油和天然氣截然不同，地球上每個(gè)人都可以輕易獲得空氣，而空氣中的CO2組分屬于一類(lèi)取之不竭、可以循環(huán)使用的碳資源。由CO2 制得的甲醇（通過(guò)利用任意一種能源從水制得所需要的氫）本身就是一種優(yōu)秀燃料，可用于未來(lái)的內(nèi)燃機(jī)或燃料電池。甲醇也能很容易經(jīng)由脫水生成乙烯和丙烯，從而轉(zhuǎn)化為合成烴類(lèi)及它們的衍生產(chǎn)品，因此甲醇可以解除人類(lèi)對(duì)正在不斷減少的石油和天然氣（甚至煤）資源的依賴(lài)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)過(guò)量排放的CO2氣體的回收循環(huán)利用，我們可以減輕或消除由于人類(lèi)活動(dòng)造成全球氣候變化（即全球變暖）的一個(gè)主要因素?！　∥覀兂浞忠庾R(shí)到，為了解決上述的未來(lái)即將面臨的問(wèn)題（包括能量?jī)?chǔ)存和運(yùn)輸），我們需要非石油天然氣類(lèi)燃料和用來(lái)生產(chǎn)（我們?nèi)粘Ｉ钜呀?jīng)習(xí)慣使用的）合成烴及其產(chǎn)品所需的原材料，以及新的生產(chǎn)方法。考慮到礦物燃料資源的不斷減少及其不可再生性，人們已開(kāi)始大量談?wù)撐磥?lái)世界的能源問(wèn)題。在本書(shū)中描述的“甲醇經(jīng)濟(jì)”作為具有可行性并能實(shí)現(xiàn)的解決辦法之一，值得大家認(rèn)真地進(jìn)行更深層次的考慮并加以發(fā)展。我們希望通過(guò)此書(shū)能引起各方更多關(guān)注“甲醇經(jīng)濟(jì)”這一途徑，并促進(jìn)該領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展。　　　　我們感謝在中國(guó)上海的中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所胡金波教授和他的學(xué)生們（包括鄭吉、劉俊、張來(lái)俊、朱林桂、李亞、倪傳法等）對(duì)本書(shū)中文版所做的優(yōu)秀和辛勤的中文翻譯工作。　　　　喬治A.奧拉　　阿蘭·戈佩特　　G.K.蘇耶·普拉卡西　　2007年3月于洛杉磯

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