能源化学题库

1/16第一章：煤化学习题1.中国能源结构、煤炭资源的分布特点及生产格局、能源发展战略是什么？P1答：中国能源结构：煤炭资源比较丰富，油气资源总量偏少。（富煤、贫油、少气）煤炭资源的分布：东少西多，南贫北丰，相对集中。生产格局：北煤南运，西煤东调。能源发展战略：节能优先、结构多元、环境友好。２.何谓洁净煤技术？有哪些研究内容？答：洁净煤技术是指从煤炭开发到利用的全过程中旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术。洁净煤技术的主要包括：煤炭开采、煤炭加工、煤炭燃烧、煤炭转化、污染排放控制与废弃物处理等。如：选煤，型煤，水煤浆，超临界火力发电，先进的燃烧器，流化床燃烧，煤气化联合循环发电，烟道气净化，煤炭气化，煤炭液化，燃料电池等。３煤是由什么物质形成的？答：煤是由植物生成的。在煤层中发现大量保存完好的古代植物化石和炭化了的树干；煤层底板岩层中发现了大量的根化石、痕木化石等植物化石；在显微镜下观察煤制成的薄片可以看到植物细胞的残留痕迹以及孢子、花粉、树脂、角质层等植物残体；在实验室用树木进行的人工煤化试验，也可以得到外观和性质与煤类似的人造煤。这就有力地证实了腐植煤是由高等植物变来的。４.按成煤植物的不同，煤可以分几大类？P12答：按成煤植物的不同，煤主要分为腐植煤、腐泥煤、腐植腐泥煤。腐植煤：高等植物腐泥煤：低等植物腐植腐泥煤：高等植物+低等植物５.简述成煤条件。P20-21答：煤的形成必须具备古植物、古气候、古地理和古构造等条件。古植物：大量植物的持续繁殖古气候：温暖、潮湿的气候环境古地理：沼泽和湖泊古构造：合适的地壳升降运动６.由高等植物形成煤，要经历哪些过程和变化？P22答：由高等植物形成煤，要经历泥炭化作用和煤化作用两个过程。泥炭化作用过程：高等植物→泥炭2/16煤化作用过程又分为成岩作用和变质作用两个阶段。成岩作用阶段：泥炭→褐煤；变质作用阶段：褐煤→无烟煤。７泥炭化作用、成岩作用和变质作用的本质是什么？P22、P25、P26答：泥炭化作用是指高等植物残骸在泥炭沼泽中，经过生物化学和地球化学作用演变成泥炭的过程。成岩作用：泥炭在沼泽中层层堆积，越积越厚，当地壳下沉的速度超过植物堆积速度时，泥炭将被黏土、泥砂等沉积物覆盖。无定形的泥炭在上覆无机沉积物的压力作用下，逐渐发生压紧、失水、胶体老化硬结等物理和物理化学变化，转变为具有岩石特征的褐煤的过程。变质作用：褐煤沉降到地壳深处，受长时间地热和高压作用，组成、结构、性质发生变化，转变为烟煤和无烟煤的过程。８.按煤化程度，腐植煤可以分为几大类？它们有哪些区分标志？答：按煤化程度，腐植煤可以分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四个大类。泥炭与褐煤的区分标志：外观上，泥炭有原始植物残体，呈土状；褐煤无原始植物残体，无明显条带。褐煤与烟煤的区分标志：颜色，褐煤呈褐色或黑褐色；烟煤呈黑色。烟煤与无烟煤的区分标志特征与标志烟煤无烟煤颜色黑色灰黑色光泽有一定光泽金属光泽外观呈条带状无明显条带燃烧现象多烟无烟９.影响煤变质作用的因素有哪些，对煤的变质程度有何影响？P28答：影响煤变质作用的因素主要有：温度、时间和压力。温度是影响煤变质作用的主要因素，存在一个煤变质的临界温度。转变为不同煤化阶段所需的温度大致为：褐煤：40～50℃，长焰煤：100℃，典型烟煤：200℃，无烟煤：350℃。时间是影响煤的重要因素，这里所说的时间是指煤在一定温度和压力条件下作用时间的长短。作用时间影响的重要性表现在：温度、压力相同，时间越长，变质程度越高；温度不同，短时间较高温度与长时间较低温度可达到相同的变质程度。压力也是煤变质不可缺少的条件。在压力作用下，煤主要变化是压紧、失水、孔隙率降低，并使煤岩组分沿垂直压力的方向呈定向排列。静压力使煤的芳香稠环平行层面呈有规则的排列；动压力使煤层产生破裂、滑动，低变质程度煤的芳香稠环层面的堆砌高度增加。10.反映煤分子结构的参数有哪些？P36答：煤的结构参数有芳碳率、芳氢率和芳环数。3/16芳碳率（Carf）是指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的碳原子数与总碳原子数之比。CCfarCar/。芳氢率（Harf）是指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的氢原子数与总氢原子数之比。HHfarHar/芳环数（aR）是指煤的基本结构单元中芳香环数的平均数量。11.煤分子结构理论的主要观点有哪些？P46答：⑴煤是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物煤是由许多结构相似但又不完全相同的基本结构单元通过桥键连接而成。结构单元由规则的缩合芳香核与不规则的、连接在核上的侧链和官能团两部分构成。⑵煤分子基本结构单元的规则部分规则部分（缩合芳香核）：缩聚的芳环、氢化芳环或各种杂环。环数随煤化程度的提高而增加。⑶煤分子基本结构单元的不规则部分不规则部分：烷基侧链和官能团。烷基侧链的长度随煤化程度的提高而减少。官能团主要是含氧官能团：羟基、羧基、羰基、甲氧基等，随着煤化程度的提高，甲氧基和羧基很快消失，其他含氧基团在各种煤化程度的煤中均有存在；少量的含硫官能团和含氮官能团。⑷连接基本结构单元的桥键桥键主要是次甲基键、醚键、次甲基醚键、硫醚键以及芳香碳-碳键等。在低煤化程度的煤中桥键最多，主要形式为前三种。⑸氧、硫和氮的存在形式氧：除含氧官能团外，还有醚键和杂环等；硫：巯基、硫醚和噻吩等；氮：吡咯环、胺基和亚胺基等。⑹低分子化合物低分子化合物：脂肪族化合物，如褐煤和泥炭中的树脂和蜡等。⑺煤化程度对煤结构的影响低煤化程度煤的缩合芳香核较小，侧链长而多，官能团多，煤的结构比较疏松，孔隙率较大，比表面积较高。中等煤化程度煤（肥煤和焦煤）的缩合芳香核增大，含氧官能团和烷基侧链减少，结构单元之间的桥键减少，煤的结构较为致密，孔隙率低，比表面积小，煤的物化性质和工艺性质在此处发生转折，出现极大值或极小值。高等煤化程度煤的缩合芳香核显著增大，大分子排列的有序化增强，产生收缩应力，形成裂隙，孔隙率增加，比表面积增大。4/16探）等。第二章：石油化学习题１.为什么H/C原子比可以作为表征石油化学组成的一个基本参数？答：同一系列的烃类，其H/C原子比随着分子量的增加而降低；烷烃的变化幅度较小，环状烃的随分子量的变化幅度较大。不同结构的烃类，碳数相同时，烷烃的H/C原子比最大，而芳烃最小。对于环状烃而言，相同碳数时，环数增加，其H/C原子比降低。２.按照馏分组成，石油可以分为哪几个馏分？各个馏分分别有什么用途？答：按沸点高低将其分离（切割）成不同的馏分。初馏点：加热时馏出的第一滴液体时的温度。初馏点～200℃或～180℃汽油馏分200～350℃煤、柴油馏分350～500℃(560℃)减压瓦斯油VGO（润滑油馏分、催化裂化原料）500℃(560℃)减压渣油3.胶质与沥青质各自的结构特征是什么？答：共性：由大分子的非烃化合物组成的复杂混合物；石油中极性最强的组分；存在基本结构单元；二者的芳香度高，H/C原子比低；分子中含S、N、O杂原子基团，还络合Ni、V等金属。特性：胶质能溶于低分子的正构烷烃，而沥青质则不能。胶质的H/C原子比高于沥青质，而其fA、RA、RN低于沥青质。胶质的平均分子量低于沥青质。胶质的极性小于沥青质。沥青质具有似晶结构，而胶质却没有。沥青质的杂原子含量高于胶质。4..烃类的粘度与其化学组成结构的有何关系答：分子量相近（碳数相同）的烃类，环状结构分子的粘度大于链状结构分子的粘度，而且环数越多，粘度越大。因此分子中的环状结构可以看成是粘度的载体。当分子中的环数相同时，侧链越长的烃类化合物的粘度越大。５.石油产品的闪点、燃点以及自燃点之间有何关系？答：对于同一油品，其自燃点是最高的，燃点次之，闪点是最低的。对于不同的油品，闪点越高，其燃点也就越高，而自燃点越低。5/16同族烃类，相对分子质量小的烃类自燃点高而闪点低，反之亦然。第三章生物质能一、名词解释1、生物质能：是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。2、能源植物：广义：几乎可以包括所有植物。狭义：是指那些利用光能效率高、可合成类似石油或柴油成分的植物以及富含油脂或者碳水化合物或者产氢的植物。3、沼气：沼气是各种有机物质在一定的温度、水分、酸碱度和隔绝空气的条件下，经过嫌气性细菌的发酵作用，产生的一种可燃气体4、生物柴油：指以各种油脂(包括植物油、动物油脂、废餐饮油等)为原料，经一系列加工处理过程而生产出的一种液体燃料。属于长链脂肪酸的单烷基酯5、燃料乙醇：一般是指体积浓度达到99.5%以上的无水乙醇。燃料乙醇是燃烧清洁的高辛烷值燃料，是可再生能源。主要是以雅津甜高粱加工而成6、生物质发电：利用生物质资源进行的发电。一般分直接燃烧发电和气化发电两种类型，主要包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电二、简答题1、生物质能的开发利用是在怎样的背景下提出来的?有何重要意义?答：背景:1.能源的开发和利用一直以来见证着人类文明的进步，能源的更新替换，成为人类适应环境、利用环境、改造环境的重要标志之一。当今的新型替代能源，如风能、太阳能、生物能、地热能等纷纷涌现，各具优势，且利用技术不断成熟和发展，其中生物能在实用性、可行性、广泛性方面，显现出独有的优势，被认为是未来30～50年里，最具大规模产业化开发前景的新型能源。2.能源危机与生态危机：煤炭、石油只能开采100年；天然气只能开采50~60年；空气污染、水污染、土壤污染、温室效应、物种绝灭。发展意义(自由扩展):1.传统能源有限、不可再生及环境危害性2.生物质能源丰富、可再生及环境友好性2、汽车使用乙醇汽油的好处。第一，乙醇汽油增加汽油中的含氧量，使燃烧更充分，有效地降低了尾气中有害物质的排放；第二，有效提高汽油的标号，使发动机运行更平稳；第三，可有效消除火花塞、气门、活塞顶部及排气管、消声器部位的积炭，延长主要部件的使用寿命。3、概述世界主要国家生物质能开发利用现状。6/16目前，生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如美国的能源农场计划、日本的阳光计划（是日本政府为对付能源危机和建设无公害社会制定并推行的新能源开发计划）、巴西的酒精能源计划（以甘蔗为原料生产酒精，将使用的所有汽油都添加20％到25％的酒精）等，其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。4、我国能源植物开发利用现状。P47答：根据所含主要成分的不同，能源植物可分为3大类：一是富含碳水化合物的能源植物，利用这类植物所得到的最终产品是乙醇。该类植物种类较多，分布广泛，主要是一类富含糖类、淀粉类和纤维类的植物。二是富含油脂的能源植物，它们既是人类食物的重要组成部分，又是工业用途非常广泛的原料．这类植物统称为油脂植物。三是富含类似石油成分的能源植物，石油的主要成分是烃类，如烷烃、环烷烃等，富含烃类的植物是植物能源的最佳来源，生产成本低，利用率高。通常这类植物的茎折断后伤口处有乳白色、黄褐色液体流出，可称为石油植物。①木本能源植物：高糖、高淀粉和高纤维的木本植物主要有西谷椰子和木薯2种，我国燃料乙醇的加工技术很成熟，西谷椰子的高淀粉含量很适合制酒精，但目前我国还没有广泛种植。富含类似石油成分的木本植物较多，我国目前已人工种植和有发展潜力的主要有麻疯树、油楠和绿玉树等。在众多此类木本植物中，研究比较多的是麻疯树(小桐子)，很大一部分原因是它生长适应性强，分布范围广，使用方便，处理技术要求不高。富含油的木本植物富含油的木本植物主要有黄连木、油茶、多花山竹子、岩桂和乌桕等。普遍来说，现在很多这种类型的植物油基本上都应用在制润滑油上，真正应用到能源上的还很少，尚处于一种作为副能源植物状态，但其需求量比较大。②草本能源植物：富含糖类的草本能源植物：甘蔗是热带、亚热带作物，是发展能源植物的首选材料。我国能源甘蔗的起步较晚，但发展较快。甘蔗具有喜高温、需水量大的特点，南方地区可利用当地的自然优势，大面积种