化石燃料

石油的脫硫化(Desulfurization of Petroleum)

石油的脫硫化(Desulfurization of Petroleum)
國立臺灣大學化學系學士生陳佳翰/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

石油的脫硫化,是在天然氣、汽油、燃油或石化原料(例如:異丙苯)已分餾出之後、要加工或燃燒之前,將其中的含硫化合物去除之的前處理。

石油是由古生物動物遺骸,在高溫高壓下長時間轉化形成,而動物體組成多為蛋白質,故石油含硫量大,其重量百分比有0.5~6%。若未經處理而直接作為燃料使用,則會排放出大量酸性氣體,如二氧化硫等,造成酸雨危害環境。

圖一、含硫燃油的燃燒。

除造成酸雨危害之外,未經脫硫處理的石化原料,在後續的加工過程中易使催化劑失活、變質。例如以沸石(zeolite)裂解重油時,硫醇與硫醚會放出硫分子;硫分子會附著在沸石表面,阻擋反應物與催化劑接觸,造成沸石失活、裂解效率驟降。

圖二、含硫燃油的裂解。

再生能源發展的限制(下)

再生能源發展的限制(下)(renewable energy – 2)
台中市雙十國中自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

2010年,美國能源部能源訊息局「2010年世界能源展望-高瞻」報告書–全球再生能源生產量(如圖一),指出風力與水力發電除外,以生質能源最具潛力、太陽能與地熱能其次。2009年再生能源成長較2008年增加8%,佔全球能源總量的25%,再生能源科技於 2009年大幅成長,尤其風力發電佔再生能源之冠。太陽能發電從2004 ~2009年之間,由於光伏系統 (photovoltaic system or PV system)的研發也呈現快速成長。光伏系統是由多個組件,包括光伏組件、機械、調節電力輸出的裝置等連接成一個系統,使用一個或多個太陽能電池板將太 陽光能轉換成電能。

圖一、全球再生能源生產量—風力與水力發電除外。(單位:十億千瓦/小時)(資料來源:2010年,美國能源部能源訊息局「2010年世界能源展望-高瞻」報告書,Source: US Energy Information Administration, International Energy Outlook 2010 – Highlights, http://www.eia.doe.gov , November 2010)

再生能源發展的限制(上)

再生能源發展的限制(上)(renewable energy – 1)
台中市雙十國中自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

美國能源部(the United States Department of Energy)於2006年進行全球能源消耗形式分析結果如圖一所示。傳統化石燃料仍是位居全球能源消耗量前3名,包括石油、煤炭、天然氣等,分別佔35.43%、28.15%、23.46%,總共佔了全球87.04%的能源消耗量。其次為水力發電佔6.27%、核能發電佔5.79%、與其他再生能源發電佔0.91%。所有的再生能源發電僅佔了7.18%。可見再生能源發電在發展過程面臨許多限制與挑戰。

圖一、2006年美國能源部(the United States Department of Energy)進行全球能源消耗形式分析圖。(http://upload.wikimedia.org/wiki ... on_by_type_2006.png)

煤(Coal)

煤(Coal)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

煤(Coal),一種可燃燒的黑色或棕黑礦石。煤為古代植物遺骸在地下受壓力、熱隨時間轉化而成的生物礦石,一般而言,根據煤的碳化(Carbonizing)比率不同,由低到高依序可以分為泥煤(Peat)、褐煤(Lignite)、煙煤(Bituminous coal)、無煙煤等。其組成元素成份如下:

表一、煤的組成元素比例

 

石油分餾及其主要產物的用途

石油分餾及其主要產物的用途(The Fractional Distillation of The Petroleum)
臺北縣私立淡江高級中學化學科賴亭吟老師/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

石油(Petroleum)是由超過8000種不同分子大小的碳氫化合物(及少量硫化合物)所組成的混合物。石油在使用前必須經過加工處理,才能製成適合各種用途的石油產品。常見的處理方法為分餾法(Fractionation),利用分子大小不同,沸點不同的原理,將石油中的碳氫化合物予以分離,再以化學處理方法提高產品的價值。

92、95、98無鉛汽油

92、95、98無鉛汽油 (Unleaded Gasoline #92、#95、#98)
臺北縣私立淡江高級中學化學科賴亭吟老師/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

現代人的交通工具離不開汽機車,汽機車的動力來源為燃燒石油,但是當你到加油站加油時看到琳琅滿目的油品時,你瞭解這些油品的成份與不同嗎。譬如無鉛汽油,加油站提供 92、95、98三等級,這三個數字又代表什麼意義呢?

核電 (Nuclear Power)

核電 (Nuclear Power)
台東專校化學科鍾玉峰退休老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

核電 (Nuclear Power)是指透過控制的核子反應而運用其所釋放的巨大能量的任何科技。目前只有利用核分裂(Nuclear fission)反應來獲取能量,其他像核融合(Nuclear fusion) 與輻射衰變(Radioactive Decay)的方法,可能要等到將來的發展。核分裂的方法是利用鈾235U 的核子分裂反應所釋放的大量能量來加熱水,產生水蒸氣,以推動渦輪機發電。

2007年,核電佔全世界電力的14%,全世界共有437個核能反應器在31個國家運作。美國是核電產量最多的國家,其核電佔整個國家電力的19%;法國的電力以核電佔最高 (78%);整個歐盟的核電佔30%,但歐盟國家的核能政策並不相同,以奧地利,愛爾蘭為例,就沒有核電廠;法國則是擁有數目最多的核電廠。許多軍事用的船艦或百姓用的破冰船使用核能推進器,太空載具(Space Vehicles)也使用核反應器(Nuclear reactors)。對於未來的核子工業發展,目前許多國家仍積極的發展核能。最近幾年,中國與印度為了因應其快速的經濟發展,對核電特別有興趣。英國的能源政策也認定將來能源可能短缺的問題,需要新的核電廠來補充或延長現有電廠的壽命。

石油分餾(Fractional Distillation of Crude Oil)

石油分餾(Fractional Distillation of Crude Oil)
國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

石油亦稱為原油(crude oil),由超過8000種具有不同分子大小的碳氫化合物 (及小量含硫化合物) 所組成的混合物,原油中的碳氫化合物碳鏈長度大約C5H12在C18H38到之間。工業上,石油需經過分餾(fractional distillation)才能進一步應用。

分餾的原理是不同大小的碳氫化合物具有不同的沸點。分子量愈小的碳氫化合物, 分子間的凡得瓦力便愈低,沸騰時所需的能量越低, 所以沸點越低。相反, 分子量愈大的碳氫化合物, 分子間的凡得瓦力便愈大,沸騰時所需的能量越高, 所以沸點也越高。 因此於不同溫度時,這些具有不同沸點的石油蒸餾液(distillate)便分別被蒸發出來。

汽油(Gasoline–Ⅱ)

汽油(Gasoline–Ⅱ)
國立中山大學董騰元教授責任編輯

大致上而言,汽油是烷類、環烷和稀類的混合物,每家煉油廠的配方不同,汽油有不同等級的辛烷值。汽油中也含有其它的有機物,如:醚類(這是後來加入的)、硫化物等,硫化物必須去除掉,因為它會腐蝕引擎。
燃燒汽油可產生能量,下表是汽油與常見燃料油的能量密度表:

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