第三十章 化石燃料 30.1 主要的能源 — 化石燃料 30.2 煤 30.3 石油和天然氣 30.4 石油的精煉 總結 概念圖 第三十章 化石燃料 30.1 主要的能源 — 化石燃料 30.2 煤 30.3 石油和天然氣 30.4 石油的精煉 總結 概念圖 第三十章 化石燃料

30.1 主要的能源 — 化石燃料 能量和燃料 獲取能量的一個重要方法是燃燒燃料。   30.1 主要的能源 — 化石燃料

發電 燃燒燃料 圖30.1 燃燒燃料來提供能量。 30.1 主要的能源 — 化石燃料

燃料是那些在燃燒時產生熱能的物質。   現時最常用的燃料是化石燃料。 30.1 主要的能源 — 化石燃料

什麼是化石燃料 煤 化石燃料 石油 天然氣 30.1 主要的能源 — 化石燃料

化石燃料含有碳氫化合物。 碳氫化合物 碳 氫 30.1 主要的能源 — 化石燃料

30.2 煤 煤是黑色固體，通常頗硬，主要成分是碳，約佔65%至95%，其餘是碳氫化合物及其他化合物。 30.2 煤 煤是黑色固體，通常頗硬，主要成分是碳，約佔65%至95%，其餘是碳氫化合物及其他化合物。   圖30.2 煤是主要由碳組成的黑色固體。 30.2 煤

煤的來源 煤是由數億年前的植物遺骸形成的。 圖30.3 生於二億五千萬年前的植物被掩埋，形成了我們今天燃燒的煤。 30.2 煤

由於地殼的移動，植物遺骸被層層泥土和沙石掩埋。 在高壓和高溫的作用下，腐敗的植物慢慢轉化為煤。 煤 上層岩石 造成壓力 泥沙層 植物遺骸層 植物 岩石底層 30.2 煤

煤的用途 現時開採得來的煤約有三分之二供發電廠燃燒，用於發電。 圖30.5 在中國山西一地下礦場中，工人正開採煤。 30.2 煤

圖30.6 位於香港南丫島的燃煤發電廠。 30.2 煤

30.3 石油和天然氣 石油通常是黏滯的黑色油質液體，是一種主要由碳氫化合物組成的複雜混合物。 圖30.7 原油樣本。 30.3 石油和天然氣 石油通常是黏滯的黑色油質液體，是一種主要由碳氫化合物組成的複雜混合物。 圖30.7 原油樣本。 30.3 石油和天然氣

天然氣也是主要由碳氫化合物組成的混合物，主要成分是甲烷 (CH4)。 30.3 石油和天然氣

石油和天然氣的來源 石油和天然氣是由數億年前的細小海洋動植物形成。 當這些海洋生物死亡後，便會沉到海床，被層層泥土和沙石掩埋。 高壓、高溫和細菌的作用慢慢把它們轉化為石油和天然氣。   30.3 石油和天然氣

海 浮游生物 岩石 細小海洋   生物的遺骸 圖30.8 石油的形成過程。   30.3 石油和天然氣

開採石油和天然氣 開採石油時，首先要開鑿一個很深的油井，然後把石油泵上來。 30.3 石油和天然氣

油井 非多孔岩 多孔岩 天然氣 石油 水 圖30.8 石油的形成過程。 30.3 石油和天然氣

石油的形成過程。 30.3 石油和天然氣

開採天然氣亦是用類似的方法。   圖30.9 天然氣開採台。 30.3 石油和天然氣

石油和天然氣是在海床下形成的，但有些油田卻是在陸地上發現的。為什麼？ 問題30.1   石油和天然氣是在海床下形成的，但有些油田卻是在陸地上發現的。為什麼？   A30.1 這是因為地殼的移動使原來的海床變為陸地。 30.3 石油和天然氣

石油 使用石油和天然氣 由很多種碳氫化合物組成的混合物  很難點燃 燃燒時會放出大量黑色濃煙  不會直接燃燒石油來產生能量 必須經過處理或精煉(分餾法)才可使用  分離成不同的有用產物，稱為餾份 30.3 石油和天然氣

與石油不同  直接燃燒來產生能量 天然氣 天然氣燃燒時產生清潔的藍色火焰  對環境造成的污染較小 30.3 石油和天然氣

圖30.10 天然氣燃燒時產生清潔的藍色火焰。 30.3 石油和天然氣

兩電增天然氣發電減污染 (明報)2008年8月4日 【明報專訊】即將舉行奧運馬術    賽的沙田    ，日前錄得173的「甚高」空氣污染水平，環境局長邱騰華    表示，香港每年8月吹南風，空氣質素一般較其他日子佳，目前難以預測賽期的空氣質素。為了確保奧馬及殘奧期間空氣質素良好，兩間電力公司將增加20％天然氣發電，以減少排放污染物。 據了解，環保署與兩電有共識，在奧馬舉行期間，若本港空氣質素下降，兩電便會啟動「多用氣，少用煤」機制。

天然氣核電供港 中央保20年不斷(29/8/2008) 【明報專訊】當中電就建大鴉洲天燃氣接收站準備下周二諮詢屯門區議會 前夕，港府昨天卻與中央簽訂備忘錄，確保香港未來20年的天然氣和核電供應，包括崖城氣田將獲補充，再供氣20年，「西氣東輸」輸氣管亦可伸延至香港，為港增氣源；環保局長邱騰華 強調，相信港境內毋須為建氣站作額外投資，可紓緩加電費壓力 。據悉，政府將不會批准中電的百億元氣站計劃。

日將宣布與中國共同開發東海天然氣 (法新社)6月18日 春曉天然氣田，日本叫做白樺天然氣田，位於日本建議的「日中中間線」西方，稍早日本曾表示擔心中國鑽探這個天然氣田可能吸乾日本這一邊蘊藏的天然氣。 中國則說，這個天然氣田完全是在它的主權範圍內。 日本「產經新聞」並且報導說，兩國也將以各自擁有百分之五十股權的方式，共同開發龍井天然氣田 (日方稱為翌檜天然氣田)。日本首相福田康夫昨天說，長期以來對東海天然氣田的爭執不久將獲得解決。

石油的用途 目前，石油滿足了全球約40%的能量需求。 天然氣 石油 25% 38% 煤 21% 其他 16%  圖30.11 不同能源在全球能量需求所佔的百分比。 30.3 石油和天然氣

精煉後的石油有三個主要用途。 化學品，用來製造： 燃料 潤滑油、蠟、瀝青 10% 82% 8% 圖30.12 石油的用途。 潤滑油、蠟、瀝青   圖30.12 石油的用途。 30.3 石油和天然氣

人造橡膠 塑膠 酒精 藥物 30.3 石油和天然氣

清潔劑 殺蟲劑 消毒劑 紡織纖維 30.3 石油和天然氣

食品添加劑 炸藥 香水 30.3 石油和天然氣

石油資源快將耗盡 石油資源是有限的，而且不能更新。 據估計，大部分石油資源會在60年內耗盡！ 30.3 石油和天然氣

30.4 石油的精煉 什麼是石油的精煉？ 較簡單和有用的混合物 碳氫化合物 組成的混合物 30.4 石油的精煉

分餾 石油 餾份 分子較大的碳氫化合物沸點較高。 這是因為分子越大，分子之間的范德華引力亦會越強。 (較簡單的混合物， 具有不同沸點) 30.4 石油的精煉

C20 C6 (a) C30 氫原子 碳原子 圖30.13 精煉石油的前後 (圖中Cx 表示碳原子的數目)： 30.4 石油的精煉

石油餾份是由具有相似沸點的碳氫化合物組成的混合物。 C1 C2 C3 C4 (b) 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 (b) 石油的餾份是較原油簡單的混合物。 石油餾份是由具有相似沸點的碳氫化合物組成的混合物。 30.4 石油的精煉

圖30.14 煉油廠內的分餾塔。 30.4 石油的精煉

精煉過程 石油會先在熔爐裡加熱至約 400oC。 加熱後的石油一部分是液體，一部分是蒸氣，這液體 / 蒸氣混合物會被泵進一高塔的底部，這高塔稱為分餾塔。 液態部分 (殘餘物) 會流向塔底。 氣態部分則會在塔內上升。 30.4 石油的精煉

圖30.15 石油的分餾。 30.4 石油的精煉

較重及具有較高沸點的餾份會在較熱的下層凝結。 煉油氣 汽油 石腦油 較輕及具有較低沸點的餾份則會在較冷的上層凝結。 火水 柴油 燃料油 潤滑油和蠟 瀝青

為了提高分餾效率，塔的每一層都裝有泡罩。 圖30.16 分餾塔內的泡罩。 30.4 石油的精煉

碳氫化合物的沸點範圍和其碳原子數目的關係 C5 C6 C7 C8 C9 C10 如果石油餾份中的碳氫化合物分子含有較多碳原子，則餾份的沸點範圍較高。 30.4 石油的精煉

在實驗室內進行原油的分餾 0 – 360oC溫度計 夾 短橡膠連接管 經原油浸透的礦渣棉 彎導管 小試管 水 加熱 石油餾份 彎導管   小試管 水 石油餾份 經原油浸透的礦渣棉 加熱 圖30.18 在實驗室內進行原油的分餾。 30.4 石油的精煉

石油的分餾。 30.4 石油的精煉

1 2 3 4 沸點範圍 常溫 揮發性 (蒸發的難易度) 顏色 易於揮發 難於揮發 無色 棕色 性質 – 100oC 100 – 150oC 石油餾份 1 2 3 4 性質 沸點範圍 常溫 – 100oC 100 – 150oC 150 – 200oC 200 – 250oC 揮發性 (蒸發的難易度) 易於揮發 難於揮發 顏色 無色 棕色 表30.1 比較在實驗室內進行原油分餾所得各餾份的一些性質。 30.4 石油的精煉

火焰 的顏色 及黑煙量 易燃性 黏度 4 3 2 1 容易流動 頗為黏滯 極易點燃 難於點燃 藍色； 無煙 橙色； 大量黑煙 石油餾份 性質 表30.1 比較在實驗室內進行原油分餾所得各餾份的一些性質。 30.4 石油的精煉

具有較高沸點範圍的原油餾份比較深色和黏滯；較難揮發、難點燃及難完全燃燒。 30.4 石油的精煉

指出原油的分餾過程有否牽涉 (i) 物理分離 (ii) 化學分解。 問題30.2   指出原油的分餾過程有否牽涉 (i) 物理分離 (ii) 化學分解。 A30.2 只有物理分離，沒有化學分解。 30.4 石油的精煉

總結 什麼是化石燃料？ 1. 煤、石油和天然氣統稱為化石燃料。 1. 煤、石油和天然氣統稱為化石燃料。 2. 煤是由數億年前的植物遺骸形成的。石油和天然氣是由數億年前的細小海洋生物的遺骸形成的。 3. 石油有三個主要用途:   (a) 作為燃料 (b) 作為潤滑劑 (c) 作為碳氫化合物的來源，用來製造其他有用化學品 總結

精煉石油 4. 石油資源是有限的，而且不能更新。 5. 石油主要是由碳氫化合物組成的複雜混合物。碳氫化合物是只含有碳和氫的化合物。 4. 石油資源是有限的，而且不能更新。 精煉石油 5. 石油主要是由碳氫化合物組成的複雜混合物。碳氫化合物是只含有碳和氫的化合物。 6. 精煉過程中，石油透過分餾被分離成數個有用部分 (餾份)。由於各碳氫化合物有不同的沸點，所以可利用分餾來分離石油。 7. 每個石油餾份都有其性質及用途。有關各餾份的主要用途，請參看圖30.15。 8. 可在實驗室內利用分餾進行小規模的原油精煉。 總結

石油餾份的性質 9. 當石油餾份分子所含的碳原子數目增加時，餾份的性 質會有以下轉變：  沸點範圍上升  揮發性 (蒸發的難易度) 下降 9. 當石油餾份分子所含的碳原子數目增加時，餾份的性 質會有以下轉變：    沸點範圍上升    揮發性 (蒸發的難易度) 下降    顏色變深    黏度上升    易燃性下降    火焰 (燃燒時) 比較深色及有較多黑煙 總結

概念圖 化石燃料 完成下列的概念圖。 碳 氫 碳氫化合物 煤 石油 天然氣 電 能量 分餾 能量 成分 含有 燃燒 產生 精煉方式 燃燒產生

石油餾份 LPG作為燃料 汽車 燃料 製造 煤氣的 燃料 火水 (煤油) 噴射機 燃料 氣油 公共 汽車 用柴油 燃料油 輪船 / 發電機 產生 石油餾份 LPG作為燃料 汽車 燃料 製造 煤氣的 燃料 火水 (煤油) 噴射機 燃料 氣油 公共 汽車 用柴油 燃料油 輪船 / 發電機 燃料 潤滑油 及蠟 鋪蓋 路面和 屋頂 煉油氣 汽油 石腦油 瀝青 概念圖

完 第三十章 化石燃料