自然资源的开发利用(二)
吃透金属冶炼、电化学防护与化学电源的底层逻辑与边界
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自然资源的开发利用(二)
吃透金属冶炼、电化学防护与化学电源的底层逻辑与边界
海水资源
上页提到陆地资源告急,人类的目光转向海洋。地球表面71%被海水覆盖——这桶'盐水汤'里,到底能捞出些什么?
盐、镁、溴都溶在里面,但浓度极低——要喝到'肉味'必须处理巨量汤水
蒸馏法海水淡化
上一页我们看到海水中藏着大量淡水,但海水又咸又不能直接喝。怎么把海水变成能喝的淡水?最古老也最直观的方法,其实你家里厨房每天都在做。
蒸汽遇冷凝结成淡水,盐留锅里——厨房就是台微型蒸馏器
反渗透法海水淡化
蒸馏法靠“加热—冷凝”得到淡水;反渗透不再改变水的相态,而是给海水加压,让水穿过膜、盐留下。
水可被压出,盐分像被筛网拦住;推动力必须超过盐水的渗透阻力。
电渗析法海水淡化
前两页讲的蒸馏法和反渗透法都属于物理分离:前者靠相变,后者靠加压。这里介绍第三种思路——既不蒸发也不加压,而是用电场把盐离子直接赶出去。
电荷是条形码,电场是动力,阳膜/阴膜是只认一种条码的扫描通道。相邻腔室一淡一浓。
海水制盐及化工原料生产
上一页讲的是把海水里的「水」拿出来用,这页反过来——把水蒸发走,把溶解在海水里的盐和元素留下来,变成工业原料。
太阳当火、风当扇,海水慢慢变浅,盐自然结晶
海水的综合利用
前几页我们分别学了淡化的几种方法和制盐的方法,但真实的大型海水项目很少「只做一件事」。工厂会把淡化、制盐、提元素等工艺串联起来,让一吨海水榨出更多价值——这就是海水综合利用。
一种原料(原油/海水)经梯次加工,分离出多种产品并副产能量循环
海水中的化学元素组成
上页讲到海水是一座巨大的资源宝库。但「海水」到底装了什么?它不只是水和盐,而是含有几乎所有自然元素的复杂溶液。
盐是主味,几乎所有元素都溶了一点,只是有的像味精放一撮,有的像花椒只一颗
煤的组成
海水不是纯净的水,煤也不是纯净的碳——两者都是成分复杂的混合物。看完了海水里有哪些元素,接下来我们看看煤的组成。
都把复杂混合物拆成几项指标,便于快速评估用途
煤的干馏(焦化)
上一页看到煤是多种有机物和无机物的混合。钢铁厂里,几吨煤被封进焦炉、从外面烧到上千度——里面既无明火也无氧气,却悄悄分成了三种完全不同的东西。这叫煤的干馏。
密封隔绝空气,热从外面传入让内部物质断键重组
煤干馏产物及用途
前页讲到,煤在隔绝空气下受热会发生干馏(焦化)。接下来打开这套“产物分拣线”,逐一追踪焦炭、煤焦油、粗苯和焦炉气的去向。
都经受热分出多类物质;原油靠沸点差,煤还发生热分解。
煤的气化
上一页讲到煤的干馏——隔绝空气受热分解,得到焦炭、煤焦油和焦炉气。那如果把焦炭摆在空气中、再通入水蒸气,但故意不让它烧尽——会发生什么?这就是煤的气化要做的事。
氧气不够时煤不会彻底氧化,而是变成可继续利用的合成气,而不是白白跑掉的烟气
煤的液化
煤的气化产物是 CO 和 H₂ 的混合气,储存运输都不方便。能不能把煤(或它的气化产物)进一步变成液态燃料?——这就是煤的液化。
直接液化=生肉直接切丝爆炒;间接液化=先熬高汤再调味做菜,多一道工序但更可控
甲烷的化工利用
上一页我们把固态煤变成气体或液体。换个角度——天然气本身就是气体,主成分甲烷。除了直接烧,甲烷还能变成哪些化工产品?为什么要花大力气做化工转化?
基础原料,可做成面包、馒头、面条等多种产品;不同反应路径=不同烹饪方式
天然气水合物(可燃冰)
上一节讲了甲烷的化工用途,但甲烷在自然界还有一种更奇特的藏身之所——看起来像冰、一点就着。本节认识这位"冰与火"的结合体:天然气水合物(可燃冰)。
水分子是"墙",甲烷是"住客"——墙一拆,住客就跑
天然气水合物的环境与地质
上页讲到甲烷被锁在水分子搭的'笼子'里。这笼子要稳需要什么条件?一旦破碎又会怎样?这一页看看它在地球里的'生存环境'与地质账本。
压力或温度一掉,里面的气体立刻逸散;锅盖一松就漏气
本节要点
- ✓海水淡化三法各有所长,需权衡能耗与水质
- ✓煤加工路线决定产物:干馏得焦、气化得气、液化得油
- ✓综合利用讲求吃干榨尽,梯级开发提升资源价值
- ✓甲烷是化工基石,天然气与可燃冰都是其存在形态
- ✓化石能源开发须兼顾碳排放与开采安全风险
课后思考
三个开放性问题检验理解程度