第八章能源化工新能源

新能源利用技术王一平教授天津大学化工学院2021.6.5第八章能源化工主要内容传统能源化工利用新能源开展能源化工一、传统能源化工从上世纪70年代后，随着我国石油化工的兴起，煤化工退居其次，开展缓慢。21世纪后至今，由于石油供应紧张，油价不断增高，石油化工遭到挑战，煤化工产业重新遭到关注并成为投资热点，一些大型煤炭液化、煤焦化、煤气化工程正在规划建立当中。2005年后，我国焦炭、电石和煤制化肥和甲醇产量居世界首位，成为煤化工产品消费大国。综合目前能源化工行业，可分为两大领域：石油化工，煤化工。1、石油化工原油中的主要元素是C〔83%-87%〕和H〔11%-14%〕，还有S、N、O及其他微量元素(1～5%)，微量金属元素有V、Ni、Fe、Cu、As等。石油中的非碳氢原子称为杂原子。与国外原油相比，我国原油的含硫低、含氮量高。石油化工〔Petrochemical〕又称石油化学工业，指化学工业中以石油为原料消费化学品的领域，广义上也包括天然气化工。第二次世界大战后，石油化工高速开展，使大量化学品的消费从传统的以煤及农林产品为原料，转移到以石油及天然气为原料的根底上来。石油化工已成为化学工业中的基干工业，在国民经济中占有极重要的位置。石油化工原料主要为来自石油炼制过程产生的各种石油馏分和炼厂气，以及油田气、天然气等。石油馏分(主要是轻质油)经过烃类裂解、裂解气分别可制取乙烯、丙烯、丁二烯等烯烃和苯、甲苯、二甲苯等芳烃，芳烃亦可来自石油轻馏分的催化重整。石油轻馏分或天然气经蒸汽转化、重油经部分氧化可制取合成气，进而消费合成氨、甲醇等。石油化工范畴

烯烃可消费各种醇、酮、醛、酸类及环氧化合物等。随着科学技术的开展，烯烃、芳烃经加工可消费包括合成树脂、合成橡胶、合成纤维等高分子产品及一系列精细化学品，如外表活性剂、染料等。石油化工消费，普通与石油炼制或天然气加工结合，相互提供原料、副产品或半废品，以提高经济效益。石油化工的作用〔1〕石油化工目前是能源的主要消费渠道石油炼制过程消费的汽油、煤油、柴油、重油以及天然气是当今世界的主要能源。〔2〕石油化工是资料工业的支柱之一金属、无机非金属资料和高分子合成资料，被称为三大资料。全世界石油化工提供的高分子合成资料目前产量约1.45亿吨，除合成资料外，石油化工还提供了绝大多数的有机化工原料。〔3〕石油化工促进了农业的开展石油化工提供的氮肥占化肥总量的80%，农用塑料薄膜加上农药的运用以及大量农业机械所需各类燃料，构成了石化工业援助农业的主力军。

〔4〕各工业部门离不开石化产品现代交通工业的开展与燃料供应息息相关。金属加工、各类机械毫无例外需求多种光滑资料及其它配套资料。建材工业是石化产品的新领域，如塑料型材、门窗、铺地资料、涂料被称为化学建材。轻、纺工业是石化产品的传统用户，新资料、新工艺、新产品的开发与推行，都有石化产品的身影。当前，高速开展的电子工业以及诸多的高新技术产业，对石化产品，尤其是以石化产品为原料消费的精细化工产品提出了新要求。石油化工运用2、煤化工煤是由有机物质和无机物质混合组成的。煤中有机物质主要由碳〔C，82%-93%〕、氢〔H，3.6%-5%〕、氧〔O，1.3%-10%〕、氮〔N，1%-2%〕四种元素构成；煤中的无机物质，主要有硫〔S〕、磷〔P〕以及稀有元素等。世界上一切的元素均可在煤中找到。煤是黑色黄金。煤化工是以煤为原料，经过化学加工使其转化为气体，液体，固体燃料以及其它化学品的工业。煤化工包括煤的一次化学加工、二次化学加工和深度化学加工。煤的焦化、气化、液化，煤的合成气化工、焦油化工和电石乙炔化工等，都属于煤化工的范围。煤化工利用的消费中，炼焦是运用最早的工艺，并且至今依然是煤化学工业的重要组成部分。煤气化用于消费各种燃料气，是干净的能源;煤气化消费的合成气是合成液体燃料等多种产品的原料。煤直接液化，即煤高压加氢液化，可以消费人造石油和化学产品。新一代煤化工技术是指以煤气化为龙头，以一碳化工技术为根底，合成、制取各种化工产品和燃料油的煤炭干净利用技术，与电热等联产可以实现煤炭能源效率最高、有效组分最大程度转化、投资运转本钱最低和全生命周期污染物排放最少的目的。煤化工运用二、利用新能源开展能源化工能源与环境问题已成为世界开展的主题。石油和煤炭等化石能源逐渐枯竭，传统能源化工在转化能源与资源时产生严重污染。雾霾天气，温室效应，酸雨等环境问题的凸显。分布式供能系统的利用使得太阳能、风能等新能源的运用范围更加广泛。新能源，尤其是风力和太阳能发电的本钱在不思索质量的情况下曾经很低。1、太阳能和风能利用发电运用存储转化超级电容蓄电池机械手段化工手段〔能源化工〕抽水蓄能紧缩空气飞轮磁悬浮制氢并开展下游利用氯碱工业海水淡化、污水淡化2、关键技术多转子风力发电技术海水淡化技术电解制氢技术3、海水淡化多效蒸发多级闪蒸反浸透法蒸汽紧缩蒸馏〔1〕多效蒸发加热后的海水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。低温多效蒸馏热利用率高，缺陷是锅垢危害严重、设备费用较高。〔2〕多级闪蒸多级闪蒸海水淡化是将经过加热的海水，依次在多个压力逐渐降低的闪蒸室中进展蒸发，将蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化安装仍以多级闪蒸方法产量最大，技术最成熟，运转平安性高弹性大，主要与火电站结合建立，设备构造简单，费用较低，适宜于大型和超大型淡化安装。缺陷是盐水循环量大、运转费用高。〔3〕反浸透法通常又称超越滤法，是1953年才开场采用的一种膜分别淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开。反浸透法的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的1/2，蒸馏法的1/40。因此，从1974年起，美日等兴隆国家先后把开展重点转向反浸透法。受高压操作和半透膜性能的限制，单个淡化器产量不能太大和原水浓度不宜过高。原水利用率只需75-80%；对水的预处置要求高，膜需求定期清理，膜本钱高。〔4〕蒸汽紧缩蒸馏蒸汽紧缩蒸馏海水淡化技术，是海水预热后，进入蒸发器并在蒸发器内部分蒸发。所产生的二次蒸汽经紧缩机紧缩提高压力后引入到蒸发器的加热侧。蒸汽冷凝后作为产品水引出，如此实现热能的循环利用。除了开工之初需辅助热源产生蒸汽作为起动外，不需求外部热源，热利用率高。利用可再生能源为紧缩机提供电力，可大大降低本钱。4、电解制氢〔1〕传统制氢氢气广泛用于工业过程中，如石油、化工、冶金、医药、航天等，其中用量最大的石油化工工业；从化石能源为原料制氢是目前最主要的制氢方式，技术和工业化设备成熟，但是产生CO2等对大气层有害的气体。〔2〕电解水制氢电解水制氢是曾经成熟的一种传统制氢方法，具有产品纯度高和操作简便的特点。制氢能耗为4.2-4.7kW·h/m3H2，电解效率普通只需75％-80％；虽然先进的PEM电解工艺的能耗可降为3.0kW·h/m3H2，但工业化的电解水制氢本钱依然很高。电解水本钱组成在电解水制氢的消费费用构成中，原资料费用占81.9%，设备投资费用占14.1%，操作与管理费用占4.0%。电费占整个电解水制氢消费费用的82%。可再生能源电解水是制得廉价氢气的开展方向传统的天然气重整制氢，本钱约为10$/GJ，随着化石燃料的日益枯竭，重整制氢本钱会相应增大;电解槽和太阳能电池结合运用制氢，制氢本钱为24-41$/GJ；电解槽和风力发电结合运用，制氢本钱为11-20$/GJ,随着风力发电技术的开展,制氢本钱会进一步下降。〔3〕重水提炼重水主要用作核反响堆的慢化剂和冷却剂，用量可达上百吨。重水分解产生的氘是热核燃料，是制氢弹的原料。重水还可做示踪物质。电解水的过程，由于电极电位的不同，是先电解轻水、后电解重水，据此可以获得重水。重水消费方法在天然水中，重水〔DO2〕的含量约占0.015％；重水可以经过电解、蒸馏或以化学方法从普通水中提炼出来；电解法操作简单、可使重水很快浓集，但耗电能太大。？〔4〕以电解H2及CO/CO2为原料的化工合成〔a〕合成氨氢气用量最大的用途是合成氨，世界上约60%的氢是用在合成氨上。(b)制甲烷经过甲烷化可以利用CO2，减少碳排放。(c)制甲醇粉煤纯氧加压气化技术制合成气消费甲醇，合成气中CO多而H2少(H2/CO=0.42，物质的量比)，每吨煤制甲醇放空CO2为1.53吨。假设配入水电解制的H2，满足合成甲醇的H2:CO=2，根本做到CO2零排放。〔d〕一碳化工利用羰基合成反响可以从烯烃消费醛和进一步加氢消费醇〔重要的增塑剂〕。从合成气也可直接或间接合成液体燃料、烯烃和其他重要的含氧化合物〔除了甲醇以外的其他醇、醋酸、醋酐、二甲醚、甲酸、甲酸甲酯等等,经过费托合成可以生生长链有机化合物〕。

Thankyou！新能源利用技术复习大纲1、中国能源利用与国际相比有何特点？2、什么是新能源？包含哪些类型？3、我国太阳能资源分布的特点是什么？4、太阳能主要的利用方式有哪些？5、平板太阳能集热器的集热原理是什么？6、平板太阳能集热器吸热体有哪些类型？什么样的管板结合方式有利于管板间的热传导？7、全玻璃真空管集热器的任务原理是什么？8、热管式真空管集热器的构造和任务原理是什么？9、什么是太阳热水系统？太阳热水系统运转方式有哪些？10、为什么真空管热水器要控制水温不要过高？11、常用的太阳能枯燥系统有哪些？简述其原理和特点。12、太阳能枯燥过程中，影响枯燥速度的主要要素有哪些？13、物料枯燥曲线的定义是什么？枯燥曲线对进展太阳能枯燥作业有什么作用？14、什么是太阳灶？其类型及任务原理是什么？运用太阳灶应留意什么？15、太阳电池的根本原理是什么？如何分类？16、什么是太阳电池组件的热斑效应？17、根据光伏电池I-V曲线，光伏电池的短路电流与哪些要素有关？开路电压与哪些要素有关？18、光伏电池的能源回收期与哪些要素有关？19、太阳能热发电的方式有哪些？简述其特点和任务原理20、独立光伏系统有哪些重要部分组成？各有什么功能？21、什么是被动式太阳房？分为哪几种？简述其原理和特点。22、什么是自动式太阳房？分为哪几种？简述其原理和特点。23、光催化反响的运用方式有哪些？24、影响风能大小的主要要素？风能可以转变为哪些其它方式的能源？25、风力发电是目前风能利用的重要方式，请分别简单绘制出一个垂直轴和程度轴风机，并指出二者的区别和优缺陷。并在程度轴风机的叶片上标示出升力〔L〕和阻力〔D〕。26、为什么如今的程度轴风机大多采用3个叶片？27、生物质能的开发和利用方式有哪些？28、利用生物质能发电有哪些方式？简述其原理29、生物质气化的定义如何？根本任务原理是什么？30、生物质气化燃气中的焦油有哪些特点和危害？如何去除？31、潮汐发电的方式有哪些？简述其任务原理32、海水温差