第八章能源化工新能源

新能源利用技術(shù)王一平教授天津大學(xué)化工學(xué)院2021.6.5第八章能源化工主要內(nèi)容傳統(tǒng)能源化工利用新能源開展能源化工一、傳統(tǒng)能源化工從上世紀(jì)70年代后，隨著我國石油化工的興起，煤化工退居其次，開展緩慢。21世紀(jì)后至今，由于石油供應(yīng)緊張，油價不斷增高，石油化工遭到挑戰(zhàn)，煤化工產(chǎn)業(yè)重新遭到關(guān)注并成為投資熱點，一些大型煤炭液化、煤焦化、煤氣化工程正在規(guī)劃建立當(dāng)中。2005年后，我國焦炭、電石和煤制化肥和甲醇產(chǎn)量居世界首位，成為煤化工產(chǎn)品消費大國。綜合目前能源化工行業(yè)，可分為兩大領(lǐng)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%〕，還有S、N、O及其他微量元素(1～5%)，微量金屬元素有V、Ni、Fe、Cu、As等。石油中的非碳?xì)湓臃Q為雜原子。與國外原油相比，我國原油的含硫低、含氮量高。石油化工〔Petrochemical〕又稱石油化學(xué)工業(yè)，指化學(xué)工業(yè)中以石油為原料消費化學(xué)品的領(lǐng)域，廣義上也包括天然氣化工。第二次世界大戰(zhàn)后，石油化工高速開展，使大量化學(xué)品的消費從傳統(tǒng)的以煤及農(nóng)林產(chǎn)品為原料，轉(zhuǎn)移到以石油及天然氣為原料的根底上來。石油化工已成為化學(xué)工業(yè)中的基干工業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)中占有極重要的位置。石油化工原料主要為來自石油煉制過程產(chǎn)生的各種石油餾分和煉廠氣，以及油田氣、天然氣等。石油餾分(主要是輕質(zhì)油)經(jīng)過烴類裂解、裂解氣分別可制取乙烯、丙烯、丁二烯等烯烴和苯、甲苯、二甲苯等芳烴，芳烴亦可來自石油輕餾分的催化重整。石油輕餾分或天然氣經(jīng)蒸汽轉(zhuǎn)化、重油經(jīng)部分氧化可制取合成氣，進(jìn)而消費合成氨、甲醇等。石油化工范疇

烯烴可消費各種醇、酮、醛、酸類及環(huán)氧化合物等。隨著科學(xué)技術(shù)的開展，烯烴、芳烴經(jīng)加工可消費包括合成樹脂、合成橡膠、合成纖維等高分子產(chǎn)品及一系列精細(xì)化學(xué)品，如外表活性劑、染料等。石油化工消費，普通與石油煉制或天然氣加工結(jié)合，相互提供原料、副產(chǎn)品或半廢品，以提高經(jīng)濟(jì)效益。石油化工的作用〔1〕石油化工目前是能源的主要消費渠道石油煉制過程消費的汽油、煤油、柴油、重油以及天然氣是當(dāng)今世界的主要能源。〔2〕石油化工是資料工業(yè)的支柱之一金屬、無機(jī)非金屬資料和高分子合成資料，被稱為三大資料。全世界石油化工提供的高分子合成資料目前產(chǎn)量約1.45億噸，除合成資料外，石油化工還提供了絕大多數(shù)的有機(jī)化工原料?！?〕石油化工促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的開展石油化工提供的氮肥占化肥總量的80%，農(nóng)用塑料薄膜加上農(nóng)藥的運用以及大量農(nóng)業(yè)機(jī)械所需各類燃料，構(gòu)成了石化工業(yè)援助農(nóng)業(yè)的主力軍。

〔4〕各工業(yè)部門離不開石化產(chǎn)品現(xiàn)代交通工業(yè)的開展與燃料供應(yīng)息息相關(guān)。金屬加工、各類機(jī)械毫無例外需求多種光滑資料及其它配套資料。建材工業(yè)是石化產(chǎn)品的新領(lǐng)域，如塑料型材、門窗、鋪地資料、涂料被稱為化學(xué)建材。輕、紡工業(yè)是石化產(chǎn)品的傳統(tǒng)用戶，新資料、新工藝、新產(chǎn)品的開發(fā)與推行，都有石化產(chǎn)品的身影。當(dāng)前，高速開展的電子工業(yè)以及諸多的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，對石化產(chǎn)品，尤其是以石化產(chǎn)品為原料消費的精細(xì)化工產(chǎn)品提出了新要求。石油化工運用2、煤化工煤是由有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)混合組成的。煤中有機(jī)物質(zhì)主要由碳〔C，82%-93%〕、氫〔H，3.6%-5%〕、氧〔O，1.3%-10%〕、氮〔N，1%-2%〕四種元素構(gòu)成；煤中的無機(jī)物質(zhì)，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。煤是黑色黃金。煤化工是以煤為原料，經(jīng)過化學(xué)加工使其轉(zhuǎn)化為氣體，液體，固體燃料以及其它化學(xué)品的工業(yè)。煤化工包括煤的一次化學(xué)加工、二次化學(xué)加工和深度化學(xué)加工。煤的焦化、氣化、液化，煤的合成氣化工、焦油化工和電石乙炔化工等，都屬于煤化工的范圍。煤化工利用的消費中，煉焦是運用最早的工藝，并且至今依然是煤化學(xué)工業(yè)的重要組成部分。煤氣化用于消費各種燃料氣，是干凈的能源;煤氣化消費的合成氣是合成液體燃料等多種產(chǎn)品的原料。煤直接液化，即煤高壓加氫液化，可以消費人造石油和化學(xué)產(chǎn)品。新一代煤化工技術(shù)是指以煤氣化為龍頭，以一碳化工技術(shù)為根底，合成、制取各種化工產(chǎn)品和燃料油的煤炭干凈利用技術(shù)，與電熱等聯(lián)產(chǎn)可以實現(xiàn)煤炭能源效率最高、有效組分最大程度轉(zhuǎn)化、投資運轉(zhuǎn)本錢最低和全生命周期污染物排放最少的目的。煤化工運用二、利用新能源開展能源化工能源與環(huán)境問題已成為世界開展的主題。石油和煤炭等化石能源逐漸枯竭，傳統(tǒng)能源化工在轉(zhuǎn)化能源與資源時產(chǎn)生嚴(yán)重污染。霧霾天氣，溫室效應(yīng)，酸雨等環(huán)境問題的凸顯。分布式供能系統(tǒng)的利用使得太陽能、風(fēng)能等新能源的運用范圍更加廣泛。新能源，尤其是風(fēng)力和太陽能發(fā)電的本錢在不思索質(zhì)量的情況下曾經(jīng)很低。1、太陽能和風(fēng)能利用發(fā)電運用存儲轉(zhuǎn)化超級電容蓄電池機(jī)械手段化工手段〔能源化工〕抽水蓄能緊縮空氣飛輪磁懸浮制氫并開展下游利用氯堿工業(yè)海水淡化、污水淡化2、關(guān)鍵技術(shù)多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電技術(shù)海水淡化技術(shù)電解制氫技術(shù)3、海水淡化多效蒸發(fā)多級閃蒸反浸透法蒸汽緊縮蒸餾〔1〕多效蒸發(fā)加熱后的海水在多個串聯(lián)的蒸發(fā)器中蒸發(fā)，前一個蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源，并冷凝成為淡水。低溫多效蒸餾熱利用率高，缺陷是鍋垢危害嚴(yán)重、設(shè)備費用較高。〔2〕多級閃蒸多級閃蒸海水淡化是將經(jīng)過加熱的海水，依次在多個壓力逐漸降低的閃蒸室中進(jìn)展蒸發(fā)，將蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化安裝仍以多級閃蒸方法產(chǎn)量最大，技術(shù)最成熟，運轉(zhuǎn)平安性高彈性大，主要與火電站結(jié)合建立，設(shè)備構(gòu)造簡單，費用較低，適宜于大型和超大型淡化安裝。缺陷是鹽水循環(huán)量大、運轉(zhuǎn)費用高。〔3〕反浸透法通常又稱超越濾法，是1953年才開場采用的一種膜分別淡化法。該法是利用只允許溶劑透過、不允許溶質(zhì)透過的半透膜，將海水與淡水分隔開。反浸透法的最大優(yōu)點是節(jié)能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美日等興隆國家先后把開展重點轉(zhuǎn)向反浸透法。受高壓操作和半透膜性能的限制，單個淡化器產(chǎn)量不能太大和原水濃度不宜過高。原水利用率只需75-80%；對水的預(yù)處置要求高，膜需求定期清理，膜本錢高。〔4〕蒸汽緊縮蒸餾蒸汽緊縮蒸餾海水淡化技術(shù)，是海水預(yù)熱后，進(jìn)入蒸發(fā)器并在蒸發(fā)器內(nèi)部分蒸發(fā)。所產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)緊縮機(jī)緊縮提高壓力后引入到蒸發(fā)器的加熱側(cè)。蒸汽冷凝后作為產(chǎn)品水引出，如此實現(xiàn)熱能的循環(huán)利用。除了開工之初需輔助熱源產(chǎn)生蒸汽作為起動外，不需求外部熱源，熱利用率高。利用可再生能源為緊縮機(jī)提供電力，可大大降低本錢。4、電解制氫〔1〕傳統(tǒng)制氫氫氣廣泛用于工業(yè)過程中，如石油、化工、冶金、醫(yī)藥、航天等，其中用量最大的石油化工工業(yè)；從化石能源為原料制氫是目前最主要的制氫方式，技術(shù)和工業(yè)化設(shè)備成熟，但是產(chǎn)生CO2等對大氣層有害的氣體?！?〕電解水制氫電解水制氫是曾經(jīng)成熟的一種傳統(tǒng)制氫方法，具有產(chǎn)品純度高和操作簡便的特點。制氫能耗為4.2-4.7kW·h/m3H2，電解效率普通只需75％-80％；雖然先進(jìn)的PEM電解工藝的能耗可降為3.0kW·h/m3H2，但工業(yè)化的電解水制氫本錢依然很高。電解水本錢組成在電解水制氫的消費費用構(gòu)成中，原資料費用占81.9%，設(shè)備投資費用占14.1%，操作與管理費用占4.0%。電費占整個電解水制氫消費費用的82%。可再生能源電解水是制得廉價氫氣的開展方向傳統(tǒng)的天然氣重整制氫，本錢約為10$/GJ，隨著化石燃料的日益枯竭，重整制氫本錢會相應(yīng)增大;電解槽和太陽能電池結(jié)合運用制氫，制氫本錢為24-41$/GJ；電解槽和風(fēng)力發(fā)電結(jié)合運用，制氫本錢為11-20$/GJ,隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的開展,制氫本錢會進(jìn)一步下降?！?〕重水提煉重水主要用作核反響堆的慢化劑和冷卻劑，用量可達(dá)上百噸。重水分解產(chǎn)生的氘是熱核燃料，是制氫彈的原料。重水還可做示蹤物質(zhì)。電解水的過程，由于電極電位的不同，是先電解輕水、后電解重水，據(jù)此可以獲得重水。重水消費方法在天然水中，重水〔DO2〕的含量約占0.015％；重水可以經(jīng)過電解、蒸餾或以化學(xué)方法從普通水中提煉出來；電解法操作簡單、可使重水很快濃集，但耗電能太大。？〔4〕以電解H2及CO/CO2為原料的化工合成〔a〕合成氨氫氣用量最大的用途是合成氨，世界上約60%的氫是用在合成氨上。(b)制甲烷經(jīng)過甲烷化可以利用CO2，減少碳排放。(c)制甲醇粉煤純氧加壓氣化技術(shù)制合成氣消費甲醇，合成氣中CO多而H2少(H2/CO=0.42，物質(zhì)的量比)，每噸煤制甲醇放空CO2為1.53噸。假設(shè)配入水電解制的H2，滿足合成甲醇的H2:CO=2，根本做到CO2零排放?！瞕〕一碳化工利用羰基合成反響可以從烯烴消費醛和進(jìn)一步加氫消費醇〔重要的增塑劑〕。從合成氣也可直接或間接合成液體燃料、烯烴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,經(jīng)過費托合成可以生生長鏈有機(jī)化合物〕。

Thankyou！新能源利用技術(shù)復(fù)習(xí)大綱1、中國能源利用與國際相比有何特點？2、什么是新能源？包含哪些類型？3、我國太陽能資源分布的特點是什么？4、太陽能主要的利用方式有哪些？5、平板太陽能集熱器的集熱原理是什么？6、平板太陽能集熱器吸熱體有哪些類型？什么樣的管板結(jié)合方式有利于管板間的熱傳導(dǎo)？7、全玻璃真空管集熱器的任務(wù)原理是什么？8、熱管式真空管集熱器的構(gòu)造和任務(wù)原理是什么？9、什么是太陽熱水系統(tǒng)？太陽熱水系統(tǒng)運轉(zhuǎn)方式有哪些？10、為什么真空管熱水器要控制水溫不要過高？11、常用的太陽能枯燥系統(tǒng)有哪些？簡述其原理和特點。12、太陽能枯燥過程中，影響枯燥速度的主要要素有哪些？13、物料枯燥曲線的定義是什么？枯燥曲線對進(jìn)展太陽能枯燥作業(yè)有什么作用？14、什么是太陽灶？其類型及任務(wù)原理是什么？運用太陽灶應(yīng)留意什么？15、太陽電池的根本原理是什么？如何分類？16、什么是太陽電池組件的熱斑效應(yīng)？17、根據(jù)光伏電池I-V曲線，光伏電池的短路電流與哪些要素有關(guān)？開路電壓與哪些要素有關(guān)？18、光伏電池的能源回收期與哪些要素有關(guān)？19、太陽能熱發(fā)電的方式有哪些？簡述其特點和任務(wù)原理20、獨立光伏系統(tǒng)有哪些重要部分組成？各有什么功能？21、什么是被動式太陽房？分為哪幾種？簡述其原理和特點。22、什么是自動式太陽房？分為哪幾種？簡述其原理和特點。23、光催化反響的運用方式有哪些？24、影響風(fēng)能大小的主要要素？風(fēng)能可以轉(zhuǎn)變?yōu)槟男┢渌绞降哪茉矗?5、風(fēng)力發(fā)電是目前風(fēng)能利用的重要方式，請分別簡單繪制出一個垂直軸和程度軸風(fēng)機(jī)，并指出二者的區(qū)別和優(yōu)缺陷。并在程度軸風(fēng)機(jī)的葉片上標(biāo)示出升力〔L〕和阻力〔D〕。26、為什么如今的程度軸風(fēng)機(jī)大多采用3個葉片？27、生物質(zhì)能的開發(fā)和利用方式有哪些？28、利用生物質(zhì)能發(fā)電有哪些方式？簡述其原理29、生物質(zhì)氣化的定義如何？根本任務(wù)原理是什么？30、生物質(zhì)氣化燃?xì)庵械慕褂陀心男┨攸c和危害？如何去除？31、潮汐發(fā)電的方式有哪些？簡述其任務(wù)原理32、海水溫差