【正文】 化工 能源與節(jié)能技術(shù)化學(xué)與材料工程系主要內(nèi)容? 第一章 緒論? 第二章 能源及能源利用現(xiàn)狀? 第三章 節(jié)能的熱力學(xué)基礎(chǔ)? 第四章 流體輸送過(guò)程設(shè)備的節(jié)能? 第五章 傳熱過(guò)程的節(jié)能? 第六章 分離過(guò)程的節(jié)能? 第七章 制冷與熱泵節(jié)能? 第八章 反應(yīng)節(jié)能? 第九章 系統(tǒng)節(jié)能第二章 能源及能源利用現(xiàn)狀? 能量與能源? 能源分類(lèi)? ? ? 可再生能源的開(kāi)發(fā)? 蓄能和換能技術(shù)? ★ 可再生能源開(kāi)發(fā)利用情況能量與能源? 能量 —— 宇宙間一切運(yùn)動(dòng)著的物體，都有能量的 存在和轉(zhuǎn)化 ，人類(lèi)一切活動(dòng)都與能量及其使用緊密相關(guān)。? 所謂能量，也就是 “產(chǎn)生某種效果（變 化）的能力 ”。反過(guò)來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生某種效果（變化）必然要伴隨能量的消耗和轉(zhuǎn)換。人類(lèi)所認(rèn)識(shí)的六種能量形式? 機(jī)械能? 熱能? 電能? 輻射能? 化學(xué)能? 核能1.機(jī)械能? 包括固體和流體的動(dòng)能、勢(shì)能、彈性能及表面張力能等。? 動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱(chēng)為宏觀機(jī)械能 —— 人類(lèi)認(rèn)識(shí)最早的能量。2.熱能? 構(gòu)成物體的微觀分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能表現(xiàn)為熱能。它的宏觀表現(xiàn)是溫度的高低，反映了分子運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度。? 地球上最大的熱能資源應(yīng)為地?zé)崮堋?.電能? 它和電子流動(dòng)與積累有關(guān)，通常由電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化而來(lái)，或通過(guò)發(fā)電機(jī)由機(jī)械能轉(zhuǎn)換得到。? 反之，電能也可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 —— 電做功。? 在自然界中，還有雷電等電能。4.輻射能? 即物體以電磁波形式發(fā)射的能量。如太陽(yáng)能，太陽(yáng)是最大的輻射源。5.化學(xué)能? 它是物質(zhì)結(jié)構(gòu)能的一種，即原子核外進(jìn)行化學(xué)變化時(shí)放出的能量。? 按化學(xué)熱力學(xué)定義，物質(zhì)或物系在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中以熱能形式釋放的內(nèi)能，稱(chēng)為化學(xué)能。? 利用最普遍的化學(xué)能是燃燒碳和氫。6. 核能它是蘊(yùn)藏在原子核內(nèi)部的物質(zhì)結(jié)構(gòu)能。核反應(yīng)有兩種：? 核裂變反應(yīng) 23592U+10n → 14456Ba + 8956Kr + 310n 23592U+10n → 14054Xe+9438Sr+210n ΔH=10 10 J/g 相當(dāng)于煤的 250萬(wàn)倍。原子彈工作原理：讓裂變能量不斷積累，最后在瞬間釀成重大的爆炸。核聚變反應(yīng)? 21H + 31H → 42He ΔH=10 11J/g，相當(dāng)煤的 1000萬(wàn)倍。? 優(yōu)點(diǎn)：? A、聚變產(chǎn)物是穩(wěn)定的氦核，無(wú)放射性污染，沒(méi)有難處理的廢料；? B、氘資源豐富，海水中氘：氫＝ 10 － 14。? 核聚變發(fā)電困難：? A、聚變反應(yīng)需要非常高溫度（ 109℃ 如何 “點(diǎn)火 ” ？ 氫彈用一個(gè)小的原子彈作引爆裝置，產(chǎn)生瞬間高溫?？紤]化學(xué)激光 ）? B、 如何約束 ：用什么材料制造反應(yīng)器？考慮耐火陶瓷。? 探索 21H + 63Li → 2 42He （溫度低些的聚變反應(yīng)，處于實(shí)驗(yàn)室初探階段） 能源分類(lèi)能源是指人類(lèi)用來(lái)獲取能量的自然資源1.按來(lái)源不同可把能源分為三類(lèi)（ 1）來(lái)自地球以外天體的能量（包括直接的太陽(yáng)輻射能外，還包括間接來(lái)自太陽(yáng)能能源，如化石能源、生物能、水能、風(fēng)能、海洋能等）；? （ 2）地球的本身蘊(yùn)藏的能量資源（如地?zé)崮艿龋? （ 3）地球與其他天體相互作用而產(chǎn)生的能量（如潮汐能等）2. 按形成條件不同，可把能源分為兩類(lèi)? （ 1）一次能源，指天然存在的、可直接利用的（如原煤、原油、天然氣、水力、太陽(yáng)能等）? （ 2）二次能源，在一次能源基礎(chǔ)上加工而成的（如電力、汽油、煤氣、沼氣、氫氣等）3. 按能否反復(fù)利用，可把能源 (一次 )分為兩類(lèi)? （ 1）再生能源（如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水力等）；? （ 2）非再生能源（煤炭、石油、天然氣等）。4. 按開(kāi)發(fā)使用的程度不同，可把能源分為兩類(lèi)? 常規(guī)能源，指已被廣泛利用的能源；? 新能源，指未被廣泛利用、正在研究開(kāi)發(fā)、有待推廣的能源。 （辯證地看）? 含能體能源含能體能源 （燃料能源），如石油、煤、天然氣、地?zé)?、氫等，它們可以直接?chǔ)存；? 過(guò)程性能源過(guò)程性能源 （ 非燃料能源），它們無(wú)法直接儲(chǔ)存，如風(fēng)能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆發(fā)、雷電、電磁能和一般熱能等。? 清潔能源清潔能源 ， 即對(duì)環(huán)境無(wú)污染或污染很小的能源，如太陽(yáng)能、水能、海洋能等；? 非清潔能源非清潔能源 ， 即對(duì)環(huán)境污染較大的能源，如煤、石油等。23 能量轉(zhuǎn)換過(guò)程及轉(zhuǎn)換設(shè)備或系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)換 廣義地說(shuō)，能量轉(zhuǎn)換應(yīng)包含三項(xiàng)內(nèi)容：? 能量的 形態(tài)形態(tài) 轉(zhuǎn)換，即通常所謂的能量轉(zhuǎn)換；? 能量的 空間空間 轉(zhuǎn)換，即能量的傳輸；? 能量的 時(shí)間時(shí)間 轉(zhuǎn)換，即能量的儲(chǔ)存。能量的轉(zhuǎn)換能量的轉(zhuǎn)換能源 能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程 轉(zhuǎn)換機(jī)械或系統(tǒng)石油、煤炭、天然氣等礦物燃料氫和酒精等二次能源化學(xué)能 熱能化學(xué)能 熱能 機(jī)械能化學(xué)能 熱能 機(jī)械能 電能化學(xué)能 電能 熱能化學(xué)能 電能爐子、燃燒器各種熱力發(fā)動(dòng)機(jī)熱機(jī)、發(fā)電機(jī)，磁流體發(fā)電， EGD發(fā)電（壓電效應(yīng)）熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電燃料電池能源 能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程 轉(zhuǎn)換機(jī)械或系統(tǒng)水力、風(fēng)力、潮汐、海流、波浪 太陽(yáng)能機(jī)械能 機(jī)械能機(jī)械能 機(jī)械能 電能光能 熱能光能 熱能 機(jī)械能 電能光能 熱能 電能光能 電能光能 化學(xué)能光能 生物能電磁波 電能水車(chē)、風(fēng)車(chē)。水輪機(jī) ——發(fā)電機(jī)，波力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、海流發(fā)電熱水器，采暖、制冷、光化學(xué)反應(yīng)，太陽(yáng)灶太陽(yáng)熱發(fā)動(dòng)機(jī)太陽(yáng)熱發(fā)電熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池、光化學(xué)電池光化學(xué)反應(yīng)（水分解）光合成能源 能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程 轉(zhuǎn)換機(jī)械或系統(tǒng)核能核分裂 熱能 機(jī)械能 電能核分裂 熱能核分裂 熱能 電能核分裂 電磁能 電能核聚變 熱能 機(jī)械能 電能電能 光（激光） 熱能電能 熱能 聚變 核發(fā)電，磁流體發(fā)電核能煉鋼熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池核聚變發(fā)電 燃料燃燒 核能轉(zhuǎn)換 太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換 地?zé)?電能轉(zhuǎn)換燃燒設(shè)備燃燒設(shè)備燃燒設(shè)備鍋爐工業(yè)爐窯化學(xué)能 熱能熱機(jī)轉(zhuǎn)換熱機(jī)效率內(nèi)燃機(jī) —— 往復(fù)運(yùn)動(dòng)熱機(jī)燃?xì)廨啓C(jī) —— 外燃式熱機(jī)蒸汽輪機(jī) —— 將蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的熱機(jī)燃燒室發(fā)電機(jī)燃料空氣 廢氣電機(jī)轉(zhuǎn)換機(jī)電轉(zhuǎn)換? 電動(dòng)機(jī)? 發(fā)電機(jī)熱電轉(zhuǎn)換? 磁流體發(fā)電? 熱電偶溫差發(fā)電? 熱電子發(fā)電電池燃料電池燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過(guò)電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。用于電動(dòng)自行車(chē)的金屬儲(chǔ)氫裝置 傳統(tǒng)能源技術(shù)進(jìn)展傳統(tǒng)能源技術(shù)進(jìn)展 傳統(tǒng)能源主要是化石燃料，按埋藏的能傳統(tǒng)能源主要是化石燃料，按埋藏的能量的數(shù)量的順序分有煤炭類(lèi)、石油、油頁(yè)巖量的數(shù)量的順序分有煤炭類(lèi)、石油、油頁(yè)巖、天然氣和油砂。、天然氣和油砂。 1. 煤的轉(zhuǎn)化? 潔煤技術(shù)潔煤技術(shù) ：有兩條途徑，即一是先進(jìn)燃燒和污染：有兩條途徑，即一是先進(jìn)燃燒和污染處理，二是氣化和液化煤，將煤轉(zhuǎn)化為含一氧化處理，二是氣化和液化煤，將煤轉(zhuǎn)化為含一氧化碳和氫的碳和氫的 “合成氣合成氣 ”。? （（ 1）） 煤炭液化煤炭液化 —— —— 對(duì)固體煤炭經(jīng)過(guò)化學(xué)加工，使它對(duì)固體煤炭經(jīng)過(guò)化學(xué)加工，使它轉(zhuǎn)化為烴類(lèi)；或把煤氣合成為烴類(lèi)（或醇類(lèi)），轉(zhuǎn)為液態(tài)轉(zhuǎn)化為烴類(lèi)；或把煤氣合成為烴類(lèi)（或醇類(lèi)），轉(zhuǎn)為液態(tài)。? （（ 2）） 煤炭氣化煤炭氣化 —— —— 以煤炭作為原料，控制氧化程度以煤炭作為原料，控制氧化程度，使煤炭轉(zhuǎn)化成為一氧化碳、氫和甲烷等可燃性氣體。，使煤炭轉(zhuǎn)化成為一氧化碳、氫和甲烷等可燃性氣體。 火力發(fā)電生產(chǎn)流程示意圖火電廠外景加壓氣化法城市煤氣生 石油經(jīng)過(guò)精制后可得到石油經(jīng)過(guò)精制后可得到 汽油汽油 、 煤油煤油 、 柴油柴油 和和 重油重油 。 目的目的 1：： 是從復(fù)雜的原油中提取粘度較小的是從復(fù)雜的原油中提取粘度較小的能充分燃燒的烴類(lèi)。其中能充分燃燒的烴類(lèi)。其中 辛烷辛烷 最好，因此汽油最好，因此汽油常根據(jù)辛烷值來(lái)標(biāo)號(hào)。常根據(jù)辛烷值來(lái)標(biāo)號(hào)。 目的目的 2：： 就是把不好的分子轉(zhuǎn)變?yōu)楹玫姆肿泳褪前巡缓玫姆肿愚D(zhuǎn)變?yōu)楹玫姆肿印Ｈ玳L(zhǎng)鏈烷烴容易引起汽缸爆震。精煉方法一。如長(zhǎng)鏈烷烴容易引起汽缸爆震。精煉方法一般是先根據(jù)不同沸點(diǎn)把不同成分分離開(kāi)，然后般是先根據(jù)不同沸點(diǎn)把不同成分分離開(kāi)，然后除硫再向高辛烷轉(zhuǎn)變。除硫再向高辛烷轉(zhuǎn)變。 3. 天然氣液化天然氣液化 天然氣是埋藏在地層深處的一種富含碳?xì)浠咸烊粴馐锹癫卦诘貙由钐幍囊环N富含碳?xì)浠衔锏目扇細(xì)怏w。物的可燃?xì)怏w。 主要成分是主要成分是 甲烷甲烷 ，其次是，其次是 乙烷乙烷 、 丙烷丙烷 、 丁丁烷烷 和其他重質(zhì)氣態(tài)烴類(lèi)。和其他重質(zhì)氣態(tài)烴類(lèi)。天然氣是理想的氣體燃料，但難以長(zhǎng)途運(yùn)輸和天然氣是理想的氣體燃料，但難以長(zhǎng)途運(yùn)輸和妥善貯存。為解決這些問(wèn)題，把氣態(tài)天然氣變成液妥善貯存。為解決這些問(wèn)題，把氣態(tài)天然氣變成液態(tài)天然氣。但液態(tài)天然氣的制造成本高，而且不能態(tài)天然氣。但液態(tài)天然氣的制造成本高，而且不能直接用作燃料，還得使它蒸發(fā)變?yōu)闅鈶B(tài)，增加能耗直接用作燃料，還得使它蒸發(fā)變?yōu)闅鈶B(tài)，增加能耗。為了更經(jīng)濟(jì)合理，利用天然氣作原料合成。為了更經(jīng)濟(jì)合理，利用天然氣作原料合成 甲醇甲醇 。甲醇性能穩(wěn)定，象石油一樣能直接當(dāng)作燃料，使用甲醇性能穩(wěn)定，象石油一樣能直接當(dāng)作燃料，使用時(shí)不污染環(huán)境，便于運(yùn)輸和貯存。時(shí)不污染環(huán)境，便于運(yùn)輸和貯存。 天然氣熱裂解制乙炔爐能源系統(tǒng)能源系統(tǒng) 能源系統(tǒng)指把全社會(huì)的能源利用看成一能源系統(tǒng)指把全社會(huì)的能源利用看成一個(gè)系統(tǒng)，加以控制和平衡。包括熱電聯(lián)合系個(gè)系統(tǒng)，加以控制和平衡。包括熱電聯(lián)合系統(tǒng)，集中供熱系統(tǒng)，綜合用熱系統(tǒng)，低溫余統(tǒng)，集中供熱系