化工节能原理与技术课件-XXXX09

化工节能原理与技术主要内容•第一章绪论•第二章能源及能源利用现状•第三章节能的热力学基础•第四章流体输送过程的节能•第五章传热过程的节能•第六章传质分离过程的节能•第七章热泵节能技术•第八章化学反应过程节能•第九章系统节能——夹点技术简介主要参考书•1.冯霄，王彧斐编著.化工节能原理与技术（第四版.），北京:化学工业出版社，2015.•2.雷志刚，代成娜编著，化工节能原理与技术，北京：化工出版社，2012.•3.孙伟民编著.化工节能技术，北京：化工出版社，2010.•4.黄素逸，王晓墨编.能源与节能技术（2nd.）,北京：中国电子出版社，2008.•5.范文元主编.化工单元操作节能技术，安徽：安徽科技出版社，2000第一章绪论•1.1能源概念--------------概念掌握•1.2能源与发展-----------关系紧密•1.3能源形势-----------------严峻•1.4节能意义-----------重大------可持续发展1.1能源概念1.能源-EnergySource：?能够为人类提供某种形式能量（机械能、热能、电能、化学能等）的自然资源及其转化物。或者说是能量的来源称为能源。如太阳能、风能、化石燃料、水力等。2.能源形式：太阳能风能水能生物质能地热能潮汐能核能（煤、气、油）矿物质能源、电能、氢能等1.2能源与发展从日常生活中必需的电、煤、气、自来水等的供应，到交通运输、通信等现代社会的一切活动都离不开它。能源为人类的生产和生活提供各种能力和动力的物质资源，是国民经济的重要物质基础。能源的开发和有效利用程度以及人均消费量是生产技术和生活水平的重要标志。能源、材料、信息是人类发展的三大支柱产业。•能源科学技术的每一次重大突破，都引起生产技术的革命，化学(工)在能源的研究和利用过程中扮演重要角色。2.人类文明与能源利用•瓦特(JamesWatt1736~1819年)发明蒸汽机(1769年专利)•蒸汽机作为动力的纺织机械诞生于18世纪，但蒸汽机作为船舶和机车的动力而普及直至19世纪。•19世纪中叶雷诺(EtienneLenoirl822—1900年)发明了燃气发动机•19世纪中叶又发明了内燃机，从而开发出了汽车•在1903年由汽车工人莱特兄弟制造的发动机动力飞机试飞成功•20世纪初，通过火力发电和水力发电生产的大量电能，再通过输配电网络，使各种各样的用电产业获得惊人的进步和发展•在20世纪50年代到70年代间，从煤炭文明到石油文明的能源革命•20世纪90年代，开始使用使用液化天然气和液化石油气作为汽车用燃料1.3能源形势1.全球能源危机有关资料显示：目前在世界初级能源的产量和消费中，居第一位的是石油，其次是煤炭、天然气。有关资料还显示：石油、煤炭、天然气等常规化石能源的储量日益减少，在可预见的不长时间内将被消耗殆尽，全球面临着严重的能源危机。如果新的替代能源没有届时被发现，人类的生存面临严重挑战！2.能源竞争•能源是国民经济的命脉，是影响各国领导人战略决策的重要因素，是许多国家制定全球战略的首要问题。•近20年来，世界上发生的许多危机、冲突都是围绕争夺能源引发的（如两伊战争，前苏联出兵阿富汗，海湾战争，科索沃战争，美国推翻塔利班，伊拉克战争等）。•美国、俄罗斯、日本、欧盟、中国等许多国家针对中东、里海等石油资源展开了激烈的较量和错综复杂的斗争。3.中国面临“贫血”的威胁•我国煤炭储量居世界第3位，人均为世界平均水平的50%；•我国石油储量居世界第6位，人均为世界平均水平的17%；人均石油产量与消费量占世界平均水平的21%~22%；•我国天然气储量居世界第16位，人均为世界平均水平的10%。•目前我国人年均能源消耗是1000公斤标准煤，美国是11000公斤，英、德、法等国家为5000~6000公斤；•2030年以后，我国人年均能源消耗是2000~3000公斤标准煤，人口达15亿以上。解决我国及世界能源危机的途径：一是节约使用能源；二是加强新能源技术的研究、开发和利用，不断扩大利用新能源的比重。4.中国能源现状1949年新中国成立时，全国一次能源的生产总量仅为2374万t标准煤，居世界第10位。•2004年中国一次能源生产量达到18.45亿吨标准煤，全年能源消费总量19.7亿吨标准煤，是世界上第二大能源消费国和能源生产国。•煤炭：2004年煤炭产量达到19.56亿吨（第一），同比增长17.3%，其中用于发电9.8亿吨左右；•从1996年开始，我国由原油出口国变成原油进口国；2000年我国进口石油占消耗量的20%；•美日等发达国家都建立了战略石油储备制度，可提供3~6个月的石油供应；我国没有战略石油储备。2009年以来，我国已成为世界能源生产和消费最大的国家。据国家统计局统计数据分析，我国2012年能源消费总量为36.2亿tce，其中煤炭占67.4％，石油19.0％，天然气5.3％。水能、核能、风能等非化石能源约占8％。另据BP统计数据显示，2012年我国除水能以外的可再生能源(如风能、太阳能、生物质能等)消费总量只占1.7％。近年来，虽然可再生能源得到了较快的发展，但我国的能源消费结构几乎没有改变。解决我国及世界能源危机的途径：一是节约使用能源；二是加强新能源技术的研究、开发和利用，不断扩大利用新能源的比重。5.中国能源存在的问题（1）人均能耗低（2）人均能源资源不足（3）能源效率低（4）以煤为主的能源结构亟待调整1）大量燃煤严重污染环境2）大量用煤导致能源效率低下3）交通运输压力巨大4）能源供应安全问题提到议事日程上来6.我国能源工业面临的问题•环境污染严重；•能源建设周期长，耗能多；•能源价格未能反映其经济成本和能源资源的稀缺性；•能源工业装备落后。7.解决我国能源问题的措施努力改善能源结构；提高能源利用率；加速实施洁净煤技术；合理利用石油和天然气；加快电力发展速度；积极开发利用新能源；建立合理的农村能源结构，扭转农村严重缺能局面；改善城市民用能源结构，提高居民生活质量；重视能源的环境保护。中国能源可持续发展的对策三个手段：•加强政府的宏观决策和行政管理•运用市场机制的调节作用•利用经济增长的机遇1.4节能意义什么是节能？节能就是应用技术上可行、经济上合理、环境和社会可以接受的方法来有效地利用能源。所以，节能并不简单地意味着少用能源，其实质是充分有效地发挥能源的作用，使同样数量的能源，可以提供更多的有效能，从而生产出更多、更好的产品，创造出更多的产值和利润。化学工业有一个重要的特点，就是煤、石油、天然气等既是化学工业的能源、又是化学工业的原料，该两项加起来占产品成本25~40％，在氮肥行业达70~80％。因此广义的化学工业是工业部门中的第一用能大户。这一特点使得节能工作在化学工业中有着极为重要的意义。1.我国的节能政策现况党中央、国务院高度重视节能工作：胡锦涛总书记、温家宝总理多次就节约能源资源工作做出重要指示。国家对节能工作的定位：党的十六届五中全会提出把节约资源作为基本国策。确定国家节能指标：“十一五”规划《纲要》把“十一五”时期单位GDP能耗降低20％左右作为约束性指标。国家“十二五”工业节能规划2.节能的意义•降低成本•合理利用资源，可减缓能源耗竭速度•降低污染物排放，利于环境保护•降低温室气体排放3.节能的途径•结构节能：•管理节能：•技术节能：第二章能源及能源利用现状•2.1能量与能源•2.2能源分类•2.3能量转换过程及转换设备或系统•2.4传统能源技术进展•2.5可再生能源的开发•2.6蓄能和换能技术•★可再生能源开发利用情况2.1能量与能源•能量——宇宙间一切运动着的物体，都有能量的存在和转化，人类一切活动都与能量及其使用紧密相关。•所谓能量，也就是“产生某种效果（变化）的能力”。反过来说，产生某种效果（变化）必然要伴随能量的消耗和转换。人类所认识的六种能量形式•机械能•热能•电能•辐射能•化学能•核能2.2能源分类能源是指人类用来获取能量的自然资源2.2.1.按来源不同可把能源分为三类（1）来自地球以外天体的能量（包括直接的太阳辐射能外，还包括间接来自太阳能能源，如化石能源、生物能、水能、风能、海洋能等）；•（2）地球的本身蕴藏的能量资源（如地热能等）•（3）地球与其他天体相互作用而产生的能量（如潮汐能等）2.2.2按形成条件不同，可把能源分为两类•（1）一次能源，指天然存在的、可直接利用的（如原煤、原油、天然气、水力、太阳能等）•（2）二次能源，在一次能源基础上加工而成的（如电力、汽油、煤气、沼气、氢气等）2.2.3按能否反复利用，把能源(一次)分为两类•（1）再生能源（如太阳能、风能、水力等）；•（2）非再生能源（煤炭、石油、天然气等）。2.2.4按开发使用的程度，可把能源分为两类•常规能源，指已被广泛利用的能源；•新能源，指未被广泛利用、正在研究开发、有待推广的能源。（辩证地看）2.2.5按能源本身的性质分•含能体能源（燃料能源），如石油、煤、天然气、地热、氢等，它们可以直接储存；•过程性能源（非燃料能源），它们无法直接储存，如风能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆发、雷电、电磁能和一般热能等。2.2.6按对环境的污染分•清洁能源，即对环境无污染或污染很小的能源，如太阳能、水能、海洋能等；•非清洁能源，即对环境污染较大的能源，如煤、石油等。2.3能量转换过程及转换设备或系统能量的转换广义地说，能量转换应包含三项内容：•能量的形态转换，即通常所谓的能量转换；•能量的空间转换，即能量的传输；•能量的时间转换，即能量的储存。2.3.1热能的产生燃料燃烧核能转换太阳能转换地热电能转换2.3.2机械能的获取机械能化学能2.3.3电能的生产电能辐射能化学能差磁流体发电、热电偶温热电转换磁流体发电热电偶温差发电热电子发电2.4传统能源技术进展传统能源主要是化石燃料，按埋藏的能量的数量的顺序分有煤炭类、石油、油页岩、天然气和油砂。•中文名称：–油页岩oilshale;kerogenshale•其他名称：–油母页岩•定义1：–灰分高于50%的腐泥型固体可燃矿产。•应用学科：–电力（一级学科）；燃料（二级学科）•定义2：–灰分高于50%的腐泥型固体可燃矿产。•应用学科：–煤炭科技（一级学科）；煤田地质与勘探（二级学科）；成煤作用（三级学科）•定义3：–是一种含有碳氢化合物的可燃泥质岩，经过加工可以提炼出以液态碳氢化合物为主要成分的人造石油。•应用学科：–资源科技（一级学科）；能源资源学（二级学科）2.4.1煤的转化•洁净煤技术：有两条途径，即一是先进燃烧和污染处理，二是气化和液化煤，将煤转化为含一氧化碳和氢的“合成气”：•（1）煤炭液化——对固体煤炭经过化学加工，使它转化为烃类；或把煤气合成为烃类（或醇类），转为液态。•（2）煤炭气化——以煤炭作为原料，控制氧化程度，使煤炭转化成为一氧化碳、氢和甲烷等可燃性气体。2.4.2石油的精炼石油经过精制后可得到汽油、煤油、柴油和重油。目的1：是从复杂的原油中提取粘度较小的能充分燃烧的烃类。其中辛烷最好，因此汽油常根据辛烷值来标号。目的2：就是把不好的分子转变为好的分子。如长链烷烃容易引起汽缸爆震。精炼方法一般是先根据不同沸点把不同成分分离开，然后除硫再向高辛烷转变。2.4.3天然气液化天然气是埋藏在地层深处的一种富含碳氢化合物的可燃气体。主要成分是甲烷，其次是乙烷、丙烷、丁烷和其他重质气态烃类。天然气是理想的气体燃料，但难以长途运输和妥善贮存。为解决这些问题，把气态天然气变成液态天然气。但液态天然气的制造成本高，而且不能直接用作燃料，还得使它蒸发变为气态，增加能耗。为了更经济合理，利用天然气作原料合成甲醇。甲醇性能稳定，象石油一样能直接当作燃料，使用时不污染环境，便于运输和贮存。2.4.4能源系统能源系统指把全社会的能源利用看成一个系统，加以控制和平衡。包括热电联合系统，集中供热系统，综合用热系统，低温余热利用系统，总能系统等。如在市中心建立一些