新能源化工技术

发展新能源是实现“碳中和”战略目标的必由之路。本文首先勾画出可再生能源转换利用基本途径,指出新能源化工技术研究的理论基础是电化学工程、光化学工程、生物化学工程、分子化学工程、系统工程和人工智能等;其次,以可再生能源制氢、燃料电池发电与化学品共生、太阳能转换过程为例,阐明可再生能源资源转换中的化工问题;第三,通过对锂离子电池和钠离子电池中多元过渡金属氧化物正极材料及其电极制备过程开发,揭示电化学储能材料与器件制造过程工程特性;第四,介绍了化工系统工程和人工智能在电池状态预测模型构建、综合能源系统管理、光-储-充系统集成与优化运行中的应用。最后,根据各种案例分析,归纳出新能源化工研究的本质是将新能源转换与储存中涉及的“生物/光/电化学反应”,从实验室放大到规模化生产装置,阐明反应中的传质、传热和传荷机理及其反应工程特性。对未来新能源化工技术研发,从“共性科学问题”和“关键技术”两个层面提出了若干研究方向以供参考。     

“生物质能源转化技术”课程教学模式探究

生物质能源因其资源丰富、可再生、低污染等优点,使得其在人类生活和社会活动中的价值不断提高。开发利用生物质能源成为保障国家能源安全的一条重要途径,而目前我国在新能源应用技术专业方面尤其是生物质能利用方向的人才缺口问题已逐步显现,本文以《生物质能源转化技术》课程为例,对高职类院校相关课程教学模式与教学现状进行分析研究,为建设新型的新能源应用类课程教学模式提供参考。     

生物质气化技术应用现状及发展前景

生物质能作为清洁可再生能源,可缓解能源紧缺问题、环境污染问题和“三农”问题等国家重大战略问题,国内外关注生物质气化技术的研究和开发,并取得了较大的进展。本文在分析总结生物质气化技术国内外应用现状的基础上,指出了今后生物质气化技术发展面临的机遇和挑战。     

适应季节性氨需求的可再生能源合成氨系统优化设计

可再生能源合成氨技术不但有利于解决传统合成氨工业高能耗高排放的问题,还为可再生能源的存储和消纳提供新途径。从氨的季节性需求特性出发,构建了可再生能源合成氨系统的优化设计模型,确定了系统的最优配置及其操作方案,阐明了氨的季节性需求对可再生能源合成氨系统设计和操作的影响特性。研究表明：与将氨作为储能介质的场景相比,在将氨作为氮肥原料,考虑其季节性需求时,所需可再生能源合成氨系统的规模显著增大,使得单位合成氨的成本增加约21%;化工生产单元和储罐的负荷也随着氨的季节性需求变化呈现出不同程度的淡季和旺季;在两种应用场景下,系统中电池储能单元的操作都主要由下游的化工生产单元决定,且储能电池单元的主要作用在于平抑可再生能源波动以保证化工生产单元在可再生能源不足时的持续稳定运行并维持其低负荷运行。     

企业公用工程系统节能减排的发展现状

炼油化工企业的公用工程系统因处于总能量转化地位,其效率高低成为企业能耗高低的重要关键之一。本文就公用工程系统节能减排国内外发展概况进行了综述。首先从热电联产系统的节能减排入手,考察了信息技术在公用工程系统节能减排中的应用进展,最后讨论了近年来低碳发展对公用工程系统的挑战。     

国内外生物质能开发利用的研究进展

生物质能源是可再生能源的重要组成部分。介绍了生物质及生物质能,对目前生物质能的利用技术现状作了系统介绍,并对生物质能在中国的发展现状进行总结。     

绿色化工技术在化工工程工艺中的应用

化工工程的应用范围正在不断扩大,然而,传统的化工生产过程往往会产生大量废弃物,造成严重的环境污染。因此,绿色化工技术的出现为解决这一问题提供了新的思路和方法。本文将详细探讨绿色化工技术在化工工程领域中的应用现状,并对绿色化工技术在化工工程中的应用趋势进行进一步探索,以期为相关从业确定行业发展方向。     

无缆化工管道机器人的研究进展

首先讨论了化工管道机器人能源供给的几种方式,并提出了无缆的供能方式才是未来化工管道机器人的发展方向。综述了国内外这方面的研究进展,并找出了无缆化工管道机器人所存在的问题。最后说明我们只有在现存的问题上取得关键性的技术突破才能使无缆化工管道机器人的应用成为现实。     

我国可再生能源发电制氢的发展概况

化石燃料的利用在短时间内带来重大的技术进步的同时也带来了诸多问题。选择绿色无污染的可再生能源作为化石燃料的替代品是实现"碳中和""碳达锋"目标的主要步骤。但是可再生能源的波动性和间歇性在并网时会造成电网的不稳定性,引起严重的弃光、弃风、弃水现象。电解水制氢技术被认为是脱碳制氢关键过程,同时也是实现能源转换提高能源的利用率的一种有效方式。本文对电解水制氢技术及我国可再生能源发电制氢项目的现状进行介绍,并列举了可再生能源发电制氢项目存在的问题及提出的建议。总之,可再生能源发电制氢将成为解决能源消纳、加速氢能产业化进程、最终实现我国向低碳清洁能源转型的重要途径。     

氢能源的利用现状分析

氢能是公认的清洁能源,它具有储运方便、利用途径多样、高利用率及来源广泛等特点,可为解决能源危机、全球变暖和环境污染提供帮助。当前,一些发达国家已将氢能列为国家能源体系中的重要组成部分,我国在氢能的研究及产业化方面也投入巨大。本文综合考虑氢能在能源和化工领域的应用,较为全面地总结了氢能作为清洁能源在燃料电池汽车、分布式发电、燃料电池叉车和应急电源,作为能源载体在可再生能源消纳以及作为重要化工原料在油品质量升级和煤制清洁能源各方面的国内外利用现状,分析明确了氢清洁能源的利用是目前推动氢能发展的主要动力,氢能源载体的利用有助于可再生能源和氢能的协同发展,而氢化工原料的利用则是目前最有希望实现氢能规模化利用的有效途径,同时指出氢的制取、储运和燃料电池技术依然是制约氢能发展的关键因素。     

海岛地区海水淡化的开发和应用

海水淡化技术是解决海岛普遍存在的淡水资源短缺问题的重要手段。该文介绍了传统海水淡化技术和可再生能源海水淡化技术在我国海岛上的应用情况;以5 m^3/d海岛海水淡化装置作为应用实例进行了分析研究;研究了海岛海水淡化的工艺选择和可再生能源的不稳定性问题;概括了海岛海水淡化的发展趋势;最后提出了海岛海水淡化发展过程中存在的问题及对策建议。     

可再生能源电解制氢技术及催化剂的研究进展

氢能是一种清洁、高效的二次能源,是构建未来清洁社会的重要支撑。在众多制氢技术中,利用可再生能源产生电能,并通过电解水制备高纯度氢气是最具潜力的制氢路线之一。本文在介绍三种电解水制氢技术及核心部件的基础上,重点讨论了电解水析氢催化剂,特别是过渡金属基电催化剂及单原子催化剂的研究进展。本文最后对可再生能源发电与电解水制氢技术的耦合进行了分析与讨论,简述了现阶段国内外基于可再生能源发电制氢项目的开发进展。文章指出,随着电力成本下降,高效、稳定、经济的析氢催化剂的开发,可再生能源发电制氢将成为解决能源消纳、加速氢能产业化进程、最终实现我国向低碳清洁能源转型的重要途径。     

我国能源形势分析及其解决对策

随着中国社会经济的持续、快速发展,中国能源面临着日益严峻的形势和挑战,即能源供需矛盾加剧、能源利用效率低和能源结构不合理。为了解决中国能源的问题,本文提出了通过利用国内外两种资源、两个市场增加我国能源产量;调整产业结构实现节能;利用先进技术,在工业、建筑和交通三大领域提高能源利用效率;大力引进石油天然气,积极发展可再生能源和新能源,实现能源结构的“优化”等对策。     

可再生电力电解制绿色氢能的发展现状与建议

氢能是人类生存和发展所需能源的重要补充。氢能产业,特别是氢燃料电池车,其开发与利用已经引起了全球范围内的普遍重视。然而,决定该产业快速发展的关键因素之一是清洁的氢气来源,如何使氢能产业更具经济环保竞争力。通过可再生能源发电电解水制氢将能量以化学能的形式储存起来,不仅能利用可再生能源制取高热值的氢气供使用,同时从制氢源头利用清洁的可再生能源可有效减少碳排放。为此,本文主要分析讨论了可再生能源发电与电解水制氢技术的耦合制取氢气的发展现状与发展趋势,简述了目前国内外利用可再生能源发电制取氢气项目的研究进展,并介绍了一些典型的清洁制氢案例。可以看到,风电、太阳能制氢是目前较为成熟的技术,但仍需提升其经济竞争力。而水电资源分布不均等缺点阻碍了其规模化发展。因此,政府、企业及科研院所需大力推进可再生能源发电制氢研究,有效解决氢能制备的效率问题,加速绿色氢能产业发展。     

化工新材料产业及其在低碳发展中的作用

化工新材料是新材料的重要组成部分,是国民经济建设所需的关键材料,已经成为炼化行业转型升级的重要方向。本文分析了国内外化工新材料的产业发展现状,重点从化工新材料原料供给、新材料生产、产品回收与循环利用全生命周期（LCA）角度,阐述了可再生原料的汇碳作用,典型新材料（包括高端碳材料、汽车轻量化材料、新能源材料、碳捕集材料）生产的固碳作用,以及废弃材料回收和循环利用中的减碳作用。文章对我国新材料产业发展现状和前景进行了思考,认为化工新材料在降低CO₂排放、实现碳中和目标进程中作用显著;基于未来我国化工新材料市场需求强劲的总体态势,应该加大技术研发投入,突破重点新材料生产技术瓶颈,加快自主产品产业化进程,满足我国经济发展迫切需求,推动社会经济绿色低碳高质量发展。     

我国燃料乙醇生产技术现状与发展前景分析

资源和能源是人类社会生存和发展的永恒需求,当前用以支撑全球经济发展的石油资源及能源供应正面临严峻挑战。燃料乙醇作为新的可再生的燃料替代品,可直接用作液体燃料或者同汽油混合使用,减少对不可再生能源——石油的依赖,保障本国的能源安全而日益受到各国的重视。作者介绍了国内外燃料乙醇生产技术概况与研究发展现状,分析了我国发展非粮燃料乙醇的必要性及存在的技术关键和发展前景。指出从长远来看,生产纤维质原料燃料乙醇是燃料乙醇发展的根本出路。     

太阳燃料甲醇合成

我国将力争于2060年前实现碳中和,而实现碳中和的根本途径是能源利用形式由化石能源向可再生能源转变。本文指出太阳燃料甲醇合成（又称“液态阳光”）是利用太阳能等可再生能源分解水制取绿氢,再将二氧化碳与绿氢结合转化为甲醇的综合性技术,它不仅可将再生能源存储在液体燃料甲醇中,还可解决重要领域如冶金、建材、化工中的刚性二氧化碳排放,是实现碳中和目标切实可行的技术路线和有力手段。本文就作者团队研究发展的液态阳光水分解制氢和二氧化碳加氢制甲醇技术进行总结,并对当前液态阳光技术的工业应用进行了介绍。