新型化学能源研究论文

1前言 石油和天然气两种处于自然状态的烃类化合物能源具有不可再生性，随着化石燃料耗量的日益增加，终将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料、储量丰富的新的能源。氢能 就是这种能源，且氢能的研究同时还迎合了工业化国家日趋严格的环保政策，因而各国对氢能的研究变的日益活跃起来。 氢原子序数为1，常温常压呈气态，超低温、高压下又可成为液态。作为能源， 氢有以下特点： 1）氢是构成了宇宙质量的75％，存储量大。 2）氢的发热值高，是汽油发热值的3倍。 3）氢燃烧性好，点燃快，3％－97％范围内均可燃。 4）氢循环使用性好，燃烧反应生成的水可用来制备氢，循环使用。 5）氢利用形式多，可以产生热能、可用于燃料电池，或转换成固态氢作结构材料。 美国著名石油专家埃克诺米迪斯博士预测：主宰未来世界的能源将是氢能。 2氢能的主要应用领域 二航天 早在M战期间，氢即用作A－2火箭液体推进剂。1970年美国”阿波罗”登月飞船使用的起飞火箭也是用液氢作燃料。 目前科学家们正研究一种”固态氢”宇宙飞船。固态氢既作为飞船的结构材料，又作为飞船的动力燃料，在飞行期间，飞船上所有的非重要零部件都可作为能源消耗掉，飞船就能飞行更长的时间。 交通 在超声速飞机和远程洲际客机上以氢作动力燃料的研究已进行多年，目前已进人样机和试飞阶段。据欧洲空客公司预测，到2004年，欧洲生产的飞机将部分采用液氢为燃料。德国戴姆勒一奔驰航空航天公司以及俄罗斯航天公司从1996年开始试验，其进展证实，在配备有双发动机的喷气机中使用液态氢，其安全性有足够保证。 美、德、法等国采用氢化金属贮氢，而日本则采用液氢作燃料组装的燃料电池示范汽车，已进行了上百万公里的道路运行试验，其经济性、适应性和安全性均较好。美国和加拿大计划从加拿大西部到东部的大铁路上采用液氢和液氧为燃料的机车。 ：民用 除了在汽车行业外，燃料电池发电系统在民用方面的应用也很广泛。氢能发电、氢介质储能与输送，以及氢能空调、氢能冰箱等，有的已经实现，有的正在开发，有的尚在探索中。燃料电池发电系统的开发目前也开发的如火如茶：以PEMFC为能量转换装置的小型电站系统和以SOFC为主的大型电站等均在开发中。 ：其它 以氢能为原料的燃料电池系统除了在汽车、民用发电等方面的应用外，在军事方面的应用也显得尤为重要，德国、美国均已开发出了以PEMFC为动力系统的核潜艇，该类型潜艇具有续航能力强，隐蔽性好，无噪声等优点，受到各国的青睐。 3 氢能应用的主要问题 ：氢气制备 氢气能否广泛使用，制氢工艺是基础，目前主要的制氢工艺主要包括： 1）采用矿物燃料、核能、太阳能、水能、风能及潮汐能等方式电解水制备氢气是目前的主要研究方向，其中以利用太阳能制氢的研究最多也最有前途； 2）热化学循环分解水制氢方法是在水反应系统中加人中间物，经历不同的反应阶段，最终将水分解为氢和氧，且中间物不消耗； 3）光化学制氢是在有光照催化剂作用下，促使水解制得氢气； 4）矿物燃料制氢是利用化学方法将矿物中的氢元素提取出来的方法，如煤的焦化、煤的气化等； 5）生物质制氢是在将生物体中的氢元素通过裂解或者气化的方法提取出来的方法； 6）各种化工过程副产品氢气的回收，如氯碱工业、冶金工业等。水电解制氢、生物质制氢等制氢方法，现已形成规模，其中，低价电解水制氢方法在今后仍将是氢能规模制备的主要方法，目前应用中尚需要降低电耗。 ：氢气一运输 工业实际应用中大致有五种贮氢方法，即： (1)常压贮存，如湿式气柜、地下储仓； （2）高压容器，如钢制压力容器和钢瓶； （3）液氢贮存：采用液氢贮存，就必须先制备液氢，生产液氢一般可采用三种液化循环，其中带膨胀机的循环效率最高，在大型氢液化装置上被广泛采用；节流循环，效率不高，但流程简单，运行可靠，所以在小型氢液化装置中应用较多。氦制冷氢液化循环消除了高压氢的危险，运转安全可靠，但氦制冷系统设备复杂，故在氢液化中应用不多。 （4）金属氢化物：当用贮氢合金制成的容器冷却和压人氢时，氢即被储存；加热这一贮存系统或降低其内部压力，氢就会释放出来。 目前金属氢化物合金体系主要有：l）LaNi5系合金；2）MnNi5系合金等；3）TiMn系合金；4）TiMn系合金（ABZ）；5）镁系合金；6）纳米碳等。 （5）除管道输送外，高压容器和液氢槽车也是目前工业上常规应用的氢气输送方法。 金属氢化物贮氢装置的开发 在氢的制备和贮存、输送问题解决后，下一步的研究就是氢化物贮氢装置的开发，目前主要包括以下两类： 固定式贮氢装置 固定式贮氢器其服务场合多种多样，容量则以大中型为主。美国开发的以合金为基体中型固定式贮氢器；日本则用贮氢合金开发了叠式固定装置；德国用TiMn2型多元合金开发的贮罐是由32个独立贮罐并联而成，容量为目前世界上最大的；我国浙江大学分别用（MmCaCu）（NiA1）5增压型贮氢合金、MINi4. 5 Mn0. 5合金分别开发了两种固定式装置。 移动式贮氢装置 移动式贮氢器除了携带运输氢气外，还可用于燃料电池氢燃料的存储。作为移动式装置要兼顾贮存与输送，因此要求重量轻、贮氢量大等问题。其中金属氢化物贮氢器不需附加设备（如裂解及净化系统），安全性高，适于车船方面应用；用常温型合金，质量贮能密度与 15 M Pa高压钢瓶基本相同，但体积可小得多。如德国海军的混合推进系统在潜艇，氧以液氧形式贮存，氢则以TIFe合金贮存。 目前工作的方向 在PEMFC已有技术基础上，除继续加强大功率PEMFC的关键技术研究外，还应注意PEMFC系统工程关键技术开发和系统技术集成，这是PEMFC发电系统走向实用化过程的关键。 在航空领域则要是解决氢能的贮存和生产成本问题，目前的一个研究趋势是开始将传统的机翼设计成为可以容纳更多液态氢的新型构造。 在汽车领域的问题主要是存在贮氢密度小和成本高两大障碍：以储氢合金贮氢为动力的汽车连续行驶的路程受限制，而以液氢为动力的主要是由于液氢供应系统费用过高而受到限制。 氢在航天动力方面已广泛应用，例如大容量镍氢电池等，但氢能的大规模的应用还有待解决以下关键问题：l）廉价的制氢技术；2）安全可靠的贮氢和输氢方法。 4 未来氢能经济社会的特色 随着科学技术的进步和氢能系统技术的全面进展，氢能应用范围必将不断扩大，氢能将深人到人类活动的各个方面，因而我们可以勾勒出未来氢能经济社会的一副大致图画： l）、化石能源（石油、煤炭、天然气）封存，留作化工原料； 2）、建立居家小型电站，取消远距离高压输电，通过管道网，送氢气至千家万户。 3）、各种类型空气一氢燃料电池成为普遍采用的发电工具。 4）、取缔内燃机动力，汽车、火车、飞机改用燃料电池，消灭了一切能源污染隐患和内燃机车噪音源。 5）、每个城市和家庭有能源供应和回收的完善循环系统。 6）取消火力发电，核电站、水利发电站、风力发电站、潮汐发电完成正常的电力供应后，剩余电力用于电解水制氢，作为储备能源。 5 我国发展氢能的对策 氢能的研究和应用是历史不可逆转的潮流，各国政府目前均对此展开了大量的研究，我国在这方面也投入了不少的人力、物力、财力，并取得了一定的成果，但我们也应该看到目前我们与工业化国家的差距，根据我国的国情制定相应的氢能发展战略，个人认为应包括以下的几点： (1)电解水制氢是获取氢源的重要途径，目前因耗电量大、电价高导至氢气成本高，推广使用受到限制，开发新型电解水制氢工艺，降低能耗也是一个重要的议题。 (2)各种新的制氢方法如从HZS制氢、从生物质制氢及用热化学法水分解制氢以及化工产品中副产品氢气的回收等应予以重视； (3)储氢材料的研究国内进行了较多的研究，但是目前很少有实用化的报道，因而开展科技成果的转化以及新型储氢和输氢装置的研究也尤为重要； (4)氢能未来应用的主要领域还是在燃料电池方面，我国开展这方面的研究也已经有一定基础，但主要是集中在研究燃料电池组件方面，对于系统集成等研究报道不多，同时由于资金和技术方面等因素，目前与国外还是有较大的差距，因而应加大投资力度，迎头赶上。 (5)氢能开发最有前景的方式是与太阳能结合，因而对于太阳能电池系统及材料的研究也应当引起足够的重视。 6结语 就环境保护和市场需求而言，洁净和成本是两个关键参数，光有洁净而成本过高就没有市场，因而目前降低氢能的利用成本成为当务之急，各工业化国家对这方面的研究都十分重视，其中美国政府决定今后五年为开发氢能拨款 17亿美元，力争到 2040年以前使每天的石油消耗量减少 1100万桶。世界上40家重要的汽车厂商中，已有25家决定考虑采用氢能，以适应日益严格的环保政策。因而虽然目前困难重重，但在不久的将来我们可以预见氢能的利用一定能够走进我们生活的方方面面。

节能技术是我国社会可持续发展的基本要求，各个领域必须坚持节能环保理念，下面是由我整理的化工新型节能技术论文，谢谢你的阅读。

化工工艺中的节能技术研究

[摘 要]节能减排是我国社会可持续发展的基本要求，各个领域必须坚持节能环保理念，进一步推动化工产业结构调整和升级，提高化工工艺的管理水平，明确化工工艺中各种设备的使用和操作方法，在化工工艺中采用节能型的化工设备，针对不同化工工艺的实际情况，积极采取有效的节能措施，将节能理念渗透到化工工艺的各个环节中，最大程度地减少化工工艺能源损耗，推动化工产业快速发展，进而为国民经济的可持续发展不断增添活力。

[关键词]化工工艺;节能技术

中图分类号：TQ02 文献标识码：A 文章编号：1009-914X(2016)18-0116-01

近年来，我国经济快速发展，各个领域的能源消耗与日俱增，我国面临着越来越严峻的能源危机。化工工艺是一项复杂的综合性技术，通过采用多种节能减损措施，不断提高化工工艺的生产效益，降低化工工艺能耗，推动我国化工工艺可持续发展。

化工工艺的节能主要分为新技术开发、设备改进和加强管理三个阶段，其目的是为了提高能源的综合利用率，在化工生产过程中，最大程度地降低能源损耗。在化工生产过程中，主要包括两部分的能源损耗：其一是化工工艺的最小功，为了确保化工生产的必要速度，需要消耗一些能量和推动力，这部分能量损耗不具有节能潜力;其二是能量损耗，在化工工艺过程中，由于一些合理的因素产生的能源损耗，例如流体阻力过大或者推动力过大造成的能源损耗，对于这部分能源损耗，可以通过采取有效措施进行改造和完善，从而最大程度地降低这部分能源损耗。

一、化工工艺中的节能装置解析

1.热管换热器

热管换热器是一种常见的节能设备，其内部的隔板可以将热管换热器中的热水和冷水彻底分开，可以有效避免出现单根热管的不良状况，确保了整个换热器的良好运行，因此热管换热器被广泛的应用在一些强腐蚀、易爆和易燃的场所，具有较高的安全性和可靠性。热管换热器内部的热流体和冷流体在各自的管道中流动，从而更容易的实现了热流体和冷流体的逆流换热，同时热管换热器在热能回收场所的应用，具有很高的性价比，经济效益较高。当一些含尘量较高的流体进入热管换热器之后，热管换热器可以通过调整结构受热面积，可以有效解决堵灰问题。同时在税后一些腐蚀性较强的流体烟气时，热管换热器通过调整管壁温度、冷凝段和蒸发段接触面积，从而减少腐蚀区域。

2.热泵

热泵通过利用自身的能量，凝聚周围介质环境中的能量，接着在传热循环系统中逐渐提高系统温度，热泵在过程中，由冷凝器释放出大量的高温蒸汽，这些热量通过泵管传递到储水箱，经过冷凝之后，由膨胀阀将传热工质传送到蒸发器中，实现玄幻利用，在这个过程中热泵消耗的能量转化为输出功。因此热泵具有良好的节能性，可以有效节约大量的能源，是一种能源价值较高的节能装置。

3.蓄热器

蓄热器在工业锅炉供气系统中发挥着不可替代的重要作用，蓄热器将供气系统中多余的热量储存起来，然后在其他环节将这部分热量释放出去，可以有效提高热量的利用率。供气系统发生大幅度的气量波动，会导致工业公路供气系统的水位和锅里汽压发生上下波动，给锅炉的安全操作和使用带来很大困难，影响锅炉的燃烧率。蓄热器内部含有过滤负载，可以有效提高工业锅炉的运行效率。蓄热器主要有两种类型：定压式和变压式，定压式蓄热器在运行过程中不能随意改变工作压力，给水蓄热器是一种最常用的机械设备;变压式蓄热器可以随着存储热量的变化而随时调整工作压力。

二、化工工艺中的节能措施选项

1.积极引进新工艺、新设备和新技术

近年来，我国现代化科学技术快速发展，各种新工艺、新设备和新技术不断涌现，同时也推动了化工工艺的快速发展。为了更好地实现化工工艺的节能性，化工企业要根据自身化工工艺的实际情况，积极引进新工艺、新设备和新技术，不断完善和优化化工工艺，例如在化工工艺中应用结晶分析技术和蒸馏技术，可以有效减少化工工艺的能源损耗，提高化工工艺的能源利用率，简化化工工艺流，增强化工工艺的原动力。

2.提高化工设备运行效率，减少能量损耗

在化工工艺过程中，降低化工工艺的外部反应压力，降低化工工艺的能量损耗，合理设置化工工艺的反应压力，有助于降低化工生产中电机拖动系统输送方英武的能量损耗，特别是可以有效减少化工气体的压缩功耗，同时可以确保化工工艺的稳定、高效、安全运行。为了更好地实现化工工艺的节能降损目标，在确保化学物在化工环境中正常反应的前提下，最大程度地提高化工资源利用率，加快化工工艺的反应时间，减少化工系统在发生化学反应时需要耗费的热量，减少热量损耗，减少化工工艺中不必要的化工流程，减少物质分离过程中的能量损耗，最大限度的提高设备的运用效率。

3.改进化工设备，提高设备利用率

在化工工艺中，采用热蒸馏的工艺方法，减少化工分离提纯过程中的能量流失，同时还可以采用降低化工工艺供热的温位方式，减少分离提纯过程的吸热分度，减少反应压力，降低化工工艺气态反应物的反应时间和压缩性能。在化工工艺中，不断改进化工设备，不仅可以有效减少化工反应的能源损耗，还有助于降低化工产品分离过程中的损耗，避免在化工工艺中发生不必要的化学反应。另外，在化工工艺中通过采用高效的传热填料和设备，还可以有效改善化工工艺的传热性能。为了最大程度的降低化工工艺的热损失，尽量采用新型绝热材料和厚度合理的绝热层，通过不断改进化工工艺的生产设备，减少化工工艺过程中的能源损耗，推动化工工艺的节能、高效发展。

4.提高催化剂的活性

催化剂是化工生产中一种必不可少的重要物质，催化剂不仅可以加快化工工艺的反应速度，还可以有效降低化工工艺的能源损耗。在化工工艺中使用合适的催化剂，可以明显形成化工工艺过程，提高化学物质的转化和反应效率，降低化工工艺的温度压力和产品消耗量。同时催化剂还有一个重要的功能，即减少在化工工艺中产生的副产物，减少原材料的使用量，从而有效降低化学物质在分离过程中的能量和负荷损耗。

5.改善化工供热系统

在化工工艺中坚持节能理念，从整体角度出发，科学规划化工工艺流程，进一步优化化工供热系统。结合化工供热系统自身的特点，优化系统运行过程中，实现各个子模块的有效结合，扩大化工供热系统的热转换范围，加快热能源和冷能源的交换速率，避免造成能源浪费，最大程度地减少化工工艺能源消耗。

6.做好污水回收和处理

化工企业要积极引进和应用污水回收和处理技术，减少水资源的损耗和浪费，做好污水的回收和处理。化工企业要强化全体工作人员的节水意识，倡导节约用水，杜绝水资源浪费。在化工工艺中，积极应用制冷和发电转换技术，加强循环和回收利用电力、热量、水等资源，提高有价值的余热、余压等资源的利用率，实现化工工艺的节能降损，降低化工企业的生产成本，实现循环经济的最佳实现模式。

此外，使用变频节能技术。为了更好地解决化工生产过程中设备负荷率较低的问题，在化工工艺中采用变频节能技术，进一步改造和升级传统化工工艺使用的阀门，确保化工生产中电机可以长时间保持平衡的输出和输入状态，减少电机在长时间运行过程中处于工频状态下，产生的能量损耗，实现节能降耗的最终目的。

参考文献

[1]杨健等，化工工艺中常见的节能降耗技术措施[J].中国石油和化工标准与质量，2013，19

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