能源化学工程概论

《能源化学工程概论》全面介绍了当前人类在使用现有能源和开发新能源过程中所涉及的化学、化工的原理、方法和技术。全书共分9章，包括绪论、煤炭利用技术、石油炼制与化工、天然气转化与利用、生物质转化与利用、储能技术、燃料电池与氢能、太阳能转化技术、碳中和与CCUS 技术。本书在内容的广度和深度上取了平衡，突出了知识的趣味性、内容的新颖性以及理念的前瞻性。 本书可作为高等院校能源化学工程、化学工程与工艺、碳储科学与工程、新能源科学与工程、应用化学等专业的教材，也是一本普及性的能源化学工业读物，可供化工、能源、材料、环保、电力等部门从事研究、设计和生产的工程技术人员参考。本书配有教学PPT，可供老师教学使用。

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第1章绪论1 1.1 能源利用历史 1 1.2 能源的分类 2 1.3 能源消费状况 3 1.4 能源的利用与转化 4 1.5 化工在能源利用与转化中的作用 5 思考题 6 参考文献 6 第2章煤炭利用技术7 2.1 传统煤炭利用技术 7 2.1.1 煤的形成与煤炭利用历史 7 2.1.2 煤的基本物化特性与组成 8 2.1.3 煤炭燃烧与发电供热 10 2.1.4 煤的热解与焦化技术 12 2.2 煤制燃料技术 14 2.2.1 热解制燃料 14 2.2.2 直接液化制燃料 16 2.2.3 煤炭气化制燃料 18 2.3 煤制功能和能源材料技术 20 2.3.1 煤基碳量子点及应用 20 2.3.2 煤基一维碳纳米材料及应用 20 2.3.3 煤基二维碳纳米材料及应用 21 2.3.4 煤基三维碳纳米材料及应用 22 2.4 煤制化学品技术 23 2.4.1 间接法制化学品 23 2.4.2 直接法制化学品 28 思考题 30 参考文献 30 第3章石油炼制与化工32 3.1 石油及产品概述 32 3.1.1 石油的成因与物理性质 32 3.1.2 石油的化学组成 34 3.1.3 石油产品 35 3.1.4 石油储存、生产与消费 36 3.2 典型石油炼制工艺 37 3.2.1 物理分离过程 37 3.2.2 热转化过程 38 3.2.3 催化转化过程 40 3.2.4 炼厂气加工 43 3.3 石油基燃料与润滑剂生产 45 3.3.1 石油基燃料类型与特性 45 3.3.2 石油基润滑剂类型与特性 47 3.3.3 石油基燃料生产途径 48 3.3.4 石油基润滑剂生产途径 49 3.4 石油基化工产品生产 50 3.4.1 以轻烯烃为原料 51 3.4.2 以轻芳烃为原料 53 3.4.3 以高级烷烃为原料 55 3.5 分子炼油 56 思考题 56 参考文献 57 第4章天然气转化与利用58 4.1 天然气概述 58 4.1.1 天然气的形成与分布 58 4.1.2 天然气的组成与性质 60 4.1.3 天然气的主要分类 60 4.1.4 天然气的净化与有价组分提取 63 4.1.5 天然气化工利用现状 65 4.2 天然气制合成气技术 66 4.2.1 甲烷水蒸气重整 67 4.2.2 甲烷二氧化碳重整 68 4.2.3 天然气部分氧化重整 69 4.3 天然气间接化工转化技术 71 4.3.1 天然气制氢 71 4.3.2 天然气制合成氨 72 4.3.3 天然气制甲醇 73 4.3.4 天然气制合成油 73 4.4 天然气直接转化技术 74 4.4.1 热裂解制乙炔 74 4.4.2 氧化偶联制烯烃 76 4.4.3 无氧芳构化 78 思考题 80 参考文献 80 第5章生物质转化与利用82 5.1 生物质能源概述 82 5.1.1 生物质与生态环境 82 5.1.2 生物质的特性 83 5.1.3 生物质能利用方式 85 5.2 生物质制燃料技术 87 5.2.1 生物柴油制备 87 5.2.2 生物质热解技术 90 5.2.3 生物质高压液化技术 93 5.2.4 生物质气化技术 95 5.2.5 生物质制氢技术 97 5.3 生物质制化学品技术 100 5.3.1 生物油中提取化合物 100 5.3.2 生物质甘油制备1,3-丙二醇 102 5.3.3 生物质制备糠醛 103 5.3.4 生物质制备乙酰丙酸 104 5.4 生物质制材料技术 105 5.4.1 生物质基聚乳酸 105 5.4.2 天然聚多糖及材料 106 5.4.3 木质素及材料 108 5.4.4 生物质纳米材料 109 思考题 111 参考文献 111 第6章储能技术113 6.1 储能技术概述 113 6.1.1 储能基本概念 113 6.1.2 储能的作用 114 6.1.3 储能的分类 115 6.1.4 储能现状及挑战 118 6.1.5 未来储能发展方向 119 6.2 电化学储能技术 120 6.2.1 锂离子电池技术 120 6.2.2 液流电池技术 125 6.2.3 其他电化学电池 129 6.2.4 常用电化学储能对比 131 6.3 储热和储氢技术 131 6.3.1 储热技术 131 6.3.2 储氢技术 133 6.4 超级电容器技术 133 6.4.1 超级电容器的工作原理 133 6.4.2 超级电容器分类 135 6.4.3 双电层电容器 135 6.4.4 赝电容电化学电容器 136 6.4.5 混合电容器 136 思考题 136 参考文献 137 第7章燃料电池与氢能140 7.1 燃料电池概述 140 7.1.1 燃料电池的发展历史及现状 140 7.1.2 燃料电池的结构及工作原理 141 7.1.3 燃料电池的特点 142 7.2 燃料电池的分类 142 7.2.1 质子交换膜燃料电池 143 7.2.2 碱性燃料电池 150 7.2.3 磷酸燃料电池 151 7.2.4 熔融碳酸盐燃料电池 152 7.2.5 直接甲醇燃料电池 152 7.2.6 固体氧化物燃料电池 153 7.3 燃料电池的应用 155 7.3.1 便携式设备 155 7.3.2 固定电站 155 7.3.3 交通运输 155 7.3.4 航天探索 155 7.3.5 军事领域 155 7.4 氢能源 156 7.4.1 氢经济 156 7.4.2 氢的制取 156 7.4.3 氢的存储 159 思考题 164 参考文献 164 第8章太阳能转化技术166 8.1 光热转化技术 166 8.1.1 太阳辐射能 166 8.1.2 太阳热辐射传热过程 167 8.1.3 显热储存 169 8.1.4 潜热储存 172 8.1.5 化学储热 174 8.2 太阳能电池 175 8.2.1 太阳能电池概述 175 8.2.2 硅基太阳能电池 177 8.2.3 化合物半导体电池 179 8.2.4 有机太阳能电池 180 8.2.5 染料敏化太阳能电池 182 8.2.6 钙钛矿太阳能电池 182 8.3 光催化制氢技术 184 8.3.1 光催化制氢原理 184 8.3.2 光催化制氢评价指标与装置 185 8.3.3 光催化制氢反应体系 186 8.3.4 光催化制氢材料 187 8.4 光催化CO2 还原技术 188 8.4.1 光催化CO2 还原原理 188 8.4.2 光催化CO2 还原反应体系 189 8.4.3 光催化CO2 还原材料 190 思考题 191 参考文献 191 第9章碳中和与CCUS技术192 9.1 碳中和背景 192 9.1.1 碳中和概念及全球气候治理原则 192 9.1.2 中国的碳中和挑战及意义 193 9.1.3 中国实现碳中和的路线 193 9.1.4 碳中和背景下的能源化工技术发展 194 9.2 CO2 减排技术 196 9.2.1 CO2 燃烧前捕集技术 196 9.2.2 CO2 燃烧后捕集技术 198 9.2.3 CO2 空气捕集技术 199 9.3 CO2 的资源化利用 200 9.3.1 合成化学品技术 200 9.3.2 生物利用技术 204 9.3.3 二氧化碳矿化封存 206 思考题 209 参考文献 209