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
9.2CO2减排技术196
9.2.1CO2燃烧前捕集技术196
9.2.2CO2燃烧后捕集技术198
9.2.3CO2空气捕集技术199
9.3CO2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