[理学]Chapter 1工程化学 概论.ppt

工 科 基 础 化 学 主讲教师：刘宏芳地址：华中中科技大学化学与化工学院 材料与环境化学研究所Tel.: 703(办)； E-MAIL:liuhf2003@ 本课程主要内容 绪论 化学热力学 化学动力学 水化学（溶液化学与离子平衡） 电化学（材料在环境中的失效与防护） 本课程考试方式 1）课程结束安排闭卷考试。 2）最后成绩由4部分组成，考试成绩70％，课堂到课率及随堂测试10％，作业20％。 教材及参考书 教 材：唐和清, 工科基础化学. 北京: 化学工业出版社, 2005, 9 参考书：浙江大学, 普通化学. 北京: 高等教育出版社, 2003, 6 江棂, 工科化学. 北京: 化学工业出版社, 2003, 8 曲保中, 新大学化学. 北京: 科学出版社, 2002, 12 武汉大学, 无机化学. 武汉: 武汉大学出版社, 1997, 1 第一章 概 论 1.1 化学与化学工业 2.化学工业 以化学过程为核心内容和关键步骤的工业，通过化学过程实现全部或部分生产目的的工业。现代化学已经不是单一学科，化学与生命科学、材料科学、能源科学、生态环境学、信息学、纳米技术、系统学等学科的交叉融合。作为工科大学生必须将强基础化学知识的学习。 1.化学与生活 2)食 3)日用化学品 2.化学与能源 1)煤 a.水煤气：C(s) + H2O(g) ===== CO(g) + H2(g) c.煤的液化燃料：以合成气为原料，生产液体燃料。 国外洁净煤技术 国外洁净煤技术也发展较快，1986年3月美国率先推出“洁净煤技术示范计划（CCTP）”，主要包含四个方面：(1) 先进的燃煤发电技术（整体煤气化联合循环发电－IGCC，流化床燃烧－CFBC，改进燃烧和直接燃煤热机）；(2) 环境保护设备（NOX 与SOx控制）；(3) 煤炭加工成洁净能源技术（洗选、温和气化、液化）；(4) 工业应用（炼铁、水泥及其他行业控制硫、氮、灰尘排放和烟气回收洗涤等）。已有13项取得初步商业化成果。欧共体国家正在研究开发的项目有煤气化联合循环发电（IGCC），煤和生物质及废弃物联合气化（或燃烧），循环流化床燃烧，固体燃料气化与燃料电池联合循环技术等。日本近年来开始较大幅度的增加煤炭的消费量，发展洁净煤技术成为热点。 正在开发的项目包括 (1) 提高煤炭利用效率的技术，如IGCC、CFBC和PFBC； (2) 脱硫、脱氮技术，如先进的煤炭洗选技术，氧燃烧技术，先进的废烟处理技术，先进的焦炭生产技术等； (3) 煤炭转化技术，如煤炭直接液化，加氢气化，煤气化联合燃料电池和煤的热解等； (4) 粉煤灰的有效利用技术。 2)石油和天然气 4)干净、无毒、无污染的二次能源-氢 氢能源 氢能作为一种无污染的二次能源，由于具有资源丰富，氢燃烧热值大且燃烧产物是水，不会产生大量的烃、CO、CO2、SO2和有机酸，造成环境污染等种种突出的优势，因此科学家们预测氢能将在未来的能源体系中占有一席之地，它与电力将成为21世纪能源体系的两大支柱。但是，氢能要成为新能源结构的支柱，还需要在氢气的制取、氢气的储存与运输以及氢能的利用方面继续开展研究。开发制氢新技术，将主要考虑以水为原料，达到水分解制氢，氢燃烧生成水的循环过程。由于氢大量存在于水中，因此利用水制氢一旦技术成熟，达到实用化后，以氢为能源结构主要支柱便成为可能。 制氢新技术的研发 目前世界上氢气大部分以石油、天然气和煤为原料制取，小部分来自电解水等。?开发制氢新技术，将主要考虑以水为原料，原则上要求制氢技术满足大型化、高效率、低成本，使氢气得到应用。 电解水制氢 电解水制氢，关键是耗能问题。以电能换氢能，成本很高。但是，通过太阳光发电或热发电以及海洋能、生物质能、地热能、非尖峰负荷的原子能电站产生的电能来制氢，可以降低氢的成本。同时，也需要开发低电耗、高效率的电解水制氢新技术。日本开发了高温加压法，将电解水的效率提高到75%；美国建成一种SPE工业装置，能量效率达90%；我国研制了双反应器制氢工艺。先进的PEM电解工艺，是一种可逆的电／氢转换装置，是燃料电池和产氢的电解槽的统一，总转换效率可达95%。 高温水热裂法制氢 将水蒸汽加热300K以上，使水分子热裂，直接分解成氢气和氧气。 热化学循环制氢 目前已研究出100多种分步热化学循环流程制氢工艺。利用太阳能或高温气冷堆原子能电站的热能，使反应不断循环进行，达到连续制氢的目的。 太阳能光解水制氢 利用半导体电极的光电化学效应制成太阳能光电化学电池，以水为原料，在太阳光照射下制取氢。虽然太阳能光解水制氢在实验室己取得突破性进展，但仍有电极材料、电池结构、电