3.1节能减排的基本概念

绿色化工技术 授课教师：牛亚杰 模块三 化工节能减排 §3.1 节能减排基本概念 §3.2 化工节能基础 §3.3 化工单元节能减排 2 节能减排基本概念 3.1 3 4 认识化工节能减排 知识目标：了解能源的基本概念和能源的分类；掌握节能减排的相关概念；了解节能减排的内容；了解石油化工行业的节能减排工作；了解节能的途径和节能减排的主要目标；掌握二氧化碳排放量的计算；了解节能减排的意义。 能力目标：能进行能源的相关计算；能进行节能途径的分析；能掌握二氧化碳排放量的计算。 素质目标：良好的道德品质、职业素养、敬业和创新精神；具备较强的节能减排意识，增强化工节能减排的社会责任感和历史使命感。 5 认识化工节能减排 任务一 认识能源 任务二 认识化工节能减排技术 6 任务一 认识能源 知识目标：了解能源的定义；了解能源的分类；掌握能源的计量及换算关系、低位热值与高位热值的关系、当量热值与等价热值的计算、标准煤与标准油的综合换算指标及折算方法；了解能源利用率的计算；了解单位GDP能耗、能源效率标识、节能认证、温室效应及温室气体、低碳生活、PM2.5、空气污染指数及分级标准的含义。 技能目标：能进行能源量值的换算；能进行标准煤的折算和能源利用率的计算。 7 任务一 认识能源 一、能源的定义 能源（energy sources）意为能量的源泉，它是产生各种能量的自然资源，它是人类赖以生存、社会得以发展的物质基础。《中华人民共和国节能能源法》中定义的能源是指煤炭、原油、天然气、电力、焦炭、煤气、热力、成品油、液化石油气、生物质能和其他直接或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源。能量就是做功的本领。 能源是自然界中能够直接或通过转换提供某种形式能量的物质资源，它包含在一定条件下能够提供某种形式的能的物质或物质的运动，也指可以从其获得热、光或动力等形式的能的资源，如燃料、流水、阳光和风等。 8 任务一 认识能源 二、能源的分类 由于能源形式多样，人们通常按其来源、形态、转换、应用等进行分类，不同的分类方法从不同的侧重面反映了各种能源的特征。世界能源委员会推荐的能源类型分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。其中前三个类型统称为化石燃料或化石能源。 9 任务一 认识能源 1、按获得的方法分类 （1）一次能源 指从自然界取得的未经任何改变或转换的能源，如原煤、原油、天然气、生物质能、水能、核燃料，以及太阳能、地热能、潮汐能等。 （2）二次能源 也称“次级能源”或“人工能源”，是由一次能源经过加工或转换得到的其他种类和形式的能源，包括煤气、焦炭、汽油、煤油、柴油、重油、电力、蒸汽、热力、氢能等。一次能源无论经过几次转换所得到的另一种能源，都被称作二次能源。 10 任务一 认识能源 2、按被利用的程度分类 （1）常规能源 又称传统能源，是指在现有经济和技术条件下，已经大规模生产和广泛使用的能源，如煤炭、石油、天然气、水能和核裂变能。 （2）新能源 指在新技术基础上系统地开发利用的能源，是正在开发利用但尚未普遍使用的能源。现在世界上重点开发的新能源有：太阳能、风能、海洋能、地热能、氢能等。新能源大多是天然的和可再生的，是未来世界持久能源系统的基础。 11 任务一 认识能源 3、按能否再生分类 （1）可再生能源 指在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充的能源。如水能、太阳能、风能、潮汐能等，它们都可以循环再生，不会因长期使用而减少。 （2）不可再生能源 指那些不能循环再生的能源。如煤炭、石油、天然气等化石能源，它们随人类的利用而日益减少，而无法再生的。 12 任务一 认识能源 4、按能否作为燃料分类 （1）燃料能源 燃料是指燃烧时能产生热能和光能的物质。作为燃烧使用，并主要以热能形式提供能量的能源即为燃料能源。燃料能源可按来源分为矿物燃料、生物燃料以及核燃料，也可按形态分为固体燃料、液体燃料，以及气体燃料。 （2）非燃烧能源 不作为燃料使用，直接产生能量提供人类使用的能源，如水能、风能、潮汐能、海洋能、激光能等。 13 任务一 认识能源 5、按对环境的污染情况分类 （1）清洁能源 指使用能源时对环境无污染或污染小的能源。如太阳能、水能、海洋能、氢能等。用太阳能直接分解水制氢和核聚变能利用的研究如果成功，则太阳的能量和地球上的水都可成为人类取之不尽、用之不竭的清洁能源。 （2）非清洁能源 指在开发使用过程中，对环境污染程度较大的能源。如煤、石油等。 14 任务一 认识能源 三、节能减排的有关概念 1、能源的量值 能源的计量单位有许多种，具有确切定义的单位主要有3种，它们之间可以相互换算。 （1）焦耳（J） 焦耳是能量的国际单位制导出单位，也是中华人民共和国法定计量单位规定的表示能、功和热量的基本单位，其符号用J表示。定义为：1牛顿（N）的力作用于质点，使它沿力的方向移动1米（m）距离所做的功；或者用1安培（A）电流通过1欧姆（Ω）电阻1秒钟（s）所消耗的电能。用国际单位制单位表示的关系式为N·m；用国际单位制基本单位表示的关系式为1kg·m2/s2。由于焦耳的数值很小，通常采用焦耳的倍数来表示，如千焦耳（kJ，103J）、兆焦耳（MJ，106J）、吉焦耳（GJ，109J）或太焦耳（TJ，1012J）。 15 任务一 认识能源 （2）千瓦小时（kW·h） 这是电量的计量单位。1kW·h=3.6×106J。用国际单位制基本单位表示的关系式为kg·m2/s2。由于千瓦•时单位较小，通常采用千千瓦时（103kW·h）、兆千瓦时（106kW·h）等。 （3）卡（cal） 卡是热量单位，定义为1克（g）纯水在标准大气压下，温度升高1摄氏度（℃）所需的热量。1cal=4.1868J。卡不属于法定计量单位，但在我国现行热量单位中还存在卡（cal）。 按照中华人民共和国法定计量单位的规定，焦耳（J）和千瓦时（kW·h）是法定计量单位，是允许使用的单位；卡（cal）是不允许使用的计量单位。 16 任务一 认识能源 2、能源利用率 能源利用率是指有效利用的能源量与实际消耗的能源量的比值。 企业总有效能源利用量，一般指企业各产品有效利用能源量之和，也可以是企业所拥有的各种设备有效能量（折算为能源）之总和。 17 任务一 认识能源 3、单位GDP能耗 单位国内（地区）生产总值能耗（Energy Consumption per Unit of GDP），简称单位GDP能耗，是指一定时期内一个国家（地区）每生产一个单位的国内（地区）生产总值所消耗的能源。单位GDP能耗就是每单位GDP所消耗的能量，一般用“产值”作单位（tce/万元）。 单位GDP能耗由能源消费总量和国内（地区）生产总值这两个指标计算而得。国内（地区）生产总值，即GDP，是指一个国家（地区）所有常住单位在一定时期内生产活动的最终成果。 其计算公式为：单位GDP能耗（吨标准煤/万元）=能源消费总量（吨标准煤）/国内（地区）生产总值（万元）。 （1）单位GDP能耗影响因素： ①能源消费构成；②经济增长方式；③由自然条件、地域产业分工等原因形成的产业结构或行业结构；④设备技术装备水平、能源利用的技术水平和能源生产、消费的管理水平；⑤自然条件。 18 任务一 认识能源 （2）单位GDP能耗的作用： ①直接反映经济发展对能源的依赖程度。 ②间接反映产业结构状况、设备技术装备水平、能源消费构成和利用效率等多方面内容。 ③间接计算出社会节能量或能源超耗量。 ④间接反映各项节能政策措施所取得的效果，起到检验节能降耗成效的作用。 石油和化学工业“十三五”发展目标，到2020年，万元增加值能源消耗、CO2排放量和用水量均比“十二五”末降低10%，重点产品单位综合能耗显著下降。化学需氧量（COD）、氨氮、二氧化硫、氮氧化物等主要污染物排放总量分别减少6%、6%、8%、8%，重点行业排污强度下降30%以上，重点行业挥发性有机物排放量削减30%以上，重大安全生产事故得到有效遏制。 19 任务一 认识能源 4、能源效率标识 能源效率标识是指表示用能产品能源效率等级等性能指标的一种信息标识，属于产品符合性标志的范畴。 “中国能效标识”（CHINA ENERGY LABEL）字样的蓝白背景的彩色标签，一般粘贴在产品的正面面板上。能效标识直观地明示了用能产品的能效、能耗以及其它较重要的性能指标，而能源效率等级是判断家电产品是否节能的最重要指标，产品的能效等级越低，表示能源效率越高，节能效果越好，越省电。目前我国的能效标识按产品耗能的程度分为1、2、3、4、5共五个等级：等级1表示产品达到国际先进水平，最节电，耗能最低；等级2表示比较节电；等级3表示产品能源效率为我国市场的平均水平；等级4表示产品能源效率低于我国市场平均水平；等级5是市场准入指标；低于5级的产品不允许生产和销售。能效等级展示栏有3种表现形式来表达能源效率等级信息：一是文字部分“耗能低、中等、耗能高”；二是数字部分“1、2、3、4、5”；三是根据色彩所代表的情感安排的等级指示色标，其中红色代表禁止，橙色、黄色代表警告，绿色代表环保与节能。 20 课后作业 1.解释能源利用率、GDP能耗、能源效率标识、节能认证概念，并指出它们之间的区别与联系。 2.调查并收集冰箱、空调、洗衣机等电器的品牌的能源标识图。 3.调查目前市场中的低碳产品。 21 任务二 认识化工节能减排技术 1、石油和化工行业面临的三大挑战 在新常态下当前外部环境发生了重大的变化，给中国的石油化工行业也带来了许多大的挑战： 一是经济发展新常态带来的挑战。 二是低油价带来的挑战。 三是环保法规日益严格的挑战。 以绿色发展来塑造可持续的未来，绿色低碳发展既是顺应潮流也是打造核心竞争力的内在要求，中国石油化工产业要在新常态下占得先机、赢得优势，必须牢固树立责任关怀的理念，严守资源消耗上限、环境质量低线加快转变发展方式大力推进绿色低碳发展，努力塑造低耗高效清洁环保的产业形象。 22 任务二 认识化工节能减排技术 2、石油和化工行业存在的问题 （1）高耗能、高污染产品产能增长过快，抑制的难度很大。 ①氮肥、纯碱、烧碱、电石、黄磷等行业的投资增长每年都以30%左右的速度递增。 ②中西部能源和资源比较丰富的地区，规划建设大型煤化工、氯碱、电石、PVC、合成氨的项目很多，加剧了能源、资源和环境的压力，也将会导致部分行业产能过剩。 （2）节能减排的基础工作严重滞后。 ①行业的能耗统计办法很不健全。 ②高耗能产品的节能设计规范和能效标准的制订、修订工作也明显滞后或存在重要欠缺。 ③节能减排的统计和管理队伍十分薄弱，许多企业没有专职的能源和环保管理人员。 （3）节能减排技术的开发、推广力度不够。 ①推进节能减排需要技术支撑，但目前缺乏经济合理、可靠的最佳环保技术。 ②用于节能减排的技术开发投入不足。 ③对具有成套节能减排成熟技术的行业，在技术推广、专项支持方面，也显得力度不够。 23 任务二 认识化工节能减排技术 3、当前节能减排的工作重点 （1）要下大力促进产业和产品结构的调整。 （2）要建立和完善节能减排统计、标准、监管体系和对标管理。 （3）要加大实用节能减排技术的推广应用。 （4）要积极推进责任关怀。 （5）要大力宣传，全面推行清洁生产。 24 任务二 认识化工节能减排技术 二、节能途径 石化和化学工业“十三”节能减排目标，包括水耗、能耗、二氧化硫及主要污染物减排的总体目标。 节约能源、提高能源利用效率是解决环境问题、增强经济竞争力和确保能源安全的关键因素，是实施可持续发展战略的优先选择。要降低石油和化工的能耗水平，主要包括三个方面，即结构节能、管理节能、技术节能。 1、结构节能 所谓结构节能就是调整产业规模结构、产业配置结构、产品结构等进行节能工作。它涉及的范围较广，但带来的节能效果也非常显著。 我国的单位产值能耗之所以很高，除技术水平和管理水平落后外，结构不合理也是重要的原因。经济结构包括产业结构、产品结构、企业结构、地区结构等。 25 任务二 认识化工节能减排技术 2、管理节能 企业一定要科学管理、规范管理。制定预案，并且做到员工皆知；高度重视安全，严格按规程操作、科学操作，杜绝安全事故、确保安全生产；一旦发生事故，处理人员和救援人员都能按预案的规定和程序操作，减少损失，实现节能减排。 管理节能就是通过能源的管理工作，减少各种浪费现象，杜绝不必要的能源转换和输送，在能源管理调配环节进行节能工作。管理的目的是有效实现目标。 科学管理、严格操作规程和操作程序，在生产过程中减少生产事故的发生，杜绝“显性”与“隐性”的跑冒滴漏，只要通过加强节能管理工作便会收到立竿见影的显著效果。 3、技术节能 所谓技术节能就是在生产中或能源设备使用过程中用各种技术手段进行节能工作。通过技术手段实现节能是石油和化学工业节能的最重要方面，一些节能技术的实施还可以同时实现提高产品质量和产量，综合效益明显。石油和化学工业的节能技术主要包括以下四个方面：（1）工艺节能；（2）化工单元操作设备节能；（3）化工过程系统节能；（4）控制节能。 26 任务二 认识化工节能减排技术 三、二氧化碳排放量的计算 我国是以火力发电为主的国家，火力发电厂是利用燃烧燃料（煤、石油及其制品、天然气等）所得到的热能发电的。节约化石能源和使用可再生能源，是减少CO2排放的两个关键。那么，如何计算CO2碳减排量的多少呢？以发电厂为例，节约1度电或1kg煤到底减排了多少“CO2”？ 根据专家统计：每节约1度（kW•h）电，就相应节约了0.4kgce（标准煤），同时减少污染排放0.272kg碳粉尘、0.997kgCO2、0.03kgSO2、0.015kg氮氧化物。 为此可推算出以下公式： 节约1kW•h电=减排0.997kg“CO2”； 节约1kgce=减排2.493kg“CO2”。 （说明：以上电的折标煤按等价值，即系数为1度电=0.4kgce，而1kg原煤=0.7143kgce） 27 任务二 认识化工节能减排技术 在日常生活中，每个人也能以自身的行为方式，为节能减排出一份力。以下是“碳足迹”的基本计算公式： 家居用电的CO2排放量（kg）=耗电度数×0.785； 开车的CO2排放量（kg）=油耗公升数×0.785； 家用天然气二氧化碳排放量(kg)=天然气使用量(m3)×0.19； 短途飞机旅行（200公里以内）的CO2排放量（kg）=公里数×0.275； 中途飞机旅行（200公里到1000公里）的CO2排放量（kg）=55＋0.105×（公里数-200）； 长途飞机旅行（1000公里以上）的CO2排放量（kg）=公里数×0.139。 生活中，我们一方面要鼓励采取低碳的生活方式，减少碳排放；另一方面是通过一定碳抵消措施，来达到平衡。种树就是“碳中和”的一种方式，需种植的树木数（棵）等于CO2排放量（kg）除以18.3。 低碳（low carbon），意指较低（更低）的温室气体（CO2为主）排放。 比如一棵冷杉30年能吸收111kg二氧化碳，平均每年吸收4kg左右，那么粗略计算以下消耗需要种几棵树来补偿： 乘飞机旅行2000公里= kg碳排放量= 棵树； 消耗100kW·h电= kg碳排放量= 棵树； 消耗100L汽油= kg碳排放量= 棵树。 乘飞机旅行2000公里=278kg碳排放量=3棵树 消耗100kW·h电=78.5kg碳排放量=1棵树 消耗100L汽油=270kg碳排放量=3棵树。 29 任务二 认识化工节能减排技术 节能减排是一项长期的工作，其意义在于： ①搞好节能减排工作，节约资源、降低排放，是保持人类社会可持续发展的重要措施。 ②节省了能源，也就是节省了宝贵的化工原料，同样也减少了排放。 ③节能减排可以促进生产，在同样数量能源的条件下，生产更多的产品。 ④节能减排可以降低成本，特别在化工企业中能源费用在成本中占的比例较高，节能可以明显降低成本，增加利润。 ⑤通过节能减排，有利于改变企业落后的面貌。 ⑥节能减排有利于环保。 节能减排、提高能源利用率，可在相同GDP的情况下，降低能源消耗的总量，减少CO2、SO2、COD等的排放量，对保护地球环境、建立和谐社会也具有积极的社会意义。综上所述，节约资源，减少排放是当下我国刻不容缓的重要目标，节能减排工作是解决能源供需矛盾的重要途径，是从源头治理环境污染的有力措施也是经济可持续发展的重要保证。 30 单元一 认识化工节能减排 思考题： 1、什么是能源？ 2、能源如何进行分类？ 3、什么是能源利用率？如何提高能源利用率？ 4、调查冰箱、空调、洗衣机等电器的一个品牌的能源标识图。 5、简述化工节能的途径。 6、什么是低碳经济？就我们的日常生活如何实现节能减排？ 7、简述化工节能减排的意义。 31 课后作业 1.简述化工节能的三种主要途径，并解释每种途径的核心思想。 2.某化工厂年消耗煤炭10万吨（假设煤炭的碳含量为70%），请利用二氧化碳排放量的计算式，计算该厂每年大约排放多少吨二氧化碳。 $$