双碳目标背景下《合成燃料工程》课程的教学改革实践.pdf
《双碳目标背景下《合成燃料工程》课程的教学改革实践.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《双碳目标背景下《合成燃料工程》课程的教学改革实践.pdf(3页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2023 年 第 16 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 498 期 189 双碳目标背景下双碳目标背景下 合成燃料工程课程的教学改革实践合成燃料工程课程的教学改革实践 王晓胜*,李然家,余长春(中国石油大学(北京)新能源与材料学院,北京 102249)摘 要合成燃料工程课程是针对化工工程与工艺、能源化学工程、新能源科学与工程以及储能科学与工程等专业学生开设的课程。通过课程的学习,能够使学生能系统掌握工业生产的主要合成燃料基本知识、原理和典型工艺流程。本文论述了合成燃料工程课程教学改革的实践探索,对教学内容改革进行了总结并对教学改革过程中遇到的问题进行了思考。关键词合成燃料工程;教学改革
2、;实践;创新 中图分类号G420 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)16-0189-02 Teaching Reform Practice of Synthetic Fuel Engineering under the Background of Carbon Peaking and Carbon Neutrality Goals Wang Xiaosheng*,Li Ranjia,Yu Changchun(China University of Petroleum-Beijing,College of New Energy and Materials,Beijing 102
3、249,China)Abstract:“Synthetic Fuel Engineering”is a course for students majoring in chemical engineering and technology,energy chemical engineering,new energy science and engineering,and energy storage science and engineering.Through the study of the course,students can systematically master the bas
4、ic knowledge,principle and typical process flow of main synthetic fuels in industrial production.This paper discusses the practical exploration of the teaching reform of the course“Synthetic Fuel Engineering”,summarizes the reform of the teaching content and considers the problems encountered in the
5、 process of teaching reform.Keywords:new energy;graduate students;curriculum system;innovation 2020 年 9 月,中国明确提出了 2030 年“碳达峰”与 2060年“碳中和”目标1。在电力、煤炭、钢铁、建材、石化、化工、有色金属等生产和消费总量大、碳排放强度高的行业中,能源相关占比很高2。因此,能源行业是我国碳排放和能源消耗的主体,也是国家实现双碳目标的关键3-6。能源行业如何发挥自身战略引领能力、运营管理能力、自主创新能力、价值创造力实现绿色低碳发展对于国家实现双碳目标具有重要的支撑、促进和示
6、范作用7-8。能源的消耗中有很大一部分是作为燃料使用和消耗掉,因而对燃料的“低碳化”甚至“脱碳”对我国具有重要的意义。为了应对“双碳”目标带来的行业转型实际需求,同时兼顾清洁能源的主要发展趋势,中国石油大学(北京)新能源与材料学院开设了合成燃料工程课程,通过该课程的学习,使学生掌握主要的合成燃料基本概念和专业术语,能够综合运用前期所学物理化学、催化反应工程、氢能与制氢技术以及无机化学、有机化学等课程的基础知识来理解工业过程并利用所学基础知识并结合课上所讲的新知识来解决具体的工程实际应用问题。在燃料清洁化、低碳化的发展趋势之下,合成燃料作为传统燃料的重要补充其地位显得越来越重要。在双碳目标的大背
7、景之下,合成燃料的生产过程也逐渐与风光电、化学品储能等新能源及储能过程想融合,在新能源及储能学科和产业的发展过程中也扮演了重要的角色,因而原本针对化学工程与工艺和能源化学工程两个专业开设的 合成燃料工程 课程需要针对教学内容和教学方法进行适当改革9-11。1 课程内容的改革的背景及实践课程内容的改革的背景及实践 合成燃料工程 课程的重点是讲授通过化学方法合成燃料的原理和工业生产方法,课程的主要内容都涉及工业实际生产流程,需要综合运用所学到的无机化学、有机化学、催化反应工程、热力学、传质与分离、工程流体力学等相关知识,需要在融会贯通的基础上建立完整的知识体系12。由于在校学生接触工业实际生产的机
8、会较少,因此课程内容的设置上需要做好从原理到应用、从理论到实践、从基础到工业的转变,实际上对课程的讲授人员和学习者来说都是一种挑战。燃料是人类活动的物质基础,人类社会的发展需要不断使用优质的燃料和先进的能源技术。确切地说,燃料是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。通常凡是能被人类加以利用以获得有用能量的各种来源都可以称为燃料;或者说,燃料是指能够直接取得或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源,包括煤炭、原油、天然气、煤层气、生物质、成品油等,以及其他新形式的燃料。传统的 合成燃料工程 课程设置的内容包括气化、制氢、生物天然气、代用天然气、合成甲醇、煤炭直接液化、煤炭间接液化等内容,其
9、中气化、代用天然气、煤炭间接液化、合成甲醇等内容是重点讲解和学习的内容。但在“碳达峰、碳中和”的大背景下,合成甲醇、代用天然气等的生产活动已经开始与新能源和储能的相关过程相交叉和融合,同时氨作为能源利用也逐渐受到重视13-14。因此在设置课程内容时需要考虑上述情况。为了扩大合成燃料工程课程的受众,保证课程能够面向化学工程与工艺、能源化学工程以及新能源科学与工程、储能科学与工程专业的学生,同时顺应相关技术发展的趋势,中国石油大学(北京)新能源与材料学院化学品储能教学团队在开设 合成燃料工程 课程时对授课内容作了如下改革:首先,授课内容中舍弃了煤炭直接液化、煤炭间接液化等传统煤化工相关内容,将合成
10、氨、合成天然气以及醇醚类燃料作为授课的主要内容;其次,对气化部分的相关内容进行了拆分,将天然气制合成气部分置入合成氨章节中,将煤制气部分融入合成天然气章节中,同时不再将制氢设置为独立章节,避免与其他课程内容的重复设置。改革后的合成燃料工程课程是针对化学工程与工艺、能源化学工程、新能源科学与工程以及储能科学与工程专业开放,课程的内容包括合成氨、合成甲醇、合成天然气、合成乙醇、合成二甲醚等的原理、工业生产技术及其发展趋势,结合现代工业生产实践,重点讲授工业上主要的合成燃料的原理和工业生产方法以及典型工艺流程9。通过该课程的学习,目的是使学生掌握主要的合成燃料基本概念和专业术语,能够综合运用前期所学
11、物理化学、催化反应工程、氢能与制氢技术以及无机化学、有机化学等课程的基础知识来理解工业过程并利用教学教改 教学教改 收稿日期 2023-02-04 基金项目 中国石油大学(北京)本科教育教学改革一般项目 作者简介 王晓胜(1988-),男,山东莱州人,工学博士、讲师,主要从事氢能相关研究。*为通讯作者。广 东 化 工 2023 年 第 16 期 190 第 50 卷 总第 498 期 所学基础知识并结合课上所讲的新知识来解决具体的工程实际应用问题。2 改革后的课程侧重点设置改革后的课程侧重点设置 改革后的合成燃料工程课程,主要讲授合成氨、合成天然气、合成醇醚基燃料三大部分内容。在课程内容的侧重
12、点设置上,都是按照背景介绍、反应原理(包括热力学、动力学、催化剂等)、典型合成工艺等。生产上述合成燃料的原料都是合成气,即 CO 和 H2。合成燃料生产可分为原料气生产(造气)和燃料合成两个阶段。造气过程的根本目标是生产符合燃料合成需要 H2/CO 比的原料气。目前合成主要有两种来源:一是利用煤气化生产;二是利用天然气生产。二者制合成气的过程都称为气化过程,因此气化过程在合成燃料的合成过程中具备非常重要的地位,因此在课程的安排上应给与较多的课时数。但在面向新能源科学与工程、储能科学与工程专业进行授课时,单独讲授气化章节已显得不合时宜。但考虑到学生们的具体接收能力,以及为了更好地服务课程的目的,
13、在课程设计上教学团队根据合成氨、合成天然气以及合成醇醚燃料的特点对造气过程根据原料进行了分割,将天然气造气过程融入合成氨章节,将煤制气融入合成天然气章节。合成氨的讲授内容包括:概论、合成氨的发展历史、合成氨的反应机理、气化及净化技术、合成氨催化剂、典型的合成氨工艺、绿色合成氨工艺等内容。侧重点位于合成氨的反应机理、气化及净化技术、典型的合成氨工艺等内容。合成氨的反应机理是理解合成氨工艺参数及催化剂结构的基础,因此对合成氨过程的热力学、动力学及合成氨的反应步骤进行详细的讲授。对于天然气重整造气过程,重点讲解蒸汽重整、干重整、自热重整对应的反应原理、关键问题、重点装置及工艺流程,并在此基础上讲解联
14、合重整工艺流程及优势。对合成氨的工艺流程,重点讲解合成氨塔的类型及各自的优势,而后将合成氨塔置入具体工艺流程中,对广泛使用的 Topse 改进的Haber-Bosch 合成氨工艺和 KBR KAAP-KRES 合成氨工艺。合成天然气的讲授内容包括:煤制气、COx 的甲烷化、典型甲烷化工艺,侧重点为煤制气及典型甲烷化工艺。以煤为原料的造气过程是传统的煤气生产过程,目前属于十分成熟的技术,在课上也对相关过程进行了重点讲解。造气过程除了需要控制合适的 H2/CO 比以外,还要求尽量提高反应热效率。为防止燃料合成过程催化剂的硫中毒,还需要对生产的原料气进行脱硫处理。因此课程的设置上,针对上述净化、变换
15、、脱碳等过程都有较为详细的讲解。讲解的过程中有选择性的对煤气化的热力学、动力学关键问题进行解释,同时重点讲授 Lurgi固定床气化、BGL 炉气化工艺和 Shell 干粉煤加压气流床气化的关键设备及工艺流程,结合前后工段对关键指标进行解释。COx 的甲烷化是对甲烷化过程中的温度、净化等关键问题以及常用的 Ni 基催化剂进行重点讲解,为后续的工艺流程讲授奠定基础15。典型的甲烷化工艺重点讲授丹麦托普索公司TREMP 甲烷化工艺、英国 Davy 公司的 CRG 甲烷化工艺和德国 Lurgi 公司的甲烷化工艺。生产合成燃料甲醇、二甲醚和液烃的反应都是放热反应,因此,如何输出反应热并控制恒定的反应温度
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 合成燃料工程 目标 背景 合成 燃料 工程 课程 教学改革 实践
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。