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| 內容簡介： |
本书作者长期从事科研与科技成果产业化，系统总结了中圣科技集团多年的科技成果产业化成效、成果，针对节能、能源调整、技术创新三大方面，分别阐述工业余热回收高效利用技术，液化天然气储运、汽化、冷能利用、保冷技术，光伏新能源行业多晶硅生产及冷氢化技术，废气和废水回收、处理技术等企业研发成果及多项专利技术，为工程技术人员提供工程应用案例。具体包括工业过程高、中、低温余热回收高效综合利用技术；液化天然气（LNG）相关的储运技术、汽化技术、冷能利用技术及保冷技术；光伏新能源多晶硅的核心工艺关键技术及工艺成套装备，从多晶硅生产工艺、三氯氢硅的合成及还原到四氯化硅冷氢化等技术；废气回收再利用技术、无害化排放技术，如节能型消烟火炬、零能耗音速火炬头、节能低碳地面火炬等，这些技术均为节能低碳型前沿技术；各种高盐废水的先进处理技术，涵盖高盐废水处理的全过程，包括预处理、膜处理、蒸发结晶等，详细阐述了各种节能处理技术如多效蒸发、机械蒸汽再压缩（MVR）、热力蒸汽再压缩（TVR）、晶种高效降膜蒸发等。
本书不仅可供石油、石化、化工、能源、安全、环保、节能等领域的技术人员和管理人员使用，也可作为高等院校相关专业师生的辅助教材用书。
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| 關於作者： |
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郭宏新，研究方向为能源动力工程相关领域，高效传热技术、清洁能源LNG及新能源多晶硅工艺装备、节能环保工程，先后承担了国家科技部、工信部、中国石化、中国石油、中国海油、万华化学等大型国有企业委托的多项重大装备国产化研究。其中LNG气化器及液化装备国产化（列入中国石化“十条龙”重点科技攻关项目）、中国石化百万吨乙烯PO/SM装置脱水反应器国产化以及20万吨乙二醇项目偶联反应器、国家工信部大型LNG液化成套装备、LNG输送管道绝冷系统、超长距离热力管网输送系统、高压管道减震系统、大型火炬气回收系统、高含盐废水零排放系统等重大装备及系统工程研发制造服务等，打破了国外在同类技术上的长期垄断。牵头制定国家标准5项，国家火炬计划项目2项；国家重点新产品项目4项；江苏省科技成果转化专项资金项目5项，南京市科技支撑计划项目5项。获得发明专利70余项。科研成果获得国家科学技术进步奖二等奖，国家科技进步一、二等奖、江苏省科学进步二等奖、南京市科技进步一等奖、中国石化联合会科技进步一等奖、中石化科技进步一等奖。
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| 目錄：
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第1章 概述001
1.1 能源现状002
1.2 温室效应003
1.2.1 温室效应的影响004
1.2.2 全球气候治理相关公约与协议004
1.3 世界及中国减排路线008
1.3.1 全球近零排放路线008
1.3.2 中国“双碳”目标008
1.4 实现“双碳”目标的途径012
1.4.1 节能提效013
1.4.2 低碳能源天然气017
1.4.3 清洁能源太阳能021
1.5 实现“双碳”目标的关键技术026
1.5.1 余热回收高效利用技术026
1.5.2 LNG 成套装备技术028
1.5.3 光伏新能源多晶硅生产工艺及装备技术028
1.5.4 废气无害化处理及资源化利用技术029
1.5.5 废水处理及污染物资源化技术029
1.5.6 氢燃料电池030
1.5.7 可控核聚变031
参考文献032
第2章 余热回收高效利用技术035
2.1 概述036
2.1.1 余热资源及其分类036
2.1.2 余热资源回收及评价方法037
2.2 电力与环保行业余热回收039
2.2.1 锅炉尾部烟气余热回收040
2.2.2 余热回收与环保050
2.3 钢铁冶金行业余热回收054
2.3.1 烧结环冷机全流程余热回收056
2.3.2 高炉热风炉余热回收057
2.3.3 电炉炼钢余热回收061
2.3.4 冶金动力锅炉余热回收064
2.3.5 冶金焦化余热回收068
2.3.6 冶金综合节能展望072
2.4 化工行业余热回收074
2.4.1 化工余热回收075
2.4.2 石油化工余热回收081
2.5 工业窑炉余热回收088
参考文献100
第3章 LNG 成套装备技术101
3.1 概述102
3.1.1 我国天然气消费发展概况102
3.1.2 我国LNG 接收站发展概况103
3.2 LNG 储罐104
3.2.1 薄膜储运技术发展105
3.2.2 薄膜罐基本结构106
3.2.3 全容罐的基本结构108
3.2.4 薄膜储运技术在陆地应用的优势109
3.3 BOG 再冷凝回收112
3.3.1 填料塔式再冷凝器112
3.3.2 新型高效再冷凝器114
3.3.3 BOG 再冷凝的节能减排115
3.4 LNG 气化器115
3.4.1 气化器的种类115
3.4.2 开架式气化器116
3.4.3 中间介质气化器122
3.4.4 浸没燃烧式气化器127
3.4.5 LNG 气化器选型与碳排放比较134
3.5 LNG 超低温管道保冷135
3.5.1 保冷材料的选用136
3.5.2 保冷结构的选取与发展138
3.6 LNG 冷能利用142
3.6.1 LNG 冷能利用概况142
3.6.2 LNG 冷能发电145
3.6.3 LNG 冷能空分152
3.6.4 LNG 冷能用于石化154
3.6.5 LNG 冷能用于冷库与制冰156
3.6.6 LNG 冷能用于氢液化157
3.7 新技术应用及发展趋势161
3.7.1 大型薄膜储罐161
3.7.2 气化器162
3.7.3 管道保冷162
3.7.4 冷能利用162
参考文献163
第4章 光伏新能源多晶硅生产工艺及装备技术165
4.1 概述166
4.2 多晶硅生产工艺167
4.2.1 西门子法工艺路线167
4.2.2 改良西门子法工艺路线168
4.2.3 硅烷热分解法工艺路线169
4.3 三氯氢硅的合成171
4.3.1 液氯汽化171
4.3.2 氯化氢的合成171
4.3.3 三氯氢硅的合成172
4.4 三氯氢硅还原制备高纯硅175
4.4.1 三氯氢硅还原的影响因素175
4.4.2 三氯氢硅还原工艺流程176
4.4.3 三氯氢硅汽化器176
4.4.4 三氯氢硅还原炉177
4.5 三氯氢硅歧化制备硅烷179
4.5.1 三氯氢硅歧化原理179
4.5.2 三氯氢硅歧化工艺流程179
4.5.3 三氯氢硅制硅烷反应精馏塔181
4.5.4 硅烷精馏塔181
4.6 硅烷流化床热分解法制备高纯硅182
4.6.1 硅烷流化床热分解法制备高纯硅原理182
4.6.2 硅烷流化床热分解法制备高纯硅工艺流程182
4.6.3 硅烷流化床反应器183
4.6.4 硅烷流化床反应器的关键技术183
4.7 四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅184
4.7.1 四氯化硅冷氢化机理184
4.7.2 四氯化硅冷氢化工艺流程185
4.7.3 冷氢化流化床反应器185
4.7.4 冷氢化技术186
4.7.5 冷氢化技术未来趋势187
4.8 三氯氢硅精馏提纯187
4.8.1 精馏塔的分类188
4.8.2 精馏提纯设备188
4.8.3 精馏提纯工艺190
4.9 气气高效换热器技术193
4.9.1 气气换热器运行问题193
4.9.2 管程流场优化193
4.9.3 壳程结构优化195
4.9.4 高效换热管的应用196
4.10 新技术应用及发展趋势196
参考文献197
第5章 废气无害化处理及资源化利用技术200
5.1 概述201
5.1.1 石化有机废气排放来源201
5.1.2 工业有机废气治理现状202
5.1.3 有机废气治理技术综述203
5.2 工业有机废气回收利用减碳205
5.2.1 废气回收作替代燃料205
5.2.2 废气焚烧及废热回收211
5.3 废气燃烧无害化排放工程降碳216
5.3.1 工业火炬排放概述216
5.3.2 节能型蒸汽消烟高架火炬218
5.3.3 零能耗音速火炬头221
5.3.4 节能与富氢火炬长明灯223
5.3.5 节能低碳封闭式地面火炬系统226
5.3.6 节能型开放式地面火炬系统235
5.3.7 火炬长周期运行技术助力低碳238
参考文献240
第6章 废水处理及污染物资源化技术241
6.1 概述242
6.1.1 背景与政策242
6.1.2 含盐废水零排放与“双碳”目标244
6.1.3 含盐废水零排放“双碳”实施路径246
6.1.4 含盐废水零排放处理技术247
6.2 预处理技术248
6.2.1 物理处理法249
6.2.2 生化处理法255
6.2.3 高级氧化法263
6.3 膜处理技术269
6.3.1 微滤和超滤271
6.3.2 反渗透和纳滤271
6.3.3 离子交换和电渗析273
6.3.4 工程应用275
6.4 蒸发结晶技术277
6.4.1 多级闪蒸277
6.4.2 多效蒸发281
6.4.3 MVR 蒸发284
6.4.4 TVR 蒸发288
6.4.5 晶种高效降膜蒸发291
6.4.6 烟道蒸发296
6.4.7 膜蒸馏299
6.4.8 冷冻结晶302
6.5 新技术发展305
6.5.1 低温常压蒸发305
6.5.2 浸没燃烧蒸发307
6.5.3 双极膜电渗析310
参考文献313
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| 內容試閱：
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在气候变化和环境问题日益严峻的背景下，节能减排与减碳是当前全球面临的重要议题，不仅关乎环境保护与气候变化，也与可持续发展、民生福祉及国家战略紧密相关。温室气体排放，尤其是二氧化碳的排放，是导致全球气候变暖的主要原因，通过节能减排和减碳，可以有效减缓气候变化的速度，降低极端气候事件发生的频率和强度。通过节能减排与减碳，可以减少对化石能源的依赖，增强能源供应的稳定性和安全性，保障国民经济持续健康发展及国家的能源安全。通过节能减排和减碳，可以减少污染物排放，改善环境质量，为公众提供更加健康宜居的生活环境，从而促进社会的稳定和谐。
节能减排与减碳是一项系统工程，需要政府、企业、科研机构和公众的共同努力。面对全球性的气候问题，更需要国际合作，方能取得显著成果。中国是国际气候变化的重要参与方及谈判方，近年来，我们一直积极与世界各国分享减排技术和经验，共同推动全球绿色低碳发展，已承诺力争在2030年前实现“碳达峰”，努力争取2060年前实现“碳中和”。为了实现这一目标，中国政府采取了一系列措施及政策，如推动能源结构调整、发展清洁能源、提高能源利用效率、加强环境保护法规的执行等。原中国气候变化事务特使解振华在中国环境与发展国际合作委员会2024年年会（北京）上指出：必须围绕“双碳”目标，以统筹降碳减污为抓手，推动产业结构、能源结构、交通运输结构的优化调整，推进绿色低碳高质量发展。近年来，中国在清洁能源技术、能效提升技术、碳捕集利用与封存技术等方面取得了显著进展。社会各界的积极参与也是节能减排和减碳能否成功的关键，企业和个人可通过改进生产工艺、采用节能设备、提高资源利用效率等方式降低能源消耗和碳排放。
从技术层面上讲，减排与减碳主要有三大途径：节能减排、能源结构调整和技术创新。节能减排的本质是满足同样能量需求的前提下减少能源的使用量，或者消耗同等的能量形成更多的产出，节能不仅降低了能源成本，也直接减少了与能源使用相关的温室气体排放。能源结构调整是实现减排、减碳目标的关键途径之一，其主要措施有：使用低碳能源代替高排放能源，如使用天然气代替煤；降低化石能源消费比重，如降低煤电的比重；发展清洁能源，如太阳能、风能、水电、生物质能等。技术创新是推动节能减排和减碳实践的关键，通过技术的不断进步和创新，可以显著提高能源使用效率，降低设备或产品成本，从而促进可持续发展和环境保护。
本书第1章概括介绍了能源现状、温室效应、减排路线以及我国实现“双碳”目标的途径和关键技术。第2章介绍了电力、冶金、化工等领域的典型余热回收技术，通过采用余热回收高效综合梯级利用技术，大幅降低行业的能源需求，从而达到减排的目的。第3章介绍了与液化天然气（LNG)相关的储运技术、汽化技术、冷能利用技术及保冷技术。天然气是典型的低碳型能源，通过“气代煤”可以大幅降低碳排放，液化天然气因具有高能量密度、运输方便、储存灵活等特点，广泛用于天然气的储运及贸易中，但因将其液化需要维持-163℃超低温，导致其液化、储存及再汽化需要很高的技术门槛。第4章从太阳能多晶硅生产工艺、三氯氢硅的合成及还原、四氯化硅冷氢化等方面介绍了光伏新能源多晶硅的关键技术及工艺成套装备。太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源，多晶硅是制造太阳能光伏电池的原材料，其造价直接影响光伏太阳能的利用成本及推广应用普及程度。长期以来，多晶硅生产中，每生产1吨多晶硅要副产4吨以上四氯化硅，四氯化硅作为一种副产物，如果填埋处理，一遇潮湿空气即分解成硅酸和剧毒气体氯化氢，存在重大安全和污染隐患。冷氢化技术可以将副产物四氯化硅转换为三氯氢硅，实现了废物资源化，从而大幅降低了多晶硅生产成本，极大地促进了太阳能光伏电池的推广，使太阳能真正成为清洁能源。工业是国民生产的支柱，工业生产过程中不可避免地会产生废气废液。第5章介绍了废气回收再利用技术、无害化排放技术，实现了“效益型环保”理念，如节能型消烟火炬、零能耗音速火炬头、节能低碳地面火炬等，这些技术均为节能低碳型前沿技术。工业废液特别是高盐废水，一直是工业污水处理最难、最后的一环。第6章介绍了各种高盐废水的先进处理技术，涵盖了高盐废水处理的全过程，包括预处理、膜处理、蒸发结晶等，详细阐述了各种节能处理技术，如蒸发结晶技术的多效蒸发、机械蒸汽再压缩（MVR）、热力蒸汽再压缩（TVR）、晶种高效降膜蒸发等。上述工程技术与实践均是践行“效益型环保”的生动案例，是增效型减碳、创新型减碳的具体实践，可供工程技术人员可以在工程应用中借鉴，从而推动我国“双碳”目标的早日实现。
中圣研究院技术团队的首席专家刘丰教授、杨峻教授、刘世平博士、郭海纬博士、王建果博士、何松博士、陈飞高工、张贤福高工等参与了本书的编写工作，对他们的辛勤付出表示感谢！
感谢中国工程院邵安林院士和江苏省化工行业协会会长乔旭教授对中圣技术团队及研究成果的认可并作序加以肯定。
由于编者水平和经验有限，书中难免出现疏漏和不足之处，敬请读者批评指正。
郭宏新
2025年4月
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