2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——石油化工與能源化學(xué)的關(guān)聯(lián)性探討考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述石油化工在現(xiàn)代社會(huì)能源供應(yīng)和材料生產(chǎn)中的主要作用。二、能源化學(xué)的主要研究范疇是什么？請(qǐng)列舉至少三個(gè)核心領(lǐng)域，并簡(jiǎn)要說(shuō)明其與能源問(wèn)題或環(huán)境問(wèn)題的關(guān)聯(lián)。三、論述石油化工原料（如甲烷、乙烯、丙烯、二氧化碳）在能源化學(xué)發(fā)展中的具體應(yīng)用形式和潛在價(jià)值。四、分析現(xiàn)有石油化工生產(chǎn)工藝中，能源消耗和碳排放的主要環(huán)節(jié)，并探討可能的能源化學(xué)技術(shù)介入點(diǎn)及其潛力（例如，可再生能源制氫替代化石燃料，或過(guò)程耦合碳捕獲）。五、以費(fèi)托合成或甲醇制烯烴/芳烴等工藝為例，說(shuō)明石油化工技術(shù)在能源化學(xué)新路徑開(kāi)發(fā)中可能提供的借鑒或支撐。六、在碳中和目標(biāo)下，石油化工產(chǎn)業(yè)面臨哪些轉(zhuǎn)型壓力？結(jié)合能源化學(xué)的發(fā)展，探討石油化工未來(lái)可能的發(fā)展方向，例如如何融入氫能經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)或深度脫碳。七、討論石油化工與能源化學(xué)在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策層面融合發(fā)展中可能遇到的共性挑戰(zhàn)，并提出應(yīng)對(duì)思路。八、能源化學(xué)的突破性進(jìn)展（如高效可再生能源利用、先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)、可控核聚變等）可能如何反過(guò)來(lái)推動(dòng)石油化工產(chǎn)業(yè)的綠色化、智能化升級(jí)？請(qǐng)結(jié)合實(shí)例闡述。試卷答案一、石油化工以石油和天然氣為主要原料，通過(guò)一系列化學(xué)加工過(guò)程，生產(chǎn)出基礎(chǔ)化學(xué)品、合成材料、燃料等。它在現(xiàn)代社會(huì)中扮演著關(guān)鍵角色：一是作為能源的重要補(bǔ)充，部分化工產(chǎn)品（如汽油、柴油、航空煤油）可直接用作燃料；二是為現(xiàn)代材料工業(yè)提供基礎(chǔ)原料，支撐了塑料、合成纖維、橡膠等高分子材料的發(fā)展，這些材料廣泛應(yīng)用于建筑、交通、包裝、電子等眾多領(lǐng)域，間接服務(wù)于能源消費(fèi)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。此外，石油化工過(guò)程也衍生出精細(xì)化學(xué)品，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、日化等行業(yè)，是支撐國(guó)計(jì)民生的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。二、能源化學(xué)是研究能源的化學(xué)轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存、利用以及相關(guān)化學(xué)過(guò)程的交叉學(xué)科。其主要研究范疇包括：1.可再生能源化學(xué)：研究太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉吹母咝?、?jīng)濟(jì)、可持續(xù)的化學(xué)轉(zhuǎn)化方法，如光合作用模擬、水分解制氫、生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化等。其與能源問(wèn)題的關(guān)聯(lián)在于提供清潔、可持續(xù)的能源來(lái)源，緩解化石能源短缺和環(huán)境問(wèn)題。2.儲(chǔ)能化學(xué)：研究化學(xué)電池（如鋰離子電池、鈉離子電池、固態(tài)電池）、超級(jí)電容器、氫儲(chǔ)能等化學(xué)儲(chǔ)能體系的材料、反應(yīng)機(jī)理和性能優(yōu)化。其與能源問(wèn)題的關(guān)聯(lián)在于解決可再生能源的間歇性和波動(dòng)性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)能源的平滑輸出和大規(guī)模儲(chǔ)存。3.碳中和技術(shù)：研究二氧化碳的捕集、分離、轉(zhuǎn)化和封存（CCUS）技術(shù)，以及利用含碳廢氣或生物質(zhì)生產(chǎn)化學(xué)品和燃料的負(fù)碳技術(shù)。其與能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題的關(guān)聯(lián)在于減少溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，并可能創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。此外，還包括化石能源的清潔高效利用（如天然氣化學(xué)、煤化學(xué)）、燃料電池技術(shù)、能源電化學(xué)等。三、石油化工原料在能源化學(xué)中的應(yīng)用形式和潛在價(jià)值多樣：1.甲烷：可通過(guò)水煤氣變換反應(yīng)制取合成氣（CO+H?），合成氣是合成氨、甲醇以及多種碳基化學(xué)品和燃料的前體；甲烷也可在催化作用下直接或間接轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫氣，用于費(fèi)托合成或合成氣制取化學(xué)品；通過(guò)甲烷裂解可制備碳纖維等高性能材料；二氧化碳的捕獲與甲烷化技術(shù)可將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷等高價(jià)值燃料或化學(xué)品，實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)。2.乙烯、丙烯：這兩種烯烴是重要的石化基礎(chǔ)原料，除了用于生產(chǎn)塑料、合成橡膠等傳統(tǒng)材料外，在能源化學(xué)領(lǐng)域，它們可作為合成燃料（如ETBE、MTP）、合成氣制取的中間體、或用于制備新型儲(chǔ)能材料（如乙烯基聚合物基超級(jí)電容器電極材料）。3.二氧化碳：作為石油化工過(guò)程的副產(chǎn)物，其高濃度排放帶來(lái)環(huán)境壓力。在能源化學(xué)中，CO?是重要的碳資源，可通過(guò)催化轉(zhuǎn)化制備甲醇、乙醇、乙酸、尿素等化學(xué)品，或通過(guò)電解CO?制取二氧化碳燃料電池的燃料（CO?RR），甚至直接轉(zhuǎn)化為固態(tài)碳材料或用于地質(zhì)封存，實(shí)現(xiàn)碳捕集利用與封存（CCUS）。四、現(xiàn)有石油化工生產(chǎn)工藝中，能源消耗主要集中在高溫高壓反應(yīng)過(guò)程（如裂解、合成）、分離過(guò)程（如蒸餾、吸收）以及物料輸送環(huán)節(jié)。碳排放主要源于化石燃料的燃燒用于提供反應(yīng)熱和驅(qū)動(dòng)設(shè)備。能源化學(xué)技術(shù)介入點(diǎn)及其潛力包括：1.可再生能源制氫替代化石燃料：利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源通過(guò)電解水或光解水制取綠氫，用于替代天然氣制取合成氣或作為工業(yè)過(guò)程的燃料/還原劑，從而大幅降低化工過(guò)程的化石能源依賴(lài)和碳排放。2.過(guò)程耦合碳捕獲：在高碳排放的化工過(guò)程（如費(fèi)托合成、甲醇合成）中集成碳捕獲技術(shù)（如MEA法、膜分離法），將產(chǎn)生的CO?捕集起來(lái)進(jìn)行利用或封存，減少大氣排放。3.提高能源效率：引入能源化學(xué)中的高效反應(yīng)器和分離技術(shù)（如膜反應(yīng)器、分子篩吸附），優(yōu)化工藝流程，減少能量損失，降低單位產(chǎn)品生產(chǎn)能耗。4.原料柔性化：開(kāi)發(fā)能夠利用多種能源形式（電、熱、光）或非傳統(tǒng)原料（如廢棄物）的催化過(guò)程，增強(qiáng)石油化工對(duì)可再生能源和廢棄物的接納能力。五、以費(fèi)托合成（Fischer-Tropsch）工藝為例，該工藝將合成氣（CO+H?）轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴類(lèi)燃料和化學(xué)品，其原理和設(shè)備設(shè)計(jì)與石油化工有深厚淵源：1.催化劑技術(shù)借鑒：費(fèi)托合成使用的鐵基或鈷基催化劑的研發(fā)，借鑒了石油化工中重整、合成等反應(yīng)的催化劑設(shè)計(jì)思想和制備方法。2.反應(yīng)器設(shè)計(jì)啟示：高溫高壓的反應(yīng)條件對(duì)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)（如耐高溫高壓材料、高效傳熱傳質(zhì)結(jié)構(gòu)）提出了要求，這與石油化工裂解爐、合成塔等關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)理念相通。3.原料來(lái)源拓展：費(fèi)托合成使得利用煤炭、天然氣、生物質(zhì)等多樣化碳源制備液體燃料成為可能，這與石油化工依賴(lài)特定石油資源的模式形成互補(bǔ)，為能源供應(yīng)提供了更多選擇。此外，石油化工中成熟的分離技術(shù)（如精餾）也應(yīng)用于費(fèi)托合成產(chǎn)品的分離和提純。費(fèi)托合成等工藝展示了傳統(tǒng)石油化工技術(shù)在處理大規(guī)模、多組分反應(yīng)混合物方面的經(jīng)驗(yàn)可以為能源化學(xué)新路徑的開(kāi)發(fā)提供寶貴的技術(shù)積累和工程支撐。六、在碳中和目標(biāo)下，石油化工產(chǎn)業(yè)面臨嚴(yán)峻轉(zhuǎn)型壓力，主要源于全球?qū)茉聪M(fèi)的限制和碳排放的要求。其轉(zhuǎn)型方向可結(jié)合能源化學(xué)發(fā)展展望：1.深度脫碳：利用能源化學(xué)的CCUS技術(shù)，大規(guī)模捕集自身生產(chǎn)過(guò)程及上游化石能源開(kāi)采利用環(huán)節(jié)產(chǎn)生的CO?，并進(jìn)行封存或高價(jià)值利用（如轉(zhuǎn)化為化學(xué)品、燃料）。2.原料電氣化和多元化：大規(guī)模引入可再生能源制氫（綠氫、藍(lán)氫），替代部分化石原料（如天然氣）用于合成氣制備等過(guò)程；開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)、工業(yè)廢棄物、二氧化碳等非化石碳源。3.工藝綠色化與智能化：應(yīng)用能源化學(xué)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的高效、低能耗催化劑和反應(yīng)器技術(shù)，優(yōu)化現(xiàn)有工藝，降低能耗和碳排放；結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝優(yōu)化和預(yù)測(cè)性維護(hù)，提高運(yùn)行效率和安全性。4.融入氫能經(jīng)濟(jì)：將自身定位為氫能產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，生產(chǎn)綠氫作為燃料或化學(xué)品合成原料，并開(kāi)發(fā)氫燃料電池等應(yīng)用。5.發(fā)展生物基和循環(huán)經(jīng)濟(jì)：增加生物基原料的使用比例，開(kāi)發(fā)高性能聚合物等材料，并構(gòu)建化學(xué)品和材料的閉環(huán)回收利用體系，減少對(duì)原生資源的依賴(lài)和廢棄物的產(chǎn)生。未來(lái)，石油化工可能與能源化學(xué)深度融合，從傳統(tǒng)的“碳”中心向“氫”或“循環(huán)”中心轉(zhuǎn)型，成為能源化工體系的重要組成部分。七、石油化工與能源化學(xué)融合發(fā)展中可能遇到的共性挑戰(zhàn)包括：1.經(jīng)濟(jì)性挑戰(zhàn)：可再生能源制氫、CCUS、新型催化劑等能源化學(xué)技術(shù)的成本目前相對(duì)較高，如何通過(guò)規(guī)?；图夹g(shù)創(chuàng)新降低成本，實(shí)現(xiàn)與成熟石油化工技術(shù)的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，是融合的關(guān)鍵瓶頸。2.技術(shù)集成與兼容性挑戰(zhàn)：石油化工裝置通常規(guī)模巨大、運(yùn)行穩(wěn)定，而部分能源化學(xué)新技術(shù)可能需要更靈活、更綠色的操作條件，如何實(shí)現(xiàn)兩者在工藝流程、設(shè)備材質(zhì)、控制系統(tǒng)等方面的有效集成和兼容是一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題。3.基礎(chǔ)設(shè)施與投資挑戰(zhàn)：化工園區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施（如水電供應(yīng)、管網(wǎng)）可能需要改造以適應(yīng)可再生能源和氫能的需求；同時(shí)，涉及CCUS、綠氫生產(chǎn)等技術(shù)的投資規(guī)模巨大，投資回報(bào)周期長(zhǎng)，需要長(zhǎng)期穩(wěn)定的政策支持和市場(chǎng)機(jī)制。4.政策法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)挑戰(zhàn)：缺乏針對(duì)化工過(guò)程深度脫碳、綠氫應(yīng)用、CCUS等新技術(shù)的統(tǒng)一政策法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證體系，影響了技術(shù)的推廣和應(yīng)用。5.跨學(xué)科人才短缺：既懂石油化工工藝又熟悉能源化學(xué)技術(shù)的復(fù)合型人才不足，制約了兩者融合的創(chuàng)新和實(shí)施。八、能源化學(xué)的突破性進(jìn)展將反哺石油化工產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)其綠色化、智能化升級(jí)：1.高效可再生能源利用技術(shù)（如高效光伏電池、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)）為化工過(guò)程提供低成本、零排放的電力和熱力，支持綠氫生產(chǎn)，降低對(duì)化石能源的依賴(lài)。2.先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)（如長(zhǎng)壽命、高安全性的儲(chǔ)能電池）能夠平抑可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性，保障化工生產(chǎn)對(duì)穩(wěn)定能源供應(yīng)的需求，并為夜間或非用電高峰時(shí)段的綠氫生產(chǎn)和使用創(chuàng)造條件。3.可控核聚變技術(shù)若實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，可提供近乎無(wú)限的清潔能源，其高溫、高功率密度特性可極大簡(jiǎn)化化工反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，并可能直接用于需要高溫條件的化工過(guò)程，帶來(lái)革命性變革。4.氫能技術(shù)（包括高效制氫、儲(chǔ)運(yùn)、燃料電池技術(shù)）的發(fā)展，使氫能成為連接能源與化工的橋梁，石油化工可以轉(zhuǎn)型為氫能的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化中心，生產(chǎn)綠氫燃料或用于化工合成，實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型。5.碳中和技術(shù)（特別是高效的CCUS和直接空氣捕集DAC技術(shù)）為石油化工提供了捕獲和處置過(guò)量排放CO?的手段