大气净化产业新技术综述

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1、大气净化产业新技术 山东大学 2015 我们开发的大气净化产业新技术包括： 1）二氧化碳的高值有效封存利用； 2）二氧化硫的气相高效脱除技术； 3）高活性氨基还原剂烟气脱硝技术等。 这些技术的创新之处： 不只是将排放的有害气体CO2、SO2、NOX经济有效的 脱除，而且变害为利，将CO2、SO2转化为有价值产品。 因此，我们称之为大气净化产业新技术。 总题介绍 上述技术的产业化将有助于解决全球气候变 化问题，能源问题，煤炭清洁利用问题，节能减 排问题，我国工业产业结构调整及低碳可持续发 展问题，以及我国的大气污染及天气雾霾等一系 列急需解决的现实问题。 总题介绍 当前我国大气污污染形势势非常严

2、严峻，全国部分地区持续续出 现现大范围围的雾雾霾天气，受影响国土面积积达230万平方公里， 受影响人口达6亿亿，对对人们们身体健康产产生严严重危害，影响社 会和谐稳谐稳 定，成为为社会的焦点和重大民生问题问题 。 雾雾霾形成的原因除气象因素外，其根本原因是污污染物排 放量巨大。二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、烟粉尘尘、挥发挥发 性有机物等是影响空气中PM2.5浓浓度的主要污污染物。 2012年，我国上述四项污项污 染物的排放总总量分别为别为 100亿亿 吨、2218万吨、2404万吨、1500万吨和3000万吨。 总题介绍 分领域项目简介 u 脱硫脱硝领域 项目一、尿素制氨新技术 项目二、高活性

3、氨基还原剂烟气脱硝技术 项目三、高效气相脱硫技术 u 二氧化碳减排领域 项目四、二氧化碳的高值有效封存利用 u 低碳工业领域 项目五、低碳工业路线开发 现有电厂脱硝技术一般采用液氨或者高成本的传统 尿素制氨技术；水泥厂脱硝一般采用氨水为原料，这些方 法存在着多种问题。 项目一、 尿素制氨新技术 项目一、 尿素制氨新技术 现有尿素制氨技术的反应方程式为： (NH(NH 2 2 ) ) 2 2 CO + HCO + H 2 2 OCOOCO 2 2 + 2NH+ 2NH 3 3 该技术的缺点： 1.在现有尿素制氨技术中，只利用了占尿素质量50% 的氨部分，造成了尿素资源的浪费。 2.尿素热解反应温

4、度高达600，消耗大量燃料油或 电能，不利于节能减排,而且其成本比尿素原料成本还 高.例如:一电厂脱硝每天需要尿素15吨,用6吨柴油热解 ,不仅生产成本高,而且每天排出11+19吨COCO 2 2. . 3.热解不完全,产生沉淀,易引起系统堵塞. 从国内运行情况来看，尿素法SCR脱硝工艺比液氨 法工艺成本高。 我们开发的尿素制氨新技术可以替代上述技术和原料。 该技术既可以满足脱硝用氨的要求，又得到高附加值产 品。其反应原理如下： (NH2)2CO 固体产品 + NH3 这是一种烟气脱硝用氨的经济、安全产生方法，本技 术已申请并获得国家专利（专利号：200910014992.2）。 项目一、尿素

5、制氨新技术 图1. 尿素制氨新技术流程示意图 项目一、尿素制氨新技术 尿素制氨新技术的特点 本技术的实施可在现有尿素制氨或液氨气化装置上建 一旁路，将尿素制氨新工艺装置接上，不影响现有发 电及脱硝的正常运行。 尿素制氨新装置可在设备加工厂制作、调试运行平稳 后再运送到电厂，不影响电厂的管理。 尿素制氨新技术具有成熟的工艺原理和反应条件。 制氨量可根据脱硝用氨量随时进行调节，制氨系统中 只有少量的氨，因此系统安全性大为提高。 尿素制氨新技术的优势 u 尿素原料充分利用：在新技术中，尿素全部转化成了产品并 得到了增值；而传统尿素制氨中有50%的尿素转化成了无用的CO2。 u 节能减排：新技术的反应

6、只需要200，反应温度低、能量消 耗少，达到了真正的零排放 。而传统尿素制氨工艺需要600的高温 ，用燃油加热或电加热，消耗大量能源并释放CO2； u 提高了用氨安全性：产生的氨直接用于脱硫脱硝，不用储存 ，降低了运输、储存和使用液氨所带来的安全风险。 u 经济效益高：生产的氨气直接用于脱硫脱硝，同时得到高附加 值产品。 表1. 新技术与液氨法、传统尿素制氨法的 经济效益比较（年产3000吨氨） 制氨方法 品名 单单价/ 元/吨 年量/ /吨 年价格 /万元 年收益 /万元 CO2排放 量/吨 尿素制氨 新技术术 尿素1600120001920 +7800 气氨25003000 固体产产 品

7、300090002700 液氨法液氨250030007507500 现现有尿素 制氨法 尿素16005300848 20483900 柴油600020001200 项目二、 高活性氨基还原剂烟气脱硝技术 目前国内应用最为广泛的脱硝技术是SCR和SNCR。 在SCR脱硝技术中催化剂是核心，其成本约占SCR系统总 成本的20%-30%，运行成本占20-40%，且催化剂易中毒 ，增加了系统的不稳定性； SNCR 脱硝工艺一般是将含量10-20%的氨水喷入高 温反应区内，易造成反应区内温度骤降且不均匀，导致脱 硝效率低下，目前一般脱硝效率仅为30-50%，并且影响 炉内燃烧效率。 脱硝效率低，一般仅为

8、30-50%； 氨水也属于危险化学品，运输、储存都需要备案，一旦泄 露造成危害，损失较大； 工业氨水中的含氨量一般不大于20%，造成运输不便、储 存受限，从而使购买成本增大； 使用氨水时不仅使炉温降低，并且影响炉内燃烧效率，每 吨氨水加入炉内大约额外需要增加能耗90公斤标准煤； 脱硝时氨水用量大， NH3/NOx的摩尔比一般在1.5:1，造成 氨逃逸； 部分地区氨水的价格较高，使脱硝成本大为提高。 氨水法SNCR的缺点 活性氨脱硝技术不用催化剂，克服了SCR技术中催 化剂投资大、烟气成分影响大、运行成本高等诸多缺点 ；克服了SNCR技术中反应温度高、还原剂与烟气混合 程度差、脱硝效率低、氨气逸

9、出量大等一系列缺点。 活性氨脱硝主要装置有： 活性氨发生系统、计量模块、分配系统、自动控制系统 装置系统简易，设备投资少，占地面积小。 活性氨脱硝技术 表2. 活性氨脱硝技术与SNCR技术的对比 内容SNCR活性氨 还还原剂剂氨NR3 反应应温度9501050600800 脱硝效率30%60%60%90% 物料混合 情况 反应应物料难难以混合均匀物料混合比较较均匀 脱硝剂剂用量氨消耗量大，NH3/NOx摩尔比高还还原剂剂用量少 对对炉子的影响对对窑炉温度有影响，煤耗增加对对窑炉温度无影响 占地空间间较较大 较较小 建设设施工工期较长较长短，不影响生产产 活性氨烟气脱硝技术已经在山水集团3号窑炉

10、进 行了中试，中试脱硝数据稳定，脱硝后NOx排放浓度 低于目前国家对水泥窑炉NOx的排放标准。 随着工艺技术的优化，完全能够建立一套新的更 低的水泥窑炉NOx排放标准体系，减轻我国大气污染 及雾霾等环保压力。 活性氨脱硝技术 序 号 加料位置 温度 / 氨氮比 脱硝后NOX 浓浓度/mg/m3 脱硝前NOX 浓浓度/mg/m3 脱硝效率 /% 1 4级预热级预热 器下锥锥 体清料孔 8100.52625773565 2 4级预热级预热 器下锥锥 体清料孔 8101.5120045355.8 3 3级预热级预热 器下料 管翻板阀阀下 6400.76728659952.2 4 3级预热级预热 器下

11、料 管翻板阀阀下 6400.71419278475.5 表3. 活性氨脱硝技术在水泥窑炉脱硝试验结果 活性氨脱硝技术已在电厂锅炉烟气脱硝进行了 现场试验。在75t/h和220t/h循环流化床锅炉上，不 用进行锅炉改造，按氨氮比1:1加入还原剂，脱硝后 NOx排放浓度小于80mg/m3，低于国家NOx排放浓 度100 mg/m3的标准。 活性氨脱硝技术 图2. 75t/h循环流化床锅炉脱硝结果 图3. 220t/h循环流化床锅炉脱硝结果 项目三、 高效气相烟气脱硫技术 目前世界范围内的脱硫技术很多，根据脱硫过程和产物的状 态可划分为湿法和干法：1）湿法脱硫技术，约占全世界FGD装 置总量的85%

12、左右，其中石灰-石膏法占37%，其它湿法脱硫技术 占48%；2）干法脱硫技术，约占全世界FGD装置总量的15%。 据统计，目前全球燃煤电厂已有数千台烟气脱硫装置，总装机容 量超过240GW。 近些年，我国治理SO2污染的力度不断加大，大型电厂基本 完成了烟气脱硫技术改造。但在运行过程中存在着设备腐蚀、磨 损、结垢，废水排放严重，脱硫效率不佳，运行维护成本高等系 列问题，导致脱硫系统运行不畅，环保防控难度加大。 针对现有脱硫技术存在的问题，我们提出并进行 了高效气相脱硫技术开发。它是以固体复合脱硫剂作 为反应剂，在400-800无需催化剂条件下，脱硫剂与 烟气中的SO2发生气相反应，达到脱硫目的

13、。 高效气相脱硫技术是将经系列化学反应加工得到 的高效复合气相脱硫剂(固体)，经气力输送系统由喷 枪直接将脱硫剂喷入高温烟道中，脱硫剂迅速与SO2 反应生成硫化合物，净化后的烟气经烟囱排入大气 。 项目三、 高效气相烟气脱硫技术 图4. 高效气相脱硫技术工艺流程图 项目三、 高效气相烟气脱硫技术 技术特点 1）现有脱硫技术一般为气-液反应，液气比高，反应 效率低，能耗高。气相脱硫比现有广泛应用的液相 脱硫技术具有反应效率高、脱硫效率高（95%以上 ，SO2可达50 mg/Nm3以下）的优点； 2）高效气相脱硫技术设备简单、耗电少。与液相法 脱硫技术相比，大幅度降低了固定资产投入，设备 投资可降

14、低30%以上； 3）脱硫产物易于处理。高效气相脱硫技术的反应产 物经捕集后，可作为农用肥料，经济性好。 项目三、 高效气相烟气脱硫技术 脱硫技术名称元/Kg SO2 石灰石/石膏法2-4 烟气循环流化床法4 简易石灰石湿法2-5 双碱法3-4 氨水法2.5-3.5 高效气相脱硫技术1.5-2.5 表4 各脱硫技术运行成本比较 高效气相脱硫技术已在电厂进行了现场试验，锅炉类 型为170t/h煤粉炉，烟气量为30104 Nm3/h。 图5. 高效气相脱硫技术在电厂的脱硫结果 从上述结果得出，高效复合剂将SO2从4000 mg/Nm3 脱除至45 mg/Nm3，脱除率高达98.87%，能够满足环保

15、部对SO2控制在50 mg/Nm3以下的要求。 高效气相脱硫技术是在气相中脱硫剂与SO2 发生反应，具有反应速度快、脱除效率高、运 行成本低，对现场工况的影响小和适用范围广 的特点，是一项具有广泛应用前景的脱硫技术 ，对解决我国目前的烟气处理难题具有重要的 现实意义，适用于多种工业锅炉和窑炉。 项目三、 高效气相烟气脱硫技术 2011年全球十大二氧化碳排放国家： 1、中国100亿吨，增10%； 2、美国59亿吨，增2%； 3、印度25亿吨，增7%； 4、俄罗斯18亿吨，增3% 5、日本13亿吨，增0.4%； 6、德国8亿吨，降4%； 7、伊朗7亿吨，增2%； 8、韩国6亿吨，增4%； 9、加拿

16、大6亿吨，增2%； 10、南非6亿吨，增2%。 中国二氧化碳减排压力巨大 二氧化碳减排领域 项目四、二氧化碳的高值有效封存利用 针对目前国内外CO2封存利用研究现状及大规模 工业利用的需要，我们提出了一种新的CO2化学利用技 术路线，即在一定工艺条件下CO2与NH3发生氨化反应 生成三聚氰酸固体产品： 二氧化碳的高值有效封存利用 CO2氨化矿化的特点： 1.所需反应原料用量少(1份重量的氨可固定2.5份CO2) ，CO2在产品中的重量比为72.1%，固碳能力高； 2.原料来源简单，只需要氨一种原料； 3.工艺过程可行，该过程是尿素工艺的进一步发展； 4. 从碳参与反应计算，产物的总反应热量为-227.4 KJmol-1，为放热反应； 5.氨化矿化产品用途广泛。 二氧化碳的高值有效封存利用 CO2的氨化矿化是尿素合成工艺的进一步发展，在 工艺上是完全可行的： 图6. CO2氨化矿化工艺流程示意图 在以煤为原料的CO2的氨化矿化过程中，NH3相对于 CO2来说是过剩的，因此，这是一条“