大氣凈化產(chǎn)業(yè)新技術(shù)

大氣凈化產(chǎn)業(yè)新技術(shù)山東大學(xué)2015我們開(kāi)發(fā)的大氣凈化產(chǎn)業(yè)新技術(shù)包括：1）二氧化碳的高值有效封存利用；2）二氧化硫的氣相高效脫除技術(shù)；3）高活性氨基還原劑煙氣脫硝技術(shù)等。這些技術(shù)的創(chuàng)新之處：不只是將排放的有害氣體CO2、SO2、NOX經(jīng)濟(jì)有效的脫除，而且變害為利，將CO2、SO2轉(zhuǎn)化為有價(jià)值產(chǎn)品。因此，我們稱(chēng)之為大氣凈化產(chǎn)業(yè)新技術(shù)。

總題介紹上述技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化將有助于解決全球氣候變化問(wèn)題，能源問(wèn)題，煤炭清潔利用問(wèn)題，節(jié)能減排問(wèn)題，我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及低碳可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題，以及我國(guó)的大氣污染及天氣霧霾等一系列急需解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。總題介紹

當(dāng)前我國(guó)大氣污染形勢(shì)非常嚴(yán)峻，全國(guó)部分地區(qū)持續(xù)出現(xiàn)大范圍的霧霾天氣，受影響國(guó)土面積達(dá)230萬(wàn)平方公里，受影響人口達(dá)6億，對(duì)人們身體健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害，影響社會(huì)和諧穩(wěn)定，成為社會(huì)的焦點(diǎn)和重大民生問(wèn)題。

霧霾形成的原因除氣象因素外，其根本原因是污染物排放量巨大。二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、煙粉塵、揮發(fā)性有機(jī)物等是影響空氣中PM2.5濃度的主要污染物。2012年，我國(guó)上述四項(xiàng)污染物的排放總量分別為100億噸、2218萬(wàn)噸、2404萬(wàn)噸、1500萬(wàn)噸和3000萬(wàn)噸。總題介紹分領(lǐng)域項(xiàng)目簡(jiǎn)介

脫硫脫硝領(lǐng)域項(xiàng)目一、尿素制氨新技術(shù)項(xiàng)目二、高活性氨基還原劑煙氣脫硝技術(shù)項(xiàng)目三、高效氣相脫硫技術(shù)二氧化碳減排領(lǐng)域項(xiàng)目四、二氧化碳的高值有效封存利用低碳工業(yè)領(lǐng)域項(xiàng)目五、低碳工業(yè)路線(xiàn)開(kāi)發(fā)

現(xiàn)有電廠脫硝技術(shù)一般采用液氨或者高成本的傳統(tǒng)尿素制氨技術(shù)；水泥廠脫硝一般采用氨水為原料，這些方法存在著多種問(wèn)題。項(xiàng)目一、

尿素制氨新技術(shù)項(xiàng)目一、

尿素制氨新技術(shù)

現(xiàn)有尿素制氨技術(shù)的反應(yīng)方程式為：

(NH2)2CO+H2O→CO2↑+2NH3↑該技術(shù)的缺點(diǎn)：

1.在現(xiàn)有尿素制氨技術(shù)中，只利用了占尿素質(zhì)量50%的氨部分，造成了尿素資源的浪費(fèi)。

2.尿素?zé)峤夥磻?yīng)溫度高達(dá)600℃，消耗大量燃料油或電能，不利于節(jié)能減排,而且其成本比尿素原料成本還高.例如:一電廠脫硝每天需要尿素15噸,用6噸柴油熱解,不僅生產(chǎn)成本高,而且每天排出11+19噸CO2.

3.熱解不完全,產(chǎn)生沉淀,易引起系統(tǒng)堵塞.

從國(guó)內(nèi)運(yùn)行情況來(lái)看，尿素法SCR脫硝工藝比液氨法工藝成本高。我們開(kāi)發(fā)的尿素制氨新技術(shù)可以替代上述技術(shù)和原料。該技術(shù)既可以滿(mǎn)足脫硝用氨的要求，又得到高附加值產(chǎn)品。其反應(yīng)原理如下：

(NH2)2CO→固體產(chǎn)品+NH3↑這是一種煙氣脫硝用氨的經(jīng)濟(jì)、安全產(chǎn)生方法，本技術(shù)已申請(qǐng)并獲得國(guó)家專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)：200910014992.2）。項(xiàng)目一、尿素制氨新技術(shù)

圖1.尿素制氨新技術(shù)流程示意圖項(xiàng)目一、尿素制氨新技術(shù)

尿素制氨新技術(shù)的特點(diǎn)本技術(shù)的實(shí)施可在現(xiàn)有尿素制氨或液氨氣化裝置上建一旁路，將尿素制氨新工藝裝置接上，不影響現(xiàn)有發(fā)電及脫硝的正常運(yùn)行。尿素制氨新裝置可在設(shè)備加工廠制作、調(diào)試運(yùn)行平穩(wěn)后再運(yùn)送到電廠，不影響電廠的管理。尿素制氨新技術(shù)具有成熟的工藝原理和反應(yīng)條件。制氨量可根據(jù)脫硝用氨量隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，制氨系統(tǒng)中只有少量的氨，因此系統(tǒng)安全性大為提高。

尿素制氨新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

尿素原料充分利用：在新技術(shù)中，尿素全部轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)品并得到了增值；而傳統(tǒng)尿素制氨中有50%的尿素轉(zhuǎn)化成了無(wú)用的CO2。

節(jié)能減排：新技術(shù)的反應(yīng)只需要200℃，反應(yīng)溫度低、能量消耗少，達(dá)到了真正的零排放

。而傳統(tǒng)尿素制氨工藝需要600℃的高溫，用燃油加熱或電加熱，消耗大量能源并釋放CO2；

提高了用氨安全性：產(chǎn)生的氨直接用于脫硫脫硝，不用儲(chǔ)存，降低了運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用液氨所帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)濟(jì)效益高：生產(chǎn)的氨氣直接用于脫硫脫硝，同時(shí)得到高附加值產(chǎn)品。表1.新技術(shù)與液氨法、傳統(tǒng)尿素制氨法的經(jīng)濟(jì)效益比較（年產(chǎn)3000噸氨）制氨方法品名單價(jià)/元/噸年量//噸年價(jià)格/萬(wàn)元年收益/萬(wàn)元CO2排放量/噸尿素制氨新技術(shù)尿素160012000－1920+7800氣氨25003000固體產(chǎn)品30009000＋2700液氨法液氨25003000－750－7500現(xiàn)有尿素制氨法尿素16005300－848－20483900柴油600020001200項(xiàng)目二、

高活性氨基還原劑煙氣脫硝技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的脫硝技術(shù)是SCR和SNCR。在SCR脫硝技術(shù)中催化劑是核心，其成本約占SCR系統(tǒng)總成本的20%-30%，運(yùn)行成本占20-40%，且催化劑易中毒，增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性；SNCR脫硝工藝一般是將含量10-20%的氨水噴入高溫反應(yīng)區(qū)內(nèi)，易造成反應(yīng)區(qū)內(nèi)溫度驟降且不均勻，導(dǎo)致脫硝效率低下，目前一般脫硝效率僅為30-50%，并且影響爐內(nèi)燃燒效率。脫硝效率低，一般僅為30-50%；氨水也屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，運(yùn)輸、儲(chǔ)存都需要備案，一旦泄露造成危害，損失較大；工業(yè)氨水中的含氨量一般不大于20%，造成運(yùn)輸不便、儲(chǔ)存受限，從而使購(gòu)買(mǎi)成本增大；使用氨水時(shí)不僅使?fàn)t溫降低，并且影響爐內(nèi)燃燒效率，每噸氨水加入爐內(nèi)大約額外需要增加能耗90公斤標(biāo)準(zhǔn)煤；脫硝時(shí)氨水用量大，NH3/NOx的摩爾比一般在1.5:1，造成氨逃逸；部分地區(qū)氨水的價(jià)格較高，使脫硝成本大為提高。氨水法SNCR的缺點(diǎn)

活性氨脫硝技術(shù)不用催化劑，克服了SCR技術(shù)中催化劑投資大、煙氣成分影響大、運(yùn)行成本高等諸多缺點(diǎn)；克服了SNCR技術(shù)中反應(yīng)溫度高、還原劑與煙氣混合程度差、脫硝效率低、氨氣逸出量大等一系列缺點(diǎn)?；钚园泵撓踔饕b置有：活性氨發(fā)生系統(tǒng)、計(jì)量模塊、分配系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)裝置系統(tǒng)簡(jiǎn)易，設(shè)備投資少，占地面積小。活性氨脫硝技術(shù)表2.活性氨脫硝技術(shù)與SNCR技術(shù)的對(duì)比內(nèi)容SNCR活性氨還原劑氨NR3反應(yīng)溫度950~1050℃600~800℃脫硝效率30%~60%60%~90%物料混合情況反應(yīng)物料難以混合均勻物料混合比較均勻脫硝劑用量氨消耗量大，NH3/NOx摩爾比高還原劑用量少對(duì)爐子的影響對(duì)窯爐溫度有影響，煤耗增加對(duì)窯爐溫度無(wú)影響占地空間較大較小建設(shè)施工工期較長(zhǎng)短，不影響生產(chǎn)

活性氨煙氣脫硝技術(shù)已經(jīng)在山水集團(tuán)3號(hào)窯爐進(jìn)行了中試，中試脫硝數(shù)據(jù)穩(wěn)定，脫硝后NOx排放濃度低于目前國(guó)家對(duì)水泥窯爐NOx的排放標(biāo)準(zhǔn)。

隨著工藝技術(shù)的優(yōu)化，完全能夠建立一套新的更低的水泥窯爐NOx排放標(biāo)準(zhǔn)體系，減輕我國(guó)大氣污染及霧霾等環(huán)保壓力?；钚园泵撓跫夹g(shù)序號(hào)加料位置溫度/℃氨氮比脫硝后NOX濃度/mg/m3脫硝前NOX濃度/mg/m3脫硝效率/%14級(jí)預(yù)熱器下錐體清料孔8100.5262577356524級(jí)預(yù)熱器下錐體清料孔8101.5120045355.833級(jí)預(yù)熱器下料管翻板閥下6400.76728659952.243級(jí)預(yù)熱器下料管翻板閥下6400.71419278475.5表3.活性氨脫硝技術(shù)在水泥窯爐脫硝試驗(yàn)結(jié)果

活性氨脫硝技術(shù)已在電廠鍋爐煙氣脫硝進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。在75t/h和220t/h循環(huán)流化床鍋爐上，不用進(jìn)行鍋爐改造，按氨氮比1:1加入還原劑，脫硝后NOx排放濃度小于80mg/m3，低于國(guó)家NOx排放濃度100mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)。活性氨脫硝技術(shù)圖2.75t/h循環(huán)流化床鍋爐脫硝結(jié)果圖3.220t/h循環(huán)流化床鍋爐脫硝結(jié)果項(xiàng)目三、

高效氣相煙氣脫硫技術(shù)

目前世界范圍內(nèi)的脫硫技術(shù)很多，根據(jù)脫硫過(guò)程和產(chǎn)物的狀態(tài)可劃分為濕法和干法：1）濕法脫硫技術(shù)，約占全世界FGD裝置總量的85%左右，其中石灰-石膏法占37%，其它濕法脫硫技術(shù)占48%；2）干法脫硫技術(shù)，約占全世界FGD裝置總量的15%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球燃煤電廠已有數(shù)千臺(tái)煙氣脫硫裝置，總裝機(jī)容量超過(guò)240GW。近些年，我國(guó)治理SO2污染的力度不斷加大，大型電廠基本完成了煙氣脫硫技術(shù)改造。但在運(yùn)行過(guò)程中存在著設(shè)備腐蝕、磨損、結(jié)垢，廢水排放嚴(yán)重，脫硫效率不佳，運(yùn)行維護(hù)成本高等系列問(wèn)題，導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)運(yùn)行不暢，環(huán)保防控難度加大。針對(duì)現(xiàn)有脫硫技術(shù)存在的問(wèn)題，我們提出并進(jìn)行了高效氣相脫硫技術(shù)開(kāi)發(fā)。它是以固體復(fù)合脫硫劑作為反應(yīng)劑，在400-800℃無(wú)需催化劑條件下，脫硫劑與煙氣中的SO2發(fā)生氣相反應(yīng)，達(dá)到脫硫目的。高效氣相脫硫技術(shù)是將經(jīng)系列化學(xué)反應(yīng)加工得到的高效復(fù)合氣相脫硫劑(固體)，經(jīng)氣力輸送系統(tǒng)由噴槍直接將脫硫劑噴入高溫?zé)煹乐校摿騽┭杆倥cSO2反應(yīng)生成硫化合物，凈化后的煙氣經(jīng)煙囪排入大氣。項(xiàng)目三、

高效氣相煙氣脫硫技術(shù)圖4.高效氣相脫硫技術(shù)工藝流程圖項(xiàng)目三、

高效氣相煙氣脫硫技術(shù)

技術(shù)特點(diǎn)

1）現(xiàn)有脫硫技術(shù)一般為氣-液反應(yīng)，液氣比高，反應(yīng)效率低，能耗高。氣相脫硫比現(xiàn)有廣泛應(yīng)用的液相脫硫技術(shù)具有反應(yīng)效率高、脫硫效率高（95%以上，SO2可達(dá)50mg/Nm3以下）的優(yōu)點(diǎn)；2）高效氣相脫硫技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單、耗電少。與液相法脫硫技術(shù)相比，大幅度降低了固定資產(chǎn)投入，設(shè)備投資可降低30%以上；3）脫硫產(chǎn)物易于處理。高效氣相脫硫技術(shù)的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)捕集后，可作為農(nóng)用肥料，經(jīng)濟(jì)性好。項(xiàng)目三、

高效氣相煙氣脫硫技術(shù)

脫硫技術(shù)名稱(chēng)元/KgSO2石灰石/石膏法2-4煙氣循環(huán)流化床法4簡(jiǎn)易石灰石濕法2-5雙堿法3-4氨水法2.5-3.5高效氣相脫硫技術(shù)1.5-2.5表4各脫硫技術(shù)運(yùn)行成本比較

高效氣相脫硫技術(shù)已在電廠進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，鍋爐類(lèi)型為170t/h煤粉爐，煙氣量為30×104Nm3/h。圖5.高效氣相脫硫技術(shù)在電廠的脫硫結(jié)果

從上述結(jié)果得出，高效復(fù)合劑將SO2從4000mg/Nm3脫除至45mg/Nm3，脫除率高達(dá)98.87%，能夠滿(mǎn)足環(huán)保部對(duì)SO2控制在50mg/Nm3以下的要求。

高效氣相脫硫技術(shù)是在氣相中脫硫劑與SO2發(fā)生反應(yīng)，具有反應(yīng)速度快、脫除效率高、運(yùn)行成本低，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況的影響小和適用范圍廣的特點(diǎn)，是一項(xiàng)具有廣泛應(yīng)用前景的脫硫技術(shù)，對(duì)解決我國(guó)目前的煙氣處理難題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，適用于多種工業(yè)鍋爐和窯爐。項(xiàng)目三、

高效氣相煙氣脫硫技術(shù)

2011年全球十大二氧化碳排放國(guó)家：

1、中國(guó)100億噸，增10%；

2、美國(guó)59億噸，增2%；

3、印度25億噸，增7%；

4、俄羅斯18億噸，增3%5、日本13億噸，增0.4%；

6、德國(guó)8億噸，降4%；

7、伊朗7億噸，增2%；

8、韓國(guó)6億噸，增4%；

9、加拿大6億噸，增2%；

10、南非6億噸，增2%。

中國(guó)二氧化碳減排壓力巨大二氧化碳減排領(lǐng)域項(xiàng)目四、二氧化碳的高值有效封存利用

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外CO2封存利用研究現(xiàn)狀及大規(guī)模工業(yè)利用的需要，我們提出了一種新的CO2化學(xué)利用技術(shù)路線(xiàn)，即在一定工藝條件下CO2與NH3發(fā)生氨化反應(yīng)生成三聚氰酸固體產(chǎn)品：二氧化碳的高值有效封存利用CO2氨化礦化的特點(diǎn)：1.所需反應(yīng)原料用量少(1份重量的氨可固定2.5份CO2)，CO2在產(chǎn)品中的重量比為72.1%，固碳能力高；2.原料來(lái)源簡(jiǎn)單，只需要氨一種原料；3.工藝過(guò)程可行，該過(guò)程是尿素工藝的進(jìn)一步發(fā)展；4.從碳參與反應(yīng)計(jì)算，產(chǎn)物的總反應(yīng)熱量為-227.4KJ·mol-1，為放熱反應(yīng)；5.氨化礦化產(chǎn)品用途廣泛。二氧化碳的高值有效封存利用

CO2的氨化礦化是尿素合成工藝的進(jìn)一步發(fā)展，在工藝上是完全可行的：圖6.CO2氨化礦化工藝流程示意圖

在以煤為原料的CO2的氨化礦化過(guò)程中，NH3相對(duì)于CO2來(lái)說(shuō)是過(guò)剩的，因此，這是一條“負(fù)碳”工藝路線(xiàn)。

一套以煤為原料年產(chǎn)30萬(wàn)噸合成氨的裝置，每年排放CO258萬(wàn)噸。如果30萬(wàn)噸合成氨完全轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)52萬(wàn)噸尿素，則可利用38萬(wàn)噸CO2，凈排放約20萬(wàn)噸CO2。

將52萬(wàn)噸尿素全部轉(zhuǎn)化為三聚氰酸，需要消耗CO238萬(wàn)噸，而其排放CO2只有20萬(wàn)噸，低于合成三聚氰酸所需的CO2量。因此，從煤出發(fā)生產(chǎn)三聚氰酸的工藝路線(xiàn)是一條“負(fù)碳”工藝路線(xiàn)。煤的化學(xué)利用過(guò)程中一般都有高純度的N2，CO2，H2等原料，通過(guò)改變反應(yīng)過(guò)程和目標(biāo)產(chǎn)品即可實(shí)現(xiàn)CO2的氨化礦化。

國(guó)家開(kāi)發(fā)投資公司新疆煤制烯烴項(xiàng)目：“計(jì)劃建設(shè)年產(chǎn)180萬(wàn)噸甲醇裝置和年產(chǎn)68萬(wàn)噸甲醇制烯烴裝置。該項(xiàng)目年副產(chǎn)CO2360萬(wàn)噸，N2130萬(wàn)噸，純度都在95%以上，公司提出了兩種廢氣的綜合利用。”經(jīng)估算，年產(chǎn)68萬(wàn)噸烯烴可設(shè)計(jì)成年產(chǎn)320萬(wàn)噸的三聚氰酸產(chǎn)品，同時(shí)減少了CO2排放。二氧化碳的高值有效封存利用表5.幾種CO2化學(xué)利用主要方法的固碳能力對(duì)比CO2利用方式所需原料固碳理論比（kg/CO2kg）礦石封存含鎂礦石1.8:1含鈣礦石3.6:1合成碳酸二甲酯DMC甲醇1.45:1合成聚碳酸酯PC環(huán)氧丙烷1:1合成三聚氰酸NH30.38:1二氯三聚氰酸鈉鈉鹽：螯合劑鈣、鋅鹽：熱穩(wěn)定劑合成高分子材料三聚氰酸應(yīng)用開(kāi)發(fā)三聚氰酸氯化產(chǎn)品三聚氰酸鹽三聚氰酸新應(yīng)用三聚氰酸樹(shù)脂緩釋肥三聚氰胺

CO2氨化礦化產(chǎn)品的應(yīng)用三聚氰酸---農(nóng)業(yè)應(yīng)用目前尿素的利用率在30%左右，未被利用的尿素造成水體和空氣污染。三聚氰酸作為緩釋的氮肥和碳肥應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，有望提高肥料利用率，這樣就可構(gòu)成一個(gè)生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系，具有無(wú)限的生命力。

文獻(xiàn)：王曉，郭林濤等.一種控釋肥料[P]，申請(qǐng)?zhí)枺?2128013.4

H.L.JENSWN,A.S.ABDEL-GHAFFAR.CyanuricAcidasNitrogenSourceforMicro-Organisms[J].Arch.Mikrobiol.67,1-5二氧化碳的高值有效封存利用低碳工業(yè)領(lǐng)域項(xiàng)目五、新的低碳工業(yè)路線(xiàn)開(kāi)發(fā)

我國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩，特別是電解鋁、鋼鐵、水泥、平板玻璃等高能耗、高排放行業(yè)迫切需要產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。改變傳統(tǒng)的高碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，尋求低能耗、低排放及低污染的低碳經(jīng)濟(jì)正成為我國(guó)及全球的戰(zhàn)略行動(dòng)。開(kāi)發(fā)出一條低能耗、低排放的工業(yè)材料路線(xiàn)是解決我國(guó)CO2、SO2及NOx排放的根本方法。應(yīng)用領(lǐng)域耗煤%項(xiàng)目名稱(chēng)主要污染物燃煤54電站及工業(yè)鍋爐SO2,NOx,CO2

冶金17鋼鐵SO2,NOx,CO2

電解鋁固、液、氣三廢建材15水泥NOx,CO2傳統(tǒng)煤化工5焦化CO2，廢水電石