清洁生产原理与应用清洁高效的能源和原料

清洁生产原理与应用3清洁高效的能源和原料3.1概述3.2清洁高效的能源与能源的清洁化3.3清洁的原料与原料的清洁化3.4案例分析1/8/20233.1概述在生产过程中采用清洁高效的能源和原料，是从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产过程中污染物的产生和排放，减轻或者消除对人类健康和环境的危害的重要环节。1/8/2023采用清洁高效的能源主要内容包括：开发利用新能源；使用可再生能源，对传统能源进行清洁利用；实施各种节能技术和措施等。1/8/2023采用清洁原材料的主要内容包括：使用精料和富料；节约原材料；使用无毒无害原材料；使用替代原材料；原材料的分类回收循环使用；研发和使用新材料等。1/8/2023清洁生产评价指标中的原材料指标：体现原材料的获取、加工、使用等各方面对环境的综合影响：①毒性：原材料所含毒性成分对环境造成的影响程度②生态影响：原材料取得过程中的生态影响程度③可再生性：原材料可再生或可能再生的程度④能源强度：原材料在采掘和生产过程中消耗能源的强度⑤可回收利用性：原材料的可回收利用程度1/8/20233.2清洁高效的能源与能源的清洁化3.2.1开发利用新能源3.2.2使用可再生能源3.2.3传统能源的清洁利用3.2.4各种节能技术和措施的实施

1/8/20233.2.1开发利用新能源清洁高效的能源主要指新能源。包括：太阳能、地热、水能、风能、生物能、核能、可燃冰等。太阳能的利用：太阳能电池，太阳能换热器水能的利用：水的势能转换——水坝电站水的动能转换——潮汐电站风能的利用：风电站生物能的利用：生物量转化为气体燃料、液体燃料、固体燃料核能的利用：核电站1/8/20233.2.1开发利用新能源可燃冰：可燃冰是一种甲烷水合物，它是在高压低温条件下（深海和永久冻层），由若干个水分子组成一个笼子，每个笼子里“关”一个由沉积的古生物遗体所分解的甲烷分子，形成水合甲烷。这些水合甲烷就像一个个淡灰色的冰球，故称可燃冰。可燃冰一旦释压就会分解成水和甲烷。一体积可燃冰可储载100～200倍体积的甲烷气体，具有能量高，燃烧值大等优点。

可燃冰是一种潜在的能源，储量很大，在能源紧缺的现在发现它真可解燃眉之急。有关专家估计它分布的范围约占海洋总面积的10%，足够人类使用1000年。1/8/20233.2.1开开发利用新能能源在中国海域也也发现了“可可燃冰”。近近年来，科研研人员在中国国沿海发现了了“可燃冰””的地球物理理标志，大致致圈出约8000平方公公里的分布面面积。在中国国南海海域，，初步鉴别出出在400多多公里地震剖剖面上存在有有天然气水合合物矿藏的显显示标志，而而且显示出了了巨大的资源源前景。在中中国的东海海海域也有类似似重大发现。。可燃冰作为一一种新能源虽虽具有开发应应用前景，但但甲烷是一种种高效的温室室气体，可燃燃冰的开采如如果方法不当当，释放出的的甲烷扩散到到大气中，会会增强地球的的温室效应，，导致地球上上永久冻土和和两极冰山融融化而使地球球变暧。安全全合理地开发发可燃冰，必必须同时考虑虑环境保护。。12/29/2022页岩气是指赋赋存于富有机机质泥页岩及及其夹层中，，以吸附或游游离状态为主主要存在方式式的非常规天天然气，成分分以甲烷为主主，是一种清清洁、高效的的能源资源。。12/29/2022页岩气是从页页岩层中开采采出来的天然然气,页岩岩气是主体上上以吸附或游游离状态存在在于泥岩、高高碳泥岩、页页岩及粉砂质质岩类夹层中中的天然气，，主体位于暗暗色泥页岩或或高碳泥页岩岩中。与常规规储层气藏不不同，页岩既既是天然气生生成的源岩，，也是聚集和和保存天然气气的储层和盖盖层。中国主要盆地地和地区页岩岩气资源量约约为15万亿亿－30万亿亿立方米，与与美国28．．3万亿立方方米大致相当当，经济价值值巨大。另一一方面，生产产周期长也是是页岩气的显显著特点。页页岩气田开采采寿命一般可可达30～50年，甚至至更长。开采采寿命长，就就意味着可开开发利用的价价值大，这也也决定了它的的发展潜力。。12/29/2022美国的岩层层气革命效效应在这几几年逐渐发发酵，已经经影响了美美国的能源源消费构成成，并且导导致了美国国的大量煤煤炭和天然然气出口。。由于目前前岩层气的的开发潜力力还非常巨巨大，可以以预见美国国还会在接接下来数年年里大量增增加产量，，并且导致致更多煤炭炭出口到欧欧亚。12/29/2022获取取页页岩岩气气的的方方式式是是水水压压致致裂裂工工艺艺，，该该工工艺艺包包括括在在高高压压条条件件下下向向井井内内注注入入沙沙子子、、水水和和化化学学物物的的混混合合物物，，将将页页岩岩岩岩石石打打碎碎，，并并释释放放出出页页岩岩气气，，沿沿井井逆逆流流而而上上，，从从而而对对其其进进行行回回收收。。目前前，，中中国国的的天天然然气气消消耗耗量量非非常常低低，，除除电电力力生生产产以以外外，，天天然然气气用用途途还还包包括括供供暖暖、、烹烹饪饪、、交交通通运运输输和和化化肥肥。。此此种种局局面面短短期期内内不不太太可可能能显显著著改改观观，，这这是是因因为为适适当当利利用用天天然然气气所所必必需需的的基基础础设设施施开开发发将将是是耗耗资资巨巨大大且且耗耗时时的的工工程程。。然然而而，，在在当当前前消消耗耗量量较较低低的的水水平平，，中中国国的的页页岩岩气气资资源源量量潜潜力力可可能能会会持持续续逾逾一一个个世世纪纪之之久久，，据据估估计计可可能能高高达达200年年，，因因此此其其长长期期潜潜力力引引人人注注目目。。12/29/2022矿物物燃燃料料消消耗耗日日益益向向加加大大天天然然气气使使用用力力度度转转变变的的潜潜力力可可能能最最值值得得关关注注，，这这将将使使中中国国能能够够利利用用国国内内庞庞大大的的页页岩岩气气储储量量，，同同时时长长期期内内降降低低对对能能源源进进口口的的依依赖赖性性。。当当前前，，中中国国的的能能源源效效率率极极差差，，导导致致污污染染严严重重。。而而天天然然气气是是最最清清洁洁的的矿矿物物燃燃料料，，在在用用来来发发电电时时不不仅仅比比煤煤炭炭少少产产生生约约45%的的二二氧氧化化碳碳，，而而且且可可以以随随意意开开启启或或关关闭闭，，不不会会造造成成任任何何损损耗耗。。12/29/2022开发页岩气技技术存在一些些潜在缺点。。首先也是最最重要的是环环境担忧，因因为进行水压压致裂在多个个层面存在危危害性。有一一些对环境损损害的担忧：：如由该工艺艺引发的地震震、水资源损损耗和可能造造成的水资源源污染，未来来几十年中国国可能会面临临水资源危机机，这些是非非常显著的风风险；提取、、存储和转移移页岩气所需需的基础设施施开发的短期期成本巨大；；虽然提取页页岩气可能会会增加能源来来源，但保留留这些资源，，在以后更具具价值的时候候进行开采也也许更为有利利。12/29/202212/29/202212/29/2022我国富富有机机质页页岩分分布广广泛，，南方方地区区、华华北地地区和和新疆疆塔里里木盆盆地等等发育育海相相页岩岩，华华北地地区、、准噶噶尔盆盆地、、吐哈哈盆地地、鄂鄂尔多多斯盆盆地、、渤海海湾盆盆地和和松辽辽盆地地等广广泛发发育陆陆相页页岩，，具备备页岩岩气成成藏条条件，，资源源潜力力较大大。据据专家家预测测，页页岩气气可采采资源源量为为25万亿亿立方方米，，超过过常规规天然然气资资源。。12/29/20223.2.1开发发利用用新能能源观点：：新能能源开开发利利用与与传统统能源源开发发利用用一样样都有有风险险。1发发展生生物质质能和和水坝坝电站站引起起生态态破坏坏问题题！？？2发发展核核电引引起核核泄露露问题题！？？3。。。。！？利用和改造造自然都有有风险！两两害取其轻轻！科学技技术的发展展也可降低低风险！12/29/20223.2.2使用可可再生能源源生物质能是是太阳能以以化学能形形式贮存在在生物质中中的能量形形式，即以以生物质为为载体的能能量。它直直接或间接接地来源于于绿色植物物的光合作作用，可转转化为常规规的固态、、液态和气气态燃料。。生物质资资源是地球球上再生资资源的核心心组成部分分。12/29/2022生物质在地地球上无处处不在，生生物质能可可以说遍地地都是。人人类利用生生物质的历历史极其悠悠长，薪柴柴秸秆的直直接燃烧利利用曾给人人类的生存存发展带来来极大的支支撑，在人人类发展史史上发挥了了更重要作作用的化石石类能源如如煤炭、石石油、天然然气等也是是生物质中中的有机物物经过上亿亿年的时间间演变而来来。12/29/20223.2.2使用可可再生能源源生物质资源源是指绿色生生物通过光光合作用产产生的、可可再生的有有机物质及及其衍生物物。适合于于能源利用用的生物质质分为林业业资源、农农业资源、、生活污水水和工业有有机废水、、城市固体体废物及畜畜禽粪便五五大类。现代生物质质能产业主主要指从事事生物质规规模化生产产和生物燃燃料工业化化加工的一一类新兴产产业。生物质能源源可依托能能源植物规规模化种植植和生物燃燃料生产、、植物纤维维素生产乙乙醇、海水水蓝藻生产产醇类燃料料、生物光光解产氢、、农业废弃弃物的高效效物化/生生化转化等等方式获取取。12/29/20223.2.2使使用可再再生能源源生物质气气化发电电工作流流程12/29/20223.2.3传传统能源源的清洁洁利用中国的常常规能源源主要是是煤、石石油、天天然气等等。煤、石油油和天然然气都是是由古代代的植物物和动物物残体被被覆盖而而埋藏在在地下，，在隔绝绝空气的的条件下下，由于于长期受受地热、、地压的的作用，，在加上上细菌的的分解和和侵蚀，，经历了了复杂的的变化，，逐步形形成的可可燃性固固体（煤煤）、液液体（石石油）和和气体（（天然气气）。洁净煤技技术主要要包括：：煤的直接接洁净技技术煤转化为为洁净燃燃料技术术生活用能能的电气气化、煤煤气化和和沼气化化12/29/20223.2.3传传统能源源的清洁洁利用煤的直接接洁净技技术是指对煤煤燃烧前前的预处处理和净净化技术术。包括括：①原煤的的洗选处处理：除除去或减减少原煤煤中所含含的灰粉粉、矸石石、硫等等杂质，，成为精精煤；②型煤加加工：煤煤经过破破碎后加加入固硫硫剂和黏黏合剂用用机械方方法将粉粉煤和低低品位煤煤制成具具有一定定粒度和和形状的的煤制品品；③水煤浆：把把灰分很低而而挥发成分高高的精煤，研研磨成250~300微微米的微细煤煤粉，按煤约约70％、水水约30％的的比例，加入入0.5～1.0%分散散剂和0.02～0.1的稳定剂配配制而成的，，水煤浆可以以像燃料油一一样运输、储储存和燃烧；；④风吹煤粉：：把灰分很低低而挥发成分分高的精煤，，研磨成微细细煤粉，专门门用于燃煤电电厂。12/29/20223.2.3传传统能源的的清洁利用煤转化为洁净净燃料技术：（1）煤的干干馏：将煤隔隔绝空气加强强热使其分解解的过程；（2）煤的气气化：将煤(或焦炭)进进行加热气化化，并与水蒸蒸汽和空气(或氧)等进进行化学反应应，生成以氢氢、一氧化碳碳或甲烷等为为主的混合煤煤气；（3）煤的液液化：①直接液化化：将煤加热热到450℃℃左右和100至200个大气压的的条件下加入入氢气，使煤煤熔化裂解直直接得到液化化石油；②间接液化：：将煤先进行行气化，得到到一氧化碳和和氢气，然后后在催化剂作作用下加热使使这两种气体体合成为液体体燃料。12/29/202212/29/2022当石油枯竭，，我们能够用用什么替代。。太阳能、风风电、核电、、生物能源、、等等，五花花八门的概念念都将粉墨登登场。现实显显示，水电领领域的蛋糕已已只剩狼藉杯杯盘；风电市市场已得到飞飞速瓜分，在在技术尚未成成熟的状态下下，装机已接接近饱和，未未来的出路只只能是机组的的换代升级；；太阳能方面面咱们是遍地地多晶硅；前前苏联、日本本核电灾难的的阴影仍在；；生物能源的的规模化真还还找不到太多多的想象空间间。

毫无疑疑问：页岩油油、页岩气、、煤层气以及及可燃冰是最最具现实意义义，最有实现现价值的重要要出路。12/29/20223.2.4各各种种节节能能技技术术和和措措施施的的实实施施先进进的的燃燃烧烧器器流化化床床（（沸沸腾腾炉炉））燃燃烧烧保温温、、余余热热回回收收利利用用供能能分分类类集集中中，，用用能能分分类类控控制制12/29/20223.3清清洁洁的的原原料料与与原原料料的的清清洁洁化化原材材料料本本身身所所具具有有的的特特性性，，例例如如纯纯度度、、毒毒性性、、降降解解性性等等，，在在一一定定程程度度上上会会影影响响生生产产过过程程及及其其产产品品对对环环境境的的危危害害，，因因而而尽尽可可能能选选择择毒毒性性小小的的原原材材料料是是清清洁洁生生产产所所要要考考虑虑的的重重要要方方面面之之一一。。原材材