大气净化产业新技术

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

当前我国大气污染形势非常严峻，全国部分地区持续出现大范围的雾霾天气，受影响国土面积达230万平方公里，受影响人口达6亿，对人们身体健康产生严重危害，影响社会和谐稳定，成为社会的焦点和重大民生问题。

雾霾形成的原因除气象因素外，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、烟粉尘、挥发性有机物等是影响空气中PM2.5浓度的主要污染物。2012年，我国上述四项污染物的排放总量分别为100亿吨、2218万吨、2404万吨、1500万吨和3000万吨。总题介绍分领域项目简介

脱硫脱硝领域项目一、尿素制氨新技术项目二、高活性氨基还原剂烟气脱硝技术项目三、高效气相脱硫技术二氧化碳减排领域项目四、二氧化碳的高值有效封存利用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：

(NH2)2CO+H2O→CO2↑+2NH3↑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CO2.

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

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。

节能减排：新技术的反应只需要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；

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。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/吨尿素制氨新技术尿素160012000－1920+7800气氨25003000固体产品30009000＋2700液氨法液氨25003000－750－7500现有尿素制氨法尿素16005300－848－20483900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活性氨还原剂氨NR3反应温度950~1050℃600~800℃脱硝效率30%~60%60%~90%物料混合情况反应物料难以混合均匀物料混合比较均匀脱硝剂用量氨消耗量大，NH3/NOx摩尔比高还原剂用量少对炉子的影响对窑炉温度有影响，煤耗增加对窑炉温度无影响占地空间较大较小建设施工工期较长短，不影响生产

活性氨烟气脱硝技术已经在山水集团3号窑炉进行了中试，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浓度/mg/m3脱硝前NOX浓度/mg/m3脱硝效率/%14级预热器下锥体清料孔8100.5262577356524级预热器下锥体清料孔8101.5120045355.833级预热器下料管翻板阀下6400.76728659952.243级预热器下料管翻板阀下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100mg/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%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。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50mg/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/KgSO2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30×104Nm3/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4000mg/Nm3脱除至45mg/Nm3，脱除率高达98.87%，能够满足环保部对SO2控制在50mg/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-227.4KJ·mol-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“负碳”工艺路线。

一套以煤为原料年产30万吨合成氨的装置，每年排放CO258万吨。如果30万吨合成氨完全转化联产52万吨尿素，则可利用38万吨CO2，净排放约20万吨CO2。

将52万吨尿素全部转化为三聚氰酸，需要消耗CO238万吨，而其排放CO2只有20万吨，低于合成三聚氰酸所需的CO2量。因此，从煤出发生产三聚氰酸的工艺路线是一条“负碳”工艺路线。煤的化学利用过程中一般都有高纯度的N2，CO2，H2等原料，通过改变反应过程和目标产品即可实现CO2的氨化矿化。

国家开发投资公司新疆煤制烯烃项目：“计划建设年产180万吨甲醇装置和年产68万吨甲醇制烯烃装置。该项目年副产CO2360万吨，N2130万吨，纯度都在95%以上，公司提出了两种废气的综合利用。”经估算，年产68万吨烯烃可设计成年产320万吨的三聚氰酸产品，同时减少了CO2排放。二氧化碳的高值有效封存利用表5.几种CO2化学利用主要方法的固碳能力对比CO2利用方式所需原料固碳理论比（kg/CO2kg）矿石封存含镁矿石1.8:1含钙矿石3.6:1合成碳酸二甲酯DMC甲醇1.45:1合成聚碳酸酯PC环氧丙烷1:1合成三聚氰酸NH30.38:1二氯三聚氰酸钠钠盐：螯合剂钙、锌盐：热稳定剂合成高分子材料三聚氰酸应用开发三聚氰酸氯化产品三聚氰酸盐三聚氰酸新应用三聚氰酸树脂缓释肥三聚氰胺

CO2氨化矿化产品的应用三聚氰酸---农业应用目前尿素的利用率在30%左右，未被利用的尿素造成水体和空气污染。三聚氰酸作为缓释的氮肥和碳肥应用于农业，有望提高肥料利用率，这样就可构成一个生态循环经济体系，具有无限的生命力。

文献：王晓，郭林涛等.一种控释肥料[P]，申请号：02128013.4

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业领域项目五、新的低碳工业路线开发

我国传统制造业产能过剩，特别是电解铝、钢铁、水泥、平板玻璃等高能耗、高排放行业迫切需要产业结构调整。改变传统的高碳经济发展模式，寻求低能耗、低排放及低污染的低碳经济正成为我国及全球的战略行动。开发出一条低能耗、低排放的工业材料路线是解决我国CO2、SO2及NOx排放的根本方法。应用领域耗煤%项目名称主要污染物燃煤54电站及工业锅炉SO2,NOx,CO2

冶金17钢铁SO2,NOx,CO2

电解铝固、液、气三废建材15水泥NOx,CO2传统煤化工5焦化CO2，废水电石