大气净化产业新技术演示课件.ppt

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,大气净化产业新技术,1,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,CO,2,、,SO,2,、,NO,X,经济有效的脱除，而且变害为利，将,CO,2,、,SO,2,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,2,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,3,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,。,4,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,5,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,2,),2,CO+H,2,OCO,2,+2NH,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,CO,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。,6,项目一、尿素制氨新技术,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。,因此，,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：,(NH,2,),2,CO,固体产品,+NH,3,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,）。,7,尿素制氨新技术,图,1.,尿素制氨新技术流程示意图,8,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。,9,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,CO,2,。,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,CO,2,；,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。,10,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,收益,/,万元,CO,2,排放量,/,吨,尿素制氨,新技术,尿素,1600,12000,1920,+1530,0,气氨,2500,3000,750,固体产品,3000,9000,2700,液氨法,液氨,2500,3000,750,750,0,现有尿素,制氨法,尿素,1600,5300,848,2048,3900,柴油,6000,2000,1200,11,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,40%-50%,，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。,12,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，,NH,3,/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,13,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,14,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,NR,3,反应温度,9501050,500800,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，,NH,3,/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,15,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,16,序号,加料位置,温度,/,氨氮比,脱硝后,NO,X,浓度,/mg/m,3,脱硝前,NO,X,浓度,/mg/m,3,脱硝效率,/%,1,4,级预热器下锥体清料孔,810,0.526,257,735,65,2,4,级预热器下锥体清料孔,810,1.51,200,453,55.8,3,3,级预热器下料管翻板阀下,640,0.767,286,599,52.2,4,3,级预热器下料管翻板阀下,640,0.714,192,784,75.5,表,3.,活性氨脱硝技术在水泥窑炉脱硝试验结果,17,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,循环硫化床锅炉上，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/m,3,，低于国家,NOx,排放浓度,100 mg/m,3,的标准。,活性氨脱硝技术,18,图,2.75t/h,循环硫化床锅炉脱硝结果,19,图,3.220t/h,循环硫化床锅炉脱硝结果,20,项目三、,高效气相脱硫技术,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,SO,2,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。,21,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,SO,2,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,SO,2,反应生成硫化合物，净化后的烟气经烟囱排入大气。,高效气相脱硫技术,22,图,4.,高效气相脱硫技术工艺流程图,高效气相脱硫技术,23,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,，,SO,2,可达,50 mg/Nm,3,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。,高效气相脱硫技术,24,脱硫技术名称,元,/Kg SO,2,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,25,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 Nm,3,/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,SO,2,从,4000 mg/Nm,3,脱除至,45 mg/Nm,3,，脱除率高达,98.87%,，能够满足环保部对,SO,2,控制在,50 mg/Nm,3,以下的要求。,26,高效气相脱硫技术是在气相中脱硫剂与,SO,2,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。,高效气相脱硫技术,27,2011,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,28,针对目前国内外,CO,2,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,CO,2,化学利用技术路线，即在一定工艺条件下,CO,2,与,NH,3,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,29,CO,2,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,CO,2,),，,CO,2,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,30,CO,2,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.CO,2,氨化矿化工艺流程示意图,在以煤为原料的,CO,2,的氨化矿化过程中，,NH,3,相对于,CO,2,来说是过剩的，因此，这是一条“负碳”工艺路线。,31,煤的化学利用过程中一般都有高纯度的,N,2,，,CO,2,，,H,2,等原料，通过改变反应过程和目标产品即可实现,CO,2,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,CO,2,360,万吨，,N,2,130,万吨，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,350,万吨的三聚氰酸产品，同时减少了,CO,2,排放。,二氧化碳的高值有效封存利用,32,表,5.,几种,CO,2,化学利用主要方法的固碳能力对比,CO,2,利用方式,所需原料,固碳理论比,（,kg/CO,2,kg,）,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,NH,3,0.38:1,33,二氯三聚氰酸钠,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,CO,2,氨化矿化产品的应用,34,三聚氰酸,-,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-GHAFF,AR.Cyanuric Acid as Nitrogen,Source for Micro-Organisms J.,Arch.Mikrobiol.67,1-5,二氧化碳的高值有效封存利用,35,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,CO,2,、,SO,2,及,NOx,排放的,根本方法,。,36,煤炭是中国的主要能源和工业原料，未来几十年内中国发展主要依靠煤炭的格局不会改变。因此，我们提出一条新的低碳工业材料开发路线：,图,7.,低碳产业路线图,新的低碳工业路线开发,37,以专利方法生产出低成本的三聚氰胺,/,酸与甲醛反应得到高性能的密胺树脂材料，是一条煤炭清洁利用的优选路线，比煤制烯烃等高耗能技术路线具有低碳、低成本优势。,密胺材料具有无毒无味，耐腐蚀、耐高温、耐低温、阻燃、质轻等优点。结构紧密，有较强的硬度，不易摔破，有很强的耐用性，广泛用于粘合剂、防火涂料、层压材料、造纸、木材加工等众多领域。,密胺泡沫材料在全球范围内的建筑装饰、交通车辆、水上船舶、航空航天、机电设备、工业吸音保温等领域中获得广泛使用。,新的低碳工业路线开发,38,项目五、新的低碳工业材料路线开发,低碳工业材料路线中的重要中间产品三聚氰胺的现有生产工艺的反应机理如下：,现有工艺有一半尿素原料转化成了氨和二氧化碳，需要处理。,总反应方程式为：,39,三聚氰胺新的专利合成方法的反应机理如下,：,新的低碳工业材料生产路线开发,新工艺也就是尿素在一定反应工艺条件下直接转化为三聚氰胺和水。,总的反应方程式是：,40,三聚氰胺生产新技术的特点：,固定资产投资大幅减少：新技术原料消耗减少,1,倍，中间物料的量大幅减少，不产生大量的,NH,3,和,CO,2,，从而降低了固定资产投资,;,能耗降低：新技术的反应温度比老工艺降低近,200,，能耗大为降低,;,产品纯度提高,:,新方法反应温度低，副反应及副产物减少，产品纯度提高。,41,总之，三聚氰胺生产新技术具有设备投资少、原料消耗低、能耗低，经济效益和社会效益显著等特点。,本技术的开发成功不仅是三聚氰胺生产技术的一次革命，而且，三聚氰胺生产成本的大幅度降低可以形成一条以煤为原料生产一系列工业材料的低碳工艺路线，具有更为广阔的应用前景。,新的低碳工业路线开发,42,表,6.,几种重点工业材料的煤耗和,CO,2,排放量比较,项目名称,综合能耗,/,千克标准煤,/,吨,能源碳转化率,/%,碳转化率,/%,CO,2,排放量,/,吨,/,吨产品,煤制烯烃,5000,44,44,10,煤制油,3000,3238,33.3,8.7,煤制天然气,3099,50,25,8.25,电解铝,7000,18,钢铁,760,-,-,2,水泥,115,-,-,1,尿素,240,-,63,0.6,三聚氰酸,240,-,100,0,43,图,8.,几种重点工业产品的煤耗和,CO,2,排放量比较,44,新型煤化工,合成氨及尿素工业,电站锅炉脱硫脱硝,水泥窑脱硝,低碳工业新材料开发,其他,大气净化产业专利技术,主要应用领域,45,欢迎各位专家指导,！,山东大学,朱维群,电话,:,13605408621,邮箱,:zhuwq,46,