大气净化技术简介 (1)
1.2 大气净化技术简介
当前我国大气污染形式非常严峻，尤其是近年来，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2218万吨、2404万吨、1500万吨和3000万吨。其中，燃煤电厂排放量占总排放量近50%。因此，加快火电等重点行业脱硫脱硝除尘改造、大幅减少污染排放是实现环境空气质量明显改善的首要任务和重点措施。
1.2.1脱硝技术：
环保部2011年初下发了《火电厂大气污染物排放标准（二次征求意见稿）》，将脱硝完成时间减短且减排力度大幅提高。《标准》计划从2012年开始实施，其中，从2012年1月1日开始，所有新建火电机组NOx排放量要达到100mg/m3；从2014年1月1日开始，重点地区所有火电投运机组NOx排放量要达到100mg/ m3，而非重点地区2013年以前投产的机组达到200mg/ m3。
1.2.1.1现有脱硝技术简介：
现有的降低电厂燃煤锅炉烟气中NOx的排放主要有两种措施：一是控制燃烧过程中NOx的生成即低氮燃烧技术；二是对烟气中的NOx进行脱除处理，即烟气脱硝技术。现有的烟气脱硝技术主要有：选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）、SNCR-SCR联合法、液体吸收法、微生物法、活性炭吸附法、电子束法等。在众多脱硝技术中，SCR法是脱硝效率最高，也是最为成熟的脱硝技术，该技术脱硝效率一般可达80%～90%，氮氧化物的排放浓度可降至100mg/m3以下。
目前国内采用的烟气脱硝技术主要有：选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）。SCR技术是指在催化剂的作用下，利用还原剂（如NH3、液氨、尿素）来有选择性地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O，选择性是指还原剂NH3和烟气中的NOx发生还原反应，而不与烟气中的氧气发
生反应。SNCR技术是一种不用催化剂、使用的还原剂为氨或尿素、在850℃~1100℃范围内还原NOx的方法。该方法的脱硝效率一般在30%~60%。
SCR和SNCR技术使用的氨的来源一般有氨水、液氨和尿素三种。三种还原剂的综合比较如下：
表1：三种还原剂的综合比较
项目液氨氨水尿素(水解或热解) 反应剂费用低较高最高
运输费用低高低
安全性有毒有害无害
储存条件高压常规大气压常压，干态
储存方式液态高压罐液罐微粒状
初投资费用低高高
运行费用低高高设备安全要求有法律规定需要基本上不需要
SCR或SNCR技术采用的还原剂各有优缺点，采用氨水价格便宜，易存储但其运输体积大，增加了其运输成本；液氨属于易燃易爆化学危险品，采用高压存储，国家新规定10吨以上属于重大危险源，采用液氨作为脱硝还原剂增加了脱硝占地面积；尿素易于运输和保存、无毒性，在脱硝工艺得到了比较广泛的应用。
1.2.1.2高活性氨基还原剂烟气脱硝技术：
针对目前脱硝技术SCR与SNCR存在诸多缺点，课题组开发出了一种新的烟气脱硝方法。其是利用三聚氰酸作为还原剂，通过喷射系统喷入脱硝反应区内，反应温度450-800℃，与烟气中的氮氧化合物NO X充分混合后进行氧化还原反应，达到脱除烟气中NO X的目的，反应方程式如下：
C3H3N3O3 →3HNCO
2NO + 2HNCO →CO + CO2 + 2N2 + H2O
2NO2 + 4HNCO →2CO + 2CO2 + 3N2 + 2H2O 三聚氰酸烟气脱硝技术与现有SCR和SNCR技术相比，克服了SCR法催化
剂投资大、产品质量不易控制、运行成本高的难题；克服了SNCR技术脱硝反应温度高、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。
采用以三聚氰酸作为还原剂的主要特点如下：
（1）现有脱硝技术是利用NH3(包括氨水、液氨、尿素及其含氨原料制取的氨)在高温（SNCR）或催化（SCR）条件下与NOx发生反应而达到脱硝的目的，三聚氰酸烟气脱硝技术是利用三聚氰酸作为还原剂在中等反应温度、无需催化剂条件下与NOx发生反应而达到脱硝目的，具有重大的理论突破。
（2）三聚氰酸烟气脱硝技术具有设备投资少、脱硝效率高、运行成本低和适用范围广的特点，是一项具有广泛应用前景的脱硝技术，对于解决我国目前的脱硝难题具有重要的现实意义。
（3）采用三聚氰酸作为烟气脱硝还原剂克服了现有SCR技术的催化剂投资大、烟气成分影响大、运行成本高等诸多缺点，克服了SNCR技术的反应温度高、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。
（4）系统运行不用催化剂，解决了目前我国脱硝催化剂质量不高、生产成本高、烟气成分影响大、运行费用高等一系列重要问题；活性氨烟气脱硝反应温度不高，反应选择性好，避免了SNCR脱硝工艺所存在的多种问题。
（5）设备简单，只需建立三聚氰酸的制备装置及其计量喷射系统，对锅炉的影响很小。
（6）三聚氰酸还原剂为固体粉料，避免了使用液氨或氨水带来的不安全因素。
1.2.2脱硫技术：
目前，我国对二氧化硫排放的限制日趋严格，《大气污染物综合排放标准》规定烟囱出口二氧化硫排放浓度应小于1200 mg/m3；《火电厂大气污染物排放标准》规定自2014年7月1日起现有火力发电锅炉及燃气轮机组二氧化硫排放浓度应小于200 mg/m3，自2012年1月1日起新建火力发电锅炉及燃气轮机组二氧化硫排放浓度应小于100 mg/m3。
1.2.2.1现有脱硫技术简介：
近些年，随着我国经济实力的逐步增加和环保标准渐趋严格，我国治理SO 污染的力度不断加大，先后建成了一批烟气脱硫实验和示范项目。我国电力部门在七十年代就开始在电厂进行烟气脱硫的研究工作，先后进行了亚钠循环法
（W-L法）、含碘活性炭吸咐法、石灰石-石膏法等半工业性试验或现场中间试验研究工作。进入八十年代以来，电力工业部门开展了一些较大规模的烟气脱硫研究开发工作。目前烟气脱硫技术在我国应用存在较多的主要问题，主要有：（1）脱硫成本高
国外发达国家应对二氧化硫污染问题往往采用高投入、高消耗的模式，而由于我国烟气脱硫的研究起步较晚，很多技术和设备都依赖进口，导致了极高的脱硫成本，给企业带来了沉重负担。如我国最早的湿法烟气脱硫示范项目重庆珞璜电厂引进的“石灰石—石膏法”烟气脱硫装置，仅投资就高达4000万美元左右，运行费用每年约4000万元人民币，脱除每吨二氧化硫需要约1100元。
（2）脱硫副产物出路难
我国天然石膏资源丰富，导致石膏价格低廉。虽然上海等较发达地区出台了一系列针对脱硫石膏再利用的优惠政策，但更多的脱硫石膏却仍旧难以有效利用，因此欧美等国对脱硫副产物的利用方法较难在我国大规模实施。这些废弃的脱硫副产物不得不作为固体废物进行堆埋，不仅浪费了大量的硫资源，也占用了大量土地资源。
（3）脱硫技术国产化进程慢
国产化主要包括设备国产化和技术国产化，其目的是为降低脱硫成本。其中，尤以技术国产化最为关键。我国现有的脱硫技术与设备绝大多数由国外引进，虽然国内已有能力制造大部分设备，但核心设备仍然需要依赖进口，且设备质量与国外产品相比还具有较大差距。而国内从事烟气脱硫领域的公司虽然具备中小型烟气脱硫工程的设计、施工、成套设备和调试等总承包能力，但仍旧缺乏自主知识产权，且设备的运转效果和可靠性难以得到有效保证。
1.2.2.2高活性氨基还原剂烟气脱硫技术：
针对现有脱硫技术存在的问题，我们提出了高效气相脱硫技术。它是以固体复合脱硫剂作为反应剂，在800-1000℃无需催化剂条件下，脱硫剂气化，与烟气中的SO2发生气相反应，以达到脱硫目的。该技术属于燃烧后烟气脱除技术。
该技术与其它技术相比，优点如下：
(1) 高效脱硫剂为工业级三聚氰酸，三聚氰酸为固体，物理性质温度，具有良好的热稳定性，运输、储存方便。
(2) 而现有的脱硫技术均为气-液反应，液气比高，反应效率低，能耗严重。本技术直接以固体三聚氰酸为脱硫剂，进入锅炉后迅速气化，与SO2反应过程简单，脱硫率高，副产品可作为肥料，且无废水排放，减少了对环境的二次污染，更能体现节能减排和循环经济理论。
(3) 本技术的设备简单，占地面积少，能耗少。若直接购买三聚氰酸脱硫剂的话，则只需建立一套气力输送系统，将脱硫剂喷入锅炉即可，不需要对锅炉进行改造，大幅降低了固定资产投入，设备投资可降低30%以上。
(4)由于本技术为气相反应，反应迅速、彻底，因此不会对锅炉产生影响。脱硫产物可用做农用肥料，经济性好。
1.2.3 低碳工业发展：
近年来由于温室效应造成的气候变化给人类的生存带来了巨大的危机，严重影响了人类社会的生存发展。世界各国寻求以减碳为目的的低碳经济发展模式逐渐成为人们的共识。世界各国尽管对低碳经济模式的特点认识不一，但归结起来有这样几个特点：（1）降低能耗和减少污染物排放，即经济发展过程中要实现“三低”：低能耗、低排放、低污染；（2）经济增长与能源消费、含碳气体（主要指二氧化碳）排放脱钩，不能保持同步增长，在保持经济增长的同时，提高能源效率，减少废气排放；（3）低碳技术创新是发展低碳经济的直接手段；（4）开发与利用新型清洁的可再生能源作为重要举措；（5）围绕低碳技术创新与发展新型清洁能源进行相关制度创新与法律体系建设。所谓的低碳经济，是与高能耗、低污染、高排放为特征的高碳经济相对应，以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式。低碳经济实质是保持经济社会发展的同时，实现资源高效利用，实现能源低碳或无碳开发。
低碳经济的提出，预示着一场国际新工业革命来临。将来的经济必然是低碳经济，将来各国经济体的竞争必然是低碳技术、低碳产业、低碳规则的竞争，甚至在国际经济贸易中将可能形成“低碳壁垒”。因此，中国发展低碳经济刻不容缓，意义重大。但是，作为最大的发展中国家，中国面临社会经济发展与节能、气候变化的多重任务，这种低碳经济新模式的提出对中国可持续发展带来了多方面的挑战。
我国资源结构的特点是“富煤、贫油、少气”，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，我们提出了一条新的低碳工业材料开发路线：
从煤出发，以煤为原料，在尿素合成的基础，利用专利技术合成三聚氰酸/胺，然后三聚氰酸/胺与甲醛反应生成三聚氰酸/胺树脂高分子材料。该路线将二氧化碳化学封存得到的高附加值产品进一步加以利用，生成三聚氰酸/胺高分子材料，使整条工业材料路线具有了明显的低碳优势和良好的环境效益及经济效益。
煤 空气 水 甲醇
尿素 甲醛 重点
开发 三聚氰酸/胺 树脂高分子材料