Avenue du Reclus分享 http://blog.sciencenet.cn/u/Nancyback

博文

治霾良策 II:煤转气同时推广催化燃烧 精选

已有 8704 次阅读 2016-1-15 17:21 |个人分类:生活点滴|系统分类:观点评述|关键词:霾,环境,能源,能量效率| 环境, 能源, 能量效率

今年冬季,京津地区重霾压城成为新常态。虽然这一周由于北风强劲,暂时阳光明媚,但估计好景不长,因为北风不会日日有,致霾前躯体排放已经超过环境容量,风速一降下来,污霾气溶胶就会重新笼罩大地。

在一周前曾经发愿,一周提出一个治霾良策,用10周时间,建10个良策,虽然不一定能够立即得到政府采纳,但科学的光亮迟早能驱散污霾,无论中国特色惯性有多大,30年是不需要的。上周把硫磺或硫元素在污霾形成中的机理给予剖析明白。读者应该已经认同,如果管住了硫磺和硫酸气体,不仅能减少五千万吨污霾前躯体,同时使得天朝污霾大气毒性至少降低10倍。这将极大有利于天朝国民健康和社会发展。今天,试图分解明白燃烧对污霾的贡献。但由于燃烧是获得能量的主要途径,天朝化石燃料消耗实在太大,没有5策篇幅,不能做好燃烧减霾的策论。今天只针对天朝各地正在如火如荼进行的煤改气提出良策。估计这一良策若被采纳,亦可减少污霾前躯体五千万吨以上。

煤改气是因为不同的地方官员认识到,以煤为燃料获取能量是污霾前躯体的主要来源。这在天朝无疑是对的。无论用任何燃气,天然气、水煤气还是焦炉气,取代煤作为燃料获取能量,无疑使得硫氧化物排放更加容易控制,也使得氮氧化物排放有可能被控制。

无论用天然气、水煤气还是焦炉气,都使得脱硫变得容易,因为煤直接燃烧,排放的燃烧尾气中硫氧化物的浓度总是低于回收经济浓度。当然现在天朝的硫经济回收浓度非常高,这是因为大量无关税进口工业化国家倾销的硫磺导致的,硫磺价钱太低,回收自然不经济。现有的电厂,大部分采用石灰水吸收氧化硫的方法,号称安装了设备来处理尾气,虽然有一定效果,但效率不会高,且能耗很大,不经济,也不能回收硫磺,因此大部分电厂的尾气脱硫单元,时开时停,这已不是秘密。但是,把煤变成水煤气,或引出炼焦厂的焦炉气,其中的硫就是以硫化氢为主,当然也有一部分其它有机硫。硫化氢和有机硫的脱除,采用醇胺吸收技术,可以脱的很干净。硫化氢和有机硫可以用成熟的Clause催化工艺,生产高品质的硫磺。对于天然气,大部分来源含硫量不高,既使是含硫量高的天然气,也是含硫化氢和有机硫,利用醇胺吸收的方法,加上Clause工艺,也可以在回收硫磺的同时,达到深度脱硫的目的。

关于煤改气,如果采用了上述方法脱硫,则不仅可以获得高品质的工业原料硫磺,也达到了控制燃烧排放硫氧化物的目标。但是,如果说煤改气就一定会减少污霾前躯体,就不一定了。因为如果燃烧条件不当,另一个更毒的污霾前躯体NOX会在燃烧中大量产生。那么,燃气燃烧技术不好,不一定毒物排放比燃煤少。

前几年经常听到天朝地方官和农民兄弟作对,不准农民烧秸秆,秋收季节去地里蹲着抓烧秸秆的。农民也和小官们打游击战,捉迷藏,看不见就烧。这几年据说有的地区装了监控,对农民烧秸秆也狠了起来,据说也弄进去蹲班房。其实,这是科普不到位,地方官冤枉了农民兄弟。烧秸秆看起来浓烟滚滚,其实这个秸秆烟和污霾前躯体不是一回事。当然客观地说,秸秆烟也是视觉污霾的前躯体,但是毒性不大。人类自从懂得刀耕火种,就烧荒。千万年来,农民,不知道古代是不是叫农民,但是人类历来是烧秸秆弄熟饭食的,当然也有的地方有的时候烧牛粪等等。在天朝农村只是近几十年才逐渐烧煤。也没有听说谁烧秸秆做饭中了毒。相反,关于炊烟,旧时代有文人骚客,还写了很多赞美的诗歌和散文。前几年,还有好事之徒,把烧秸秆的锅灰弄去分析,从中发现了大量的纳米碳管和石墨烯。因此,有人说,纳米碳管和石墨烯,是天朝村妇首先制备出来的。

为什麽说烧秸秆的炊烟不怎么有毒,是因为烧秸秆的温度很低,很难超过800 oCNOx则在1000 oC以上才在燃烧废气中浓度高起来。虽然说,硫和氮都是遗传物质DNARNA的构成部分,但是秸秆不是种子,秸秆的主要功能是支撑,细胞是很大的,收获留下的秸秆主要是细胞壁,由纤维素、半纤维素和木质素构成。秸秆中硫和氮含量都远远低于煤等化石燃料。当然,豆科植物,由于自我根瘤固氮的作用,其秸秆含氮量稍高,但是植物是很精细的,大自然的自然选择,不容许植物浪费硫和氮等物质。因此,秸秆中都不多。烧秸秆的炊烟,主要是水蒸气、不完全燃烧有机物和少量半焦微粒。这些比起化石燃料燃烧排放的硫氧化物和氮氧化物,就不那么可怕。

燃烧废气中氮氧化物的来源,主要有两部分,一部分是燃料中原有的含氮物质,比如构成DNARNA的一些片断,在燃烧中生成氮氧化物,当然,温度低的时候,不一定能烧成氧化物,但是在大气中会部分演化成氧化物,也能演化成毒性更高的有机含氮物质,如吡啶衍生物。更多的氮氧化物,是因为空气中的氧氧化空气中的氮生成的,这需要很高的温度。大约在1000 oC的燃烧废气中才能检测到,然后随着温度的升高,呈指数快速升高。在1300 oC以上,可能达到1000 mg/L。当然,这个生成量,除了温度以外,还取决于燃烧火焰中,存在的催化剂物种和量。由于煤的组成复杂,因此煤燃烧,生成的氮氧化物量会大一些。但是,既使是纯净的甲烷燃烧,1300 oC以上,生成的氮氧化物的量也很大。

催化燃烧,则使得燃烧过程成为可控的过程。无论工业、农业、饮食还是家居,绝大部分需要能量的场合,不需要1000 oC以上的温度。比如,工厂烧水蒸汽,一般不需要500 oC以上的。那么催化燃烧,可以把温度控制起来,没有超过1000 oC的火焰,就不产生任何氮氧化物。同时,催化燃烧对炉具材料的耐温要求极大降低,还可以有效降低锅炉和炉具的投资。这是佰利无一害的事。

建议天朝政府,即使煤改气进程慢点,采用催化燃烧也会带来很大好处。如果不用催化燃烧,用传统的火焰燃烧,氮氧化物不仅不会比烧煤排放少,燃烧不当,还会更多。

估计催化燃烧若能推行,通过煤改气,也可以减少致霾前躯体排放五千万吨以上。

当然,催化燃烧还可以用于极大减少可挥发有机物的排放。这个将作为10策之最后一策建议。

 

 

 

祝各位同行2016吉祥!祝愿2016没有污霾!

 

2016115日于天南大联合楼


另外:请访问:http://eecat2016.ydlilab.com/,也欢迎在10月份参加EECAT 2016,加入能源和环境治国良策的讨论。




重霾围城 谁是罪魁祸首?
http://blog.sciencenet.cn/blog-281175-950620.html

上一篇:斗胆妄议:一边重霾压城、一边进口硫磺零关税
下一篇:和芬兰新博士Janne Patakengas一起迎接挑战

19 李学宽 黄永义 相宏伟 姬扬 钱磊 蒋大和 徐耀 陈永金 吕洪波 韩枫 钟炳 白龙亮 刘敏 张士宏 htli zhoutong yunmu aliala dulizhi95

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (28 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2019-10-16 15:17

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部