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淺論碳中和布景下煙氣治理工藝的戰略性統籌化決議
作者:  發布于:2021-06-22 10:58:02  

1、引言

中國能否在復雜的國際形勢下贏得先機,搶占零碳經濟的新風口,碳博弈已然成為大國博弈的新舞臺。

2021年3月27日,全國工商聯環境商會副會長兼首席環境政策專家駱建華表示,氣候變化是百年未有之變局的核心議題,碳中和是未來三十年大國博弈的新焦點。

當碳排控制放已成為環保主旋律時,然而當今二氧化硫的治理卻助推了碳排放以及二次污染的產生。那么在碳達峰、碳中和的國策的背景下如何選擇脫硫工藝技術來符合國家戰略?

2、傳統濕式脫硫

從1927年英國倫敦在泰吾士河岸的巴特富安和班支賽德兩電廠首先采用石灰石脫硫工藝開始,到現在脫硫技術技術已經發展近百年。從石灰石石膏法、氧化鎂為代表的濕法脫硫,到循環流化床、噴霧干燥法為代表的的半干法脫硫,直到以爐內噴鈣、電子束照射或活性炭吸為代表的干法煙氣脫硫技術在不同的歷史發展階段,對于煙氣中二氧化硫的脫除都作出了非凡的貢獻。

濕法脫硫由于在脫除二氧化硫的同時產生大量的廢水,并且增加了排放煙氣的顆粒物含量,要想保證煙氣塵含量達標,后續還要增設類似于濕電之類的除塵器;干法脫硫是在半干法脫硫的基礎上發展而來的一種全新的脫硫技術,兩者雖然都克服了濕法脫硫的一些弊端,但是這三者脫硫產生的副產物,無論是硫酸鈣還是硫酸鎂、硫酸鈉,目前情況下作為固廢,給企業帶來的后續處理難度就不言而喻。

以焦化行業為例,從2021年以來新建焦化企業的環評批復來看,環保主管部門已審慎的提出“焦爐煙氣脫硫灰按危廢要求暫存和管理,待投產后明確固廢性質再根據相應要求處置。”隨著國家環保政策的日益嚴苛,伴隨人們對于煙氣脫硫副產物更為清醒的認識,上述批復已經隱隱透露,將其列入危險廢棄物名錄的日子指日可待。

此外看一下國內主流的鈣法脫硫是如何釋放二氧化碳的;燃煤電廠鈣法脫硫反應如下:

CaCO3 + SO2 + H2O → CaSO3 + CO2 + H2O

由此可以看出,每脫除1摩爾的二氧化硫便產生1摩爾的二氧化碳。亦即每脫除1kg二氧化硫便產生0.68kg二氧化碳。按一個300MW的發電機組,煙氣量120萬Nm3/h,按照煙氣平均二氧化硫含量4000mg/Nm3,年運行8000小時核算,每年需要脫除二氧化硫38080噸,則產生二氧化碳26180噸。

國家能源局發展規劃司司長李福龍2019年9月20日國務院新聞辦公室舉行的新聞發布會上公布,“按照“十三五”規劃,到2020年我國的目標是把煤電裝機控制在11億千瓦”。據此計算,全國燃煤電廠至少有300MW的發電機組3666個。根據網上信息“目前,從美國、日本、德國三國大規模應用的鈣法脫硫工藝裝置來看,濕式鈣法脫硫占主導地位,在美國約占80%、日本約占75%、德國約占90%,應用的單機容量已達100萬kW以上。我國燃煤電廠也大部分采用了該種脫硫方法,使用比例約占90%以上”。據此,上述燃煤機組,采用濕式鈣法脫硫的達到3300家之多。那么這些燃煤電廠一年濕式鈣法脫硫產生的二氧化碳高達86394000噸!而這僅僅是燃煤發電領域。

而近年比較流行的半干法脫硫,行業內大量采用CaO(石灰)作為脫硫劑,其反應原理較為簡單,但脫硫劑CaO的制造過程本身就是一個破壞石礦釋放CO2的過程。

煙氣中的二氧化硫污染雖然消除較為簡單,但隨之產生的二氧化碳,固廢或危廢對環境的危害和后續治理的難度卻進一步提高了;環保治理頭疼醫頭,腳疼醫腳的單一治理模式已經結束,環保主管部門抓什么,企業“鉆頭不顧腚”的治理什么的年代也即將成為過去時,生態環境綜合整治,協同化處理,無害化治理的理念將成為未來環保的主旋律。在環保治理的過程中,污染物要源頭控制和末端治理相融合,水、氣、聲、渣要協同化一體治理:不能因為治理污水,就污染了大氣;也不能因為治理大氣,就可以產生危害土壤、水資源的固廢,甚至是危廢。

3、碳稅、碳交易將極大地影響未來工礦企業的格局

碳價格的制定無非是兩種做法:一是通過市場交易來定價,二是通過碳稅來定價。當前,我國已經有了7個交易所,但在沒有二氧化碳總量控制的情況下,很難形成真實的碳價格。據全國工商聯環境商會副會長兼首席環境政策專家駱建華介紹,當前,我國的碳交易量大概是2億噸,每噸的價格是20塊錢,而按照歐美的預算,100美金左右交易額才是比較合理的。如參照國外行情定價,碳排放多少將極大地影響未來工礦企業的生存經營能力和行業的格局。

4、新形勢下的脫硫選擇

氨法脫硫在上世紀70年代初,日本與意大利等國就開始研制其工藝并相繼獲得成功。進入90年代后,氨法脫硫工藝漸漸得到了應用。由于氨法脫硫工藝主體部分屬化肥工業范籌,對電力企業而言比較陌生,這是氨法脫硫技術未得到廣泛應用的主要因素。伴隨氨法脫硫工藝自身的不斷完善和改進,逐步解決了氣溶膠、氨損、副產品穩定性等諸多的問題,氨法脫硫工藝逐漸被諸多企業和環保部門完全接受。

氨法脫硫將煙氣中的二氧化硫轉化為硫酸銨、硫酸氫銨抑或亞硫酸銨等重要的化工原料,而整個過程無任何的二次污染和三廢排放,真正將污染物變廢為寶,徹底消除了企業煙氣脫硫后續CO2排放、副產物處理消納的難題。氨法脫硫經過工藝深入開發,在脫除煙氣中二氧化硫的同時,徹底將顆粒物去除干凈,達到超低、超凈排放的要求。一套裝置,既脫除了二氧化硫,又不產生溫室氣體,同時還產生高附加值的副產物,解決了當今環保的諸多疑難雜癥。

氨法脫硫本身不產生廢水,反而在生產過程在消化部分廢水,對于企業污水處理就減輕了很大荷載。氨法脫硫產生的副產物能夠外售,產生經濟效益,以往的環保治理是只有社會效益和環保效益,氨法脫硫真正實現了經濟效益。

5、結語

該技術將硫污染轉化為硫資源,其轉化反應分為吸收、再生和氧化三個階段,這三個階段的發生的化學反應如下:

吸收作用:NH3 +SO2+ H2O=NH4HSO3

2NH3 +SO2+ H2O=(NH4)2SO3

(NH4)2SO3 +SO2+ H2O=2NH4HSO3

再生作用:NH4HSO3+ NH3=(NH4)2SO3

氧化作用:(NH4)2SO3+O2= (NH4)2SO4

“梯級分離凈化氨法脫硫除塵一體化技術”生產過程中可以生產硫酸銨,也可以生產亞硫酸氫銨、亞硫酸銨、有機肥,對于改善土壤結構、提高農作物的品質是十分有利的。

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