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从生态环境部4月新闻发布会看兰炭清洁高效的重大作用

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从生态环境部4月新闻发布会看兰炭清洁高效的重大作用

发布日期:2020-05-25 作者:正能量 点击:

近年来,我国大气污染格局发生了深刻变化,PM2.5与臭氧(O3)成为影响我国城市和区域空气质量的主要空气污染物,二者协同控制已成为我国空气质量改善的焦点和打赢蓝天保卫战的关键。



5月15日,生态环境部举行4月例行新闻发布会。生态环境部大气环境司司长刘炳江、国家大气污染防治攻关联合中心副主任、中国工程院院士贺克斌出席发布会。会上对2019年蓝天保卫战取得的成绩表示肯定的同时,也指出2020年作为打赢蓝天保卫战的收官之年,面对的几个方面的挑战:一、PM2.5浓度依然较高。二、臭氧污染逐渐显现,臭氧浓度逐渐上升,成为仅次于PM2.5的影响优良天数的重要因素。三、结构调整难度较大。据了解,与2019年的工作重点和措施相比,今年的蓝天保卫战攻坚行动方案主要针对臭氧浓度逐渐上升的问题,增加了对于夏天挥发性有机物综合治理攻坚行动的实施,相关文件正在征求意见,会尽快下发。


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蓝天白云一定是好天气么?


答案是否定的。2019年,据生态环境部发布的重点区域和 74 个城市空气质量状况显示,夏季以臭氧为首要污染物的超标天数超过了PM2.5,位居第一。根据 2018 年 5 月 31 日发布的《2017中国生态环境状况公报》显示,2017年京津冀、长三角、珠三角等重点区域地级城市及直辖市、省会城市和计划单列市的74个城市全年臭氧污染天数占全年污染天数的43.1%。如今,臭氧污染已经成为多个城市的首要污染物,许多民众也都开始注意和重视这类问题。


2
什么是臭氧污染?


酸雨、光化学烟雾和大气能见度等对流层污染现象的重要组成部分是臭氧,臭氧化学活性较高,通常介入到大气光化学反应中,将排放的交通废气、染料废气中含有NOx和挥发性有机物VOCs有机结合在一起,在太阳辐射后,经由一系列光化学反应生成二次污染物——— 臭氧


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臭氧污染是什么造成的?


研究表明,平流层的臭氧主要分为两类,一类是天然源,指的是对流层臭氧的输入;另一类是人为源,指的是由光化学反应产生的臭氧。臭氧的前体物主要包括一氧化碳、一氧化氮以及具有挥发性的有机物等,O3的人为源包括交通运输、石油化工行业、燃煤电厂等,这些污染源排放的O3前体物经光化学反应产生O3。

NOx与O3关系:NOx主要来源于机动车尾气、燃煤及石油化工等排放,作为参与O3形成过程中重要的介质之一,它的浓度变化将直接影响到臭氧污染水平。

CO与O3关系:根据光化学循环链式反应原理,大气污染中的CO同时消耗NO,间接促进了O3的生成率。

VOCs与O3关系:VOCS是环境空气中广泛存在的一类化合物,它对区域性大气O3污染、PM2.5污染具有重要贡献。

谈到臭氧浓度节节攀升的原因,刘炳江说,首先是臭氧前体物NOx和VOCs的排放量依旧居高不下。近年来,高架源(工厂烟囱等产生高空排放的污染源)的NOx治理有一定成效,但移动源和大量工业炉窑的NOx排放下降不显著。VOCs防治也面临排放源点多、分散,治理基础薄弱的问题。


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臭氧有什么危害?


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臭氧作为光化学烟雾以及强氧化剂的主要组成,大气臭氧污染会极大地危害人类健康以及动植物的生长,会给社会发展带来不可估量的损失,在20世纪50年代,在美国洛杉矶 由于光化学烟雾导致了很多人员的死亡。近些年来,在我国也出现了各种臭氧污染事件,有研究表明,大气臭氧污染不仅会导致呼吸道疾病,同时还会引发心血管疾病,此外还会对农作物的生长造成损害。据不完全统计,由于臭氧污染造成的农作物损失在180亿美元以上,而到2030年,预计会达到 350亿美元。臭氧污染对全球粮食产量造成了严重损害,因此,加强臭氧污染防治具有重要的现实意义。



5
秋冬季的PM2.5从何而来?


为了解沈阳市空气细颗粒物的污染特征及主要来源,中国环境科学院等,于2015年2月、5月、8月和10月在沈阳市采集PM2.5样品,对PM2.5质量浓度及其化学组分进行测定,结果显示,沈阳市富集因子值最高的元素来自于燃煤、交通污染、工业排放等污染源,正交矩阵因子分析(PMF)结果表明:PM2.5结果中燃煤源、二次源、工业源、扬尘源和交通源的贡献比分别为33.4%、27.2%、16.7%、11.5%、11.2%。燃煤烟尘等固定源对沈阳市PM2.5的贡献较大。

2018年通过对北京秋季细颗粒研究发现,二次气溶胶和煤炭燃烧、车辆、工业、生物质燃烧和粉尘是PM2.5的重要来源,分别占PM1的53.8%、8.0%、13.0%、13.2%和12.0%,PM2.5分别为47.5%、9.9%、12.4%、8.4%和21.8%,其中占比较高的为二次气溶胶。

据了解,二次有机气溶胶主要来自交通,燃煤,生物质燃烧及烹饪产生的排放物;二次无机气溶胶主要来自燃煤排放的二氧化硫在大气中的氧化和汽车尾气与发电厂排放的氮氧化物;二者贡献度相似。因此控制中国的PM2.5水平并减少颗粒物引起的环境、经济和健康影响,不仅需要减缓一次气溶胶的排放,同样也需要减少二次气溶胶前体物的排放,如减少二氧化硫,氮氧化物,尤其是挥发性有机化合物的排放。


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PM2.5与臭氧的关系?


研究表明,PM2.5与臭氧的生成存在着复杂的联系,二者不仅具有共同的前体物,而且在大气中通过多种途径相互影响。PM2.5与臭氧的生成具有共同来源,NOx和VOCs是二者生成的共同前体物,通过气体颗粒物转化过程形成的SIN(二次无机气溶胶)和SOA等与臭氧的形成存在相互依存的关系,气溶胶进而影响光化学辐射通量,从而影响光化学反应过程及臭氧的生成。


由此可见,煤炭燃烧,燃煤烟尘是PM2.5和臭氧的最大贡献源,控制燃煤就是间接缓解臭氧以及PM2.5对大气的污染破坏。



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兰炭为什么可以减少臭氧及PM2.5污染?


 从兰炭的成分看:

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如上图所示,由于兰炭的比表面积增大,在燃烧过程中兰炭自脱硫反应更易发生,更有利于N与其他自身含有的氧化物发生反应,在一定程度上减少了SO2和NOx的排放。同时,由于兰炭表面空隙率增大,燃烧后的灰渣可以吸附更多的SO2和NOx,加上兰炭本身硫、氮含量很少,因此燃烧后有害物质的排放量明显减少。由于兰炭的含灰量很少,烟尘的排放量也明显减少。据统计,每燃烧1t兰炭,可以减少向大气中排放CO2 1.106kg、SO2 6.1kg、NOx 5.1kg。



 从使用效果看:

如下图,以陕北民用燃煤炉为例,使用兰炭燃烧过程中排放的PM2.5和总颗粒物浓度是烟煤的 1/33和 1/7,远低于烟煤,略低于无烟煤。

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如下图,以陕北民用燃煤炉为例,兰炭燃烧后排放的NOx、SO2比烟煤少约3.5倍,与无烟煤接近。

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京津冀地区民用燃煤消费量约3600万t/a,如果利用兰炭代替,京津冀地区就少向大气中排放约26万吨SO2,18万吨NOx。

王东升等对于京津冀地区民用洁净煤燃烧及排放特性研究,得出结论:兰炭燃烧排放烟气中颗粒物浓度低于30mg/m³,烟气成分SO2含量低于40mg/m³,NOx含量低于140mg/m³,林格曼黑度为0级,是农村居民燃煤的理想清洁燃料。


 兰炭在工业锅炉上的燃用:

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 电厂:

燃煤电站锅炉直接燃烧煤炭,资源利用效率较低。兰炭作为一种新型清洁环保燃料,是煤热解三相产物中的固体产物,将其用作动力煤实现了煤炭的分级分质利用。同时兰炭用于电站锅炉符合国家政策对电站低污染排放的要求,规模化应用后可消化千万吨兰炭产能,实现发电企业和兰炭企业互利共赢。

电站锅炉燃用兰炭具有减轻炉内结渣、大幅降低烟气污染物生成量、对低热值煤具有较好替代作用等优势。将兰炭按一定比例与动力煤掺混后使用作为动力燃料在电厂大规模发电,贫煤锅炉可掺烧质量分数50%以上的兰炭;无烟煤锅炉可掺烧质量分数30%的兰炭;烟煤锅炉可掺烧质量分数30%~50%的兰炭。


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为什么说发展使用兰炭有利于国家清洁利用发展?


采用中低温干馏工艺生产兰炭,实现了由固体能源向固体、液体、气体三种形式能源的高效转化,对于资源利用来说,开辟了高效灵活利用资源的途径。随着先进工艺技术的不断运用,特别是循环经济理念的融人渗透,在过去单纯以兰炭生产为主的模式上,兰炭产业逐步拓展下游产业链,对其他两种产品煤焦油和焦炉煤气进行了综合利用,形成了煤焦油加氢、焦炉煤气综合利用、氨水提取高附加值产品等新的产业模式,既有效解决了污染问题,又做到物尽其用,极大地提高了煤炭资源的综合利用效率和兰炭产业自身的经济效益。与燃烧、发电、液化制油、气化制甲醇等多种原煤利用路径相比,兰炭产业热利用效率最高,而且可以得到其他多种产品,可以说,兰炭产业既是煤化工、也是油化工。

将干馏煤气净化处理进行能源综合利用,是走企业发展集约化、效益型的一个重大举措,是贯彻国务院《关于进一步开展资源综合利用的意见》精神的具体措施,不但给企业带来经济效益,也解决工业兰炭在生产过程中产生尾气所造成的污染问题,完全符合国家的资源综合利用节能、减排政策。与传统的半焦厂荒煤气“点天灯”排放相比,具有节约能源、减少温室气体排放、保护环境的优点。

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煤气净化技术首先着眼于从兰炭生产废煤气中除去99%以上的焦油和杂质,减少煤气中焦油的含量,提高煤气的纯度;实现煤炭资源高效清洁利用,节约能源;收集的焦油可直接销售,增加企业收入。其次是将尾气脱硫进行再次利用,回收有用的硫资源,不但解决了工业兰炭在生产过程中产生煤气所造成的污染问题,且提高了项目的经济吸引力,促进了兰炭行业的清洁生产、实现循环利用;兰炭生产的干馏煤气经治理后各项指标可以达到《兰炭行业清洁生产标准》( DB61/T 423—2008) 的要求,并可回用于能源气。

以60万吨/年兰炭生产系统为例,一年可产兰炭60万吨,煤焦油6万吨,干馏煤气约6.0亿m³。其中兰炭、焦油进入市场销售,干馏煤气如没有净化处理直接高空排放,严重污染环境,每年仅此一项造成直接经济损失1350万元。将6.0亿m³/年的干馏煤气净化处理后,用于发电或用作原料气、燃料气配套建设综合利用工程,不仅可利用排放的“废气”减轻对环境的污染,是环境保护的重要组成部分,还可以增加企业收益、降低生产成本,安排闲置人员,是企业走环保产业及可持续发展之路的必然选择。

兰炭生产企业主要集中在陕西、内蒙古、山西、宁夏、青海等省份,国内兰炭总产能已超1亿吨,其中用于电石和铁合金行业约3000万吨;化肥造气行业约1500万吨,冶金行业约 3000万吨。兰炭产能巨大,其高效利用对国民经济发展和环境保护具有促进作用。


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