清洁生产原理与应用3清洁高效的能源和原料

海南大学环境科学系唐文浩清洁生产原理与应用海南大学环境科学系唐文浩2019/10/33清洁高效的能源和原料3.1概述3.2清洁高效的能源与能源的清洁化3.3清洁的原料与原料的清洁化3.4案例分析海南大学环境科学系唐文浩2019/10/33.1概述在生产过程中采用清洁高效的能源和原料，是从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产过程中污染物的产生和排放，减轻或者消除对人类健康和环境的危害的重要环节。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/3采用清洁高效的能源主要内容包括：开发利用新能源；使用可再生能源，对传统能源进行清洁利用；实施各种节能技术和措施等。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/3采用清洁原材料的主要内容包括：使用精料和富料；节约原材料；使用无毒无害原材料；使用替代原材料；原材料的分类回收循环使用；研发和使用新材料等。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/3清洁生产评价指标中的原材料指标：体现原材料的获取、加工、使用等各方面对环境的综合影响：①毒性：原材料所含毒性成分对环境造成的影响程度②生态影响：原材料取得过程中的生态影响程度③可再生性：原材料可再生或可能再生的程度④能源强度：原材料在采掘和生产过程中消耗能源的强度⑤可回收利用性：原材料的可回收利用程度海南大学环境科学系唐文浩2019/10/33.2清洁高效的能源与能源的清洁化3.2.1开发利用新能源3.2.2使用可再生能源3.2.3传统能源的清洁利用3.2.4各种节能技术和措施的实施海南大学环境科学系唐文浩2019/10/33.2.1开发利用新能源清洁高效的能源主要指新能源。包括：太阳能、地热、水能、风能、生物能、核能、可燃冰等。太阳能的利用：太阳能电池，太阳能换热器水能的利用：水的势能转换——水坝电站水的动能转换——潮汐电站风能的利用：风电站生物能的利用：生物量转化为气体燃料、液体燃料、固体燃料核能的利用：核电站海南大学环境科学系唐文浩2019/10/33.2.1开发利用新能源可燃冰：可燃冰是一种甲烷水合物，它是在高压低温条件下（深海和永久冻层），由若干个水分子组成一个笼子，每个笼子里“关”一个由沉积的古生物遗体所分解的甲烷分子，形成水合甲烷。这些水合甲烷就像一个个淡灰色的冰球，故称可燃冰。可燃冰一旦释压就会分解成水和甲烷。一体积可燃冰可储载100～200倍体积的甲烷气体，具有能量高，燃烧值大等优点。可燃冰是一种潜在的能源，储量很大，在能源紧缺的现在发现它真可解燃眉之急。有关专家估计它分布的范围约占海洋总面积的10%，足够人类使用1000年。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/33.2.1开发利用新能源在中国海域也发现了“可燃冰”。近年来，科研人员在中国沿海发现了“可燃冰”的地球物理标志，大致圈出约8000平方公里的分布面积。在中国南海海域，初步鉴别出在400多公里地震剖面上存在有天然气水合物矿藏的显示标志，而且显示出了巨大的资源前景。在中国的东海海域也有类似重大发现。可燃冰作为一种新能源虽具有开发应用前景，但甲烷是一种高效的温室气体，可燃冰的开采如果方法不当，释放出的甲烷扩散到大气中，会增强地球的温室效应，导致地球上永久冻土和两极冰山融化而使地球变暧。安全合理地开发可燃冰，必须同时考虑环境保护。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/3页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/3页岩气是从页岩层中开采出来的天然气,页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中。与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。中国主要盆地和地区页岩气资源量约为15万亿－30万亿立方米，与美国28．3万亿立方米大致相当，经济价值巨大。另一方面，生产周期长也是页岩气的显著特点。页岩气田开采寿命一般可达30～50年，甚至更长。开采寿命长，就意味着可开发利用的价值大，这也决定了它的发展潜力。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/3美国的岩层气革命效应在这几年逐渐发酵，已经影响了美国的能源消费构成，并且导致了美国的大量煤炭和天然气出口。由于目前岩层气的开发潜力还非常巨大，可以预见美国还会在接下来数年里大量增加产量，并且导致更多煤炭出口到欧亚。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/3获取页岩气的方式是水压致裂工艺，该工艺包括在高压条件下向井内注入沙子、水和化学物的混合物，将页岩岩石打碎，并释放出页岩气，沿井逆流而上，从而对其进行回收。目前，中国的天然气消耗量非常低，除电力生产以外，天然气用途还包括供暖、烹饪、交通运输和化肥。此种局面短期内不太可能显著改观，这是因为适当利用天然气所必需的基础设施开发将是耗资巨大且耗时的工程。然而，在当前消耗量较低的水平，中国的页岩气资源量潜力可能会持续逾一个世纪之久，据估计可能高达200年，因此其长期潜力引人注目。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/3矿物燃料消耗日益向加大天然气使用力度转变的潜力可能最值得关注，这将使中国能够利用国内庞大的页岩气储量，同时长期内降低对能源进口的依赖性。当前，中国的能源效率极差，导致污染严重。而天然气是最清洁的矿物燃料，在用来发电时不仅比煤炭少产生约45%的二氧化碳，而且可以随意开启或关闭，不会造成任何损耗。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/3开发页岩气技术存在一些潜在缺点。首先也是最重要的是环境担忧，因为进行水压致裂在多个层面存在危害性。有一些对环境损害的担忧：如由该工艺引发的地震、水资源损耗和可能造成的水资源污染，未来几十年中国可能会面临水资源危机，这些是非常显著的风险；提取、存储和转移页岩气所需的基础设施开发的短期成本巨大；虽然提取页岩气可能会增加能源来源，但保留这些资源，在以后更具价值的时候进行开采也许更为有利。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/3海南大学环境科学系唐文浩2019/10/3海南大学环境科学系唐文浩2019/10/3我国富有机质页岩分布广泛，南方地区、华北地区和新疆塔里木盆地等发育海相页岩，华北地区、准噶尔盆地、吐哈盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地和松辽盆地等广泛发育陆相页岩，具备页岩气成藏条件，资源潜力较大。据专家预测，页岩气可采资源量为25万亿立方米，超过常规天然气资源。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/33.2.1开发利用新能源观点：新能源开发利用与传统能源开发利用一样都有风险。1发展生物质能和水坝电站引起生态破坏问题！？2发展核电引起核泄露问题！？3。。。！？利用和改造自然都有风险！两害取其轻！科学技术的发展也可降低风险！海南大学环境科学系唐文浩2019/10/33.2.2使用可再生能源生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料。生物质资源是地球上再生资源的核心组成部分。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/3生物质在地球上无处不在，生物质能可以说遍地都是。人类利用生物质的历史极其悠长，薪柴秸秆的直接燃烧利用曾给人类的生存发展带来极大的支撑，在人类发展史上发挥了更重要作用的化石类能源如煤炭、石油、天然气等也是生物质中的有机物经过上亿年的时间演变而来。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/33.2.2使用可再生能源生物质资源是指绿色生物通过光合作用产生的、可再生的有机物质及其衍生物。适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物及畜禽粪便五大类。现代生物质能产业主要指从事生物质规模化生产和生物燃料工业化加工的一类新兴产业。生物质能源可依托能源植物规模化种植和生物燃料生产、植物纤维素生产乙醇、海水蓝藻生产醇类燃料、生物光解产氢、农业废弃物的高效物化/生化转化等方式获取。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/33.2.2使用可再生能源生物质气化发电工作流程海南大学环境科学系唐文浩2019/10/33.2.3传统能源的清洁利用中国的常规能源主要是煤、石油、天然气等。煤、石油和天然气都是由古代的植物和动物残体被覆盖而埋藏在地下，在隔绝空气的条件下，由于长期受地热、地压的作用，在加上细菌的分解和侵蚀，经历了复杂的变化，逐步形成的可燃性固体（煤）、液体（石油）和气体（天然气）。洁净煤技术主要包括：煤的直接洁净技术煤转化为洁净燃料技术生活用能的电气化、煤气化和沼气化海南大学环境科学系唐文浩2019/10/33.2.3传统能源的清洁利用煤的直接洁净技术是指对煤燃烧前的预处理和净化技术。包括：①原煤的洗选处理：除去或减少原煤中所含的灰粉、矸石、硫等杂质，成为精煤；②型煤加工：煤经过破碎后加入固硫剂和黏合剂用机械方法将粉煤和低品位煤制成具有一定粒度和形状的煤制品；③水煤浆：把灰分很低而挥发成分高的精煤，研磨成250~300微米的微细煤粉，按煤约70％、水约30％的比例，加入0.5～1.0%分散剂和0.02～0.1的稳定剂配制而成的，水煤浆可以像燃料油一样运输、储存和燃烧；④风吹煤粉：把灰分很低而挥发成分高的精煤，研磨成微细煤粉，专门用于燃煤电厂。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/33.2.3传统能源的清洁利用煤转化为洁净燃料技术：（1）煤的干馏：将煤隔绝空气加强热使其分解的过程；（2）煤的气化：将煤(或焦炭)进行加热气化，并与水蒸汽和空气(或氧)等进行化学反应，生成以氢、一氧化碳或甲烷等为主的混合煤气；（3）煤的液化：①直接液化：将煤加热到450℃左右和100至200个大气压的条件下加入氢气，使煤熔化裂解直接得到液化石油；②间接液化：将煤先进行气化，得到一氧化碳和氢气，然后在催化剂作用下加热使这两种气体合成为液体燃料。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/3海南大学环境科学系唐文浩2019/10/3当石油枯竭，我们能够用什么替代。太阳能、风电、核电、生物能源、等等，五花八门的概念都将粉墨登场。现实显示，水电领域的蛋糕已只剩狼藉杯盘；风电市场已得到飞速瓜分，在技术尚未成熟的状态下，装机已接近饱和，未来的出路只能是机组的换代升级；太阳能方面咱们是遍地多晶硅；前苏联、日本核电灾难的阴影仍在；生物能源的规模化真还找不到太多的想象空间。毫无疑问：页岩油、页岩气、煤层气以及可燃冰是最具现实意义，最有实现价值的重要出路。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/33.2.4各种节能技术和措施的实施先进的燃烧器流化床（沸腾炉）燃烧保温、余热回收利用供能分类集中，用能分类控制海南大学环境科学系唐文浩2019/10/33.3清洁的原料与原料的清洁化原材料本身所具有的特性，例如纯度、毒性、降解性等，在一定程度上会影响生产过程及其产品对环境的危害，因而尽可能选择毒性小的原材料是清洁生产所要考虑的重要方面之一。原材料的储存、发放、运输、投入方式和投入量等都可能影响废物的种类和数量。使用清洁的原料和原料的清洁化：1、少用或不用有毒、有害及稀缺原材料；2、少用或不用不可再生的原材料；3、使用精料、耐用材料或替代材料；4、使用环境友好材料（如：可生物降解）。海南大学环境科学系唐文浩2019/10/33.4案例分析传统燃料的清洁化原煤油化原煤气化原煤焦化原煤洗选原煤粉化原煤液化生物质能气化生物质能液化生物质能固化传统原辅料的清洁化洗选法制备精料传统原料替代海南大学环境科学系唐文浩2019/10/3PPT作业试比较各种规模能源的优劣。