清洁生产原理与应用3 清洁高效的能源和原料

2013-5-2
海南大学环境科学系 唐文浩
3.2.2 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
2013-5-2
3.2.3 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 。

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
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3.2.3 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
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3.2.4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
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3.3 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：
清洁生产原理与应用
海南大学环境科学系 唐文浩
3 清洁高效的能源和原料


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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
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海南大学环境科学系 唐文浩
3.1 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
2013-5-2
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海南大学环境科学系 唐文浩
2013-5-2
海南大学环境科学系 唐文浩

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

2013-5-2
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海南大学环境科学系 唐文浩

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。
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。
2013-5-2
海南大学环境科学系 唐文浩

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。
2013-5-2
3.2.1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。
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海南大学环境科学系 唐文浩



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
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海南大学环境科学系 唐文浩


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。
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
3.2.2 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。
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海南大学环境科学系 唐文浩

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。
2013-5-2
海南大学环境科学系 唐文浩
3.2 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
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海南大学环境科学系 唐文浩
3.2.1开发利用新能源



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。
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海南大学环境科学系 唐文浩
3.2.1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。
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海南大学环境科学系 唐文浩

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
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3.2.2 使用可再生能源
生物质气化发电工作流程
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3.2.3 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
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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。
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海南大学环境科学系 唐文浩

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。
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）。
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3.4 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
海南大学环境科学系 唐文浩
2013-5-2

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。
2013-5-2
海南大学环境科学系 唐文浩
2013-5-2
海南大学环境科学系 唐文浩
3.2.1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！
2013-5-2 海南大学环境科学系 唐文浩


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
2013-5-2

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。