蓝天碧水CHN

环境污染及其治理方法
正文

治理雾霾的误区

(2015-03-30 11:29:11) 下一个

关于雾霾,最大的误解是“导致雾霾的污染物和能耗成正比,要消灭雾霾只能减少能耗”。导致雾霾的污染物,除了SO2是主要物种(major species)外,大多是燃烧过程的次要物种(minor species, 比如一次PM2.5, NOx, CO挥发性有机化合物VOC)和工业过程的逃逸物(挥发性有机化合物VOC)。次要物种排放和工业过程的逃逸物排放是可以避免或者降到极低的。所有化石燃料, 主要成分都是C H,还有少量的其他元素(S, NO等)。煤炭含有较多的SN所以烧煤污染比较严重.   天然气基本上就是CH其他元素只有很少量,所以烧天然气污染比较轻,但也产生NOx, 除非采用低氮燃烧器或超低氮燃烧器。限于篇幅,我对火焰化学极度简化。

 

  1. 主要物种(Major Species

主要物种(CO2, H2O, O2, N2, SO2)是完全燃烧不可避免的产物,可以按照物料平衡的原则计算出产量,通常量也比较大,常用体积百分比(%)来表达。

 

1.1  碳和氢的氧化

化石燃料的燃烧,CH的氧化可以概括为以下几个反应:

C  + O2 = CO2

H2 + ½ O2 = H2O

CH4 + 2O2 = CO2 + 2 H2O (天然气)

。。。

但是空气里有21%氧气,78%氮气,1%左右别的气体(ArHeCO2等)。为了简化,就说21%氧气,79%氮气吧.  就是说,每一体积的氧气,要带着3.762个体积的氮气。

C  + O2 +3.762 N2 =CO2 + 3.762 N2

H2 + ½ O2+3.762 N2 = H2O+ 1.881 N2

CH4 + 2O2+3.762 N2 = CO2+ 2 H2O + 7.524N2(甲烷完全燃烧)。

二氧化碳(CO2)和雾霾的产生没有直接关系。

 

1.2  硫的氧化

S+ O2 +3.762 N2 = SO2 +3.762 N2

要避免二氧化硫,只能对燃料脱硫,或者对燃烧产生的尾气脱硫。


2. 次要物种(Minor Species

次要物种是燃烧过程中不一定要产生的物种,包括黑炭(sootPM2.5NOx,  SO3VOC.   次要物种不能按照物料平衡的原则计算出产量,通常产生量也比较小,常用百万分之一ppm)来表达。

 

燃烧机理极其复杂,简单的甲烷燃烧,可以涉及53个物种和325个反应,请看附录。

 

2.1黑炭soot颗粒

黑炭soot颗粒通常在局部缺氧的情况下由乙炔交联成苯环,苯环再交联成稠环芳香烃,稠环芳香烃再交联脱氢形成。在火焰中容易被氧化烧掉。可以说,黑炭soot颗粒要从火焰中逃出,变成一次PM2.5进入大气,不是必然的,而是九死一生的机会。控制得当,可以把一次PM2.5降到很低。

 

2.2 三氧化硫

SO2 + ½ O2 = SO3

要避免三氧化硫的排放,可以通过燃料脱硫,或者对燃烧产生的尾气脱硫。


2.3 一氧化碳

C + ½ O2 = CO  (碳不完全燃烧,燃烧中间产物)

燃烧控制得当,可以把CO降到<0.1ppm

 

2.4 挥发性有机化合物VOC

VOC volatile organic compounds)也可以是燃烧中间产物,由不完全燃烧产生。但是,VOC还有别的来源,如加油站,产品上漆过程,工厂烟囱尾气,高架火不完全燃烧等。VOC排放是可以避免或通过技术减到很低的(<1 ppm)。

 

2.5 氮氧化物NOx

N2+ O2 = 2 NO

NO + ½ O2 = NO2

空气中氮气很稳定,要氧化成氮氧化物一定要高温。通过低氮和超低氮燃烧技术,可以把NOx降到很低。

燃料(煤,油)中固有的氮比较麻烦,在燃烧过程中通常都转化为NOx.   但采用分级燃烧或者SCR/SNCR也可以变为无害的氮气。氮氧化物控制技术,是当今燃烧技术的皇冠上的明珠。西方燃烧技术的研发投入,绝大部分用在氮氧化物控制上。 

 

一般而言,导致雾霾的次要物种,在控制不当的情况下可以高于10,000 ppm(上不封顶),控制得当也可以< 5 ppm甚至有些污染物可以<0.01ppm (可以说等于零).  关键在于燃烧技术和燃烧过程控制。采用先进技术,对一些次要物种污染物可以减排超过90%甚至超过99%。相比之下,在相同的燃烧技术条件下减少能耗50%,只能减烧污染物排放50% 

 

所以说,关于雾霾,最大的误解是“导致雾霾的污染物和能耗成正比,消灭雾霾只能减少能耗”。

 

以中国现在的经济发展阶段,总能耗恐怕还要增长15年。到2030年总能耗能下降就算乐观的了。所以,治理雾霾,要从控制导致雾霾的次要物种污染物开始。导致雾霾的次要物种 本来就没有出生证,乃是不必要出生的怪物,为何不扼杀于污染源呢?


本文引用地址:

http://blog.sciencenet.cn/blog-2470641-878356.html  此文来自科学网洪建辉博客,转载请注明出处。  
[ 打印 ]
阅读 ()评论 (0)
评论
目前还没有任何评论
登录后才可评论.