浅论碳中和背景下 烟气治理工艺的战略性统筹化抉择

1、引言

　　中国能否在复杂的国际形势下赢得先机，抢占零碳经济的新风口，碳博弈已然成为大国博弈的新舞台。

　　2021年3月27日，在“华夏机构投资者年会暨第十四届金蝉奖颁奖盛典”上，全国工商联环境商会副会长兼重要地位环境政策相关人士骆建华表示，气候变化是百年未有之变局的核心议题，碳中和是未来三十年大国博弈的新焦点。

　　当碳排控制放已成为环保主旋律时，然而当今二氧化硫的治理却助推了碳排放以及二次污染的产生。那么在碳达峰、碳中和的国策的背景下如何选择脱硫工艺技术来符合国家战略？

　　2、传统湿式脱硫

　　从1927年英国伦敦在泰吾士河岸的巴特富安和班支赛德两电厂首先采用石灰石脱硫工艺开始，到现在脱硫技术已经发展近百年。从石灰石石膏法、氧化镁为代表的湿法脱硫，到循环流化床、喷雾干燥法为代表的的半干法脱硫，直到以炉内喷钙、电子束照射或活性炭吸为代表的干法烟气脱硫技术在不同的历史发展阶段，对于烟气中二氧化硫的脱除都作出了非凡的贡献。

　　湿法脱硫由于在脱除二氧化硫的同时产生大量的废水，并且增加了排放烟气的颗粒物含量，要想保证烟气尘含量达标，后续还要增设类似于湿电之类的除尘器；干法脱硫是在半干法脱硫的基础上发展而来的一种全新的脱硫技术，两者虽然都克服了湿法脱硫的一些弊端，但是这三者脱硫产生的副产物，无论是硫酸钙还是硫酸镁、硫酸钠，目前情况下作为固废，给企业带来的后续处理难度就不言而喻。

　　以焦化行业为例，从2021年以来新建焦化企业的环评批复来看，环保主管部门已审慎的提出“焦炉烟气脱硫灰按危废要求暂存和管理，待投产后明确固废性质再根据相应要求处置。”随着国家环保政策的日益严苛，伴随人们对于烟气脱硫副产物更为清醒的认识，上述批复已经隐隐透露，将其列入危险废弃物名录的日子指日可待。

　　此外看一下国内主流的钙法脱硫是如何释放二氧化碳的；燃煤电厂钙法脱硫反应如下：

　　CaCO3 SO2 H2O → CaSO3 CO2 H2O

　　由此可以看出，每脱除1摩尔的二氧化硫便产生1摩尔的二氧化碳。亦即每脱除1kg二氧化硫便产生0.68kg二氧化碳。按一个300MW的发电机组，烟气量120万Nm3/h，按照烟气平均二氧化硫含量4000mg/Nm3，年运行8000小时核算，每年需要脱除二氧化硫38080吨，则产生二氧化碳26180吨。

　　国家能源局发展规划司司长李福龙2019年9月20日国务院新闻办公室举行的新闻发布会上公布，“按照“十三五”规划，到2020年我国的目标是把煤电装机控制在11亿千瓦”。据此计算，全国燃煤电厂至少有300MW的发电机组3666个。根据网上信息“目前，从美国、日本、德国三国大规模应用的钙法脱硫工艺装置来看，湿式钙法脱硫占主要地位，在美国约占80％、日本约占75％、德国约占90％，应用的单机容量已达100万kW以上。我国燃煤电厂也大部分采用了该种脱硫方法，使用比例约占90%以上”。据此，上述燃煤机组，采用湿式钙法脱硫的达到3300家之多。那么这些燃煤电厂一年湿式钙法脱硫产生的二氧化碳高达86394000吨！而这仅仅是燃煤发电领域。

　　而近年比较流行的半干法脱硫，行业内大量采用CaO（石灰）作为脱硫剂，其反应原理较为简单，但脱硫剂CaO的制造过程本身就是一个破坏石矿释放CO2的过程。

　　烟气中的二氧化硫污染虽然消除较为简单，但随之产生的二氧化碳，固废或危废对环境的危害和后续治理的难度却进一步提高了；环保治理头疼医头，脚疼医脚的单一治理模式已经结束，环保主管部门抓什么，企业“钻头不顾腚”的治理什么的年代也即将成为过去时，生态环境综合整治，协同化处理，无害化治理的理念将成为未来环保的主旋律。在环保治理的过程中，污染物要源头控制和末端治理相融合，水、气、声、渣要协同化一体治理：不能因为治理污水，就污染了大气；也不能因为治理大气，就可以产生危害土壤、水资源的固废，甚至是危废。

　　3、碳税、碳交易将较大地影响未来工矿企业的格局

　　碳价格的制定无非是两种做法：一是通过市场交易来定价，二是通过碳税来定价。当前，我国已经有了7个交易单位，但在没有二氧化碳总量控制的情况下，很难形成真实的碳价格。据全国工商联环境商会副会长兼重要地位环境政策相关人士骆建华介绍，当前，我国的碳交易量大概是2亿吨，每吨的价格是20块钱，而按照欧美的预算，100美金左右交易额才是比较合理的。如参照国外行情定价，碳排放多少将较大地影响未来工矿企业的生存经营能力和行业的格局。

　　4、新形势下的脱硫选择

　　氨法脱硫在上世纪70年代初，日本与意大利等国就开始研制其工艺并相继获得成功。进入90年代后，氨法脱硫工艺渐渐得到了应用。由于氨法脱硫工艺主体部分属化肥工业范筹，对电力企业而言比较陌生，这是氨法脱硫技术未得到广泛应用的主要因素。伴随氨法脱硫工艺自身的不断完善和改进，逐步解决了气溶胶、氨损、副产品稳定性等诸多的问题，氨法脱硫工艺逐渐被诸多企业和环保部门完全接受。

　　氨法脱硫将烟气中的二氧化硫转化为硫酸铵、硫酸氢铵抑或亚硫酸铵等重要的化工原料，而整个过程无任何的二次污染和三废排放，真实将污染物变废为宝，完全消除了企业烟气脱硫后续CO2排放、副产物处理消纳的难题。氨法脱硫经过工艺深入开发，在脱除烟气中二氧化硫的同时，完全将颗粒物去除干净，达到超低、超净排放的要求。一套装置，既脱除了二氧化硫，又不产生温室气体，同时还产生高附加值的副产物，解决了当今环保的诸多疑难杂症。

　　氨法脱硫本身不产生废水，反而在生产过程在消化部分废水，对于企业污水处理就减轻了很大荷载。氨法脱硫产生的副产物能够外售，产生经济效益，以往的环保治理是只有社会效益和环保效益，氨法脱硫真实实现了经济效益。

　　5、结语

　　“梯级分离净化氨法脱硫除尘一体化技术”，将硫污染转换为硫资源，完全消除了烟气中二氧化硫的环境污染，将其转化为硫酸铵化肥，用于农家农业生产体系肥料。该技术在国家环保部2010年第103号公告《国家先进污染防治示范技术名录》和《国家鼓励发展的环境保护技术目录》中被列为燃煤电厂烟气脱硫的示范技术。

　　该技术将硫污染转化为硫资源，其转化反应分为吸收、更新和氧化三个阶段，这三个阶段的发生的化学反应如下：

　　吸收作用：NH3 SO2 H2O＝NH4HSO3

　　2NH3 SO2 H2O＝(NH4)2SO3

　　(NH4)2SO3 SO2 H2O＝2NH4HSO3

　　更新作用：NH4HSO3 NH3＝(NH4)2SO3

　　氧化作用：(NH4)2SO3＋O2= (NH4)2SO4

　　“梯级分离净化氨法脱硫除尘一体化技术”生产过程中可以生产硫酸铵，也可以生产亚硫酸氢铵、亚硫酸铵、农业生产体系肥，对于改善土壤结构、提高农作物的品质是十分有利的。

　　“梯级分离净化氨法脱硫除尘一体化技术”自研发问世以来，在化工、电力、焦化、冶炼、碳素、造纸等多个行业创造了超低排放、变废为宝的先例。经国内目前已经开车运行的几十套氨法脱硫除尘装置的运行效果来看，该技术从较好代发展到现在的第六代，工业化运行已经十分成熟、可靠，实现了二氧化硫的资源化综合利用，符合绿色低碳循环发展的理念，值得在国内外烟气超低排放中大力推广和使用。