罗坚：大气中氨的来源及对PM2.5生成的作用 | 保障“冬奥蓝”，精准治理大气污染

发表时间：2021-04-16 　　来源：http://www.binhuanyuan.com/news_article?news_id=95

冬奥会举办时期恰是采暖季，也是华北地区雾霾高发期，而2021年全国两会期间发生的严重雾霾，也给明年“冬奥蓝”的保障敲响了警钟。在3月29日召开的大气污染精准治理第四次研讨会上，绿会国际环境专项基金将会议主题聚焦在了2022年冬奥会空气质量保障上。天津滨环化学工程技术研究院院长罗坚向与会人员分析了大气中氨的来源及对PM2.5生成的作用。现将发言分享如下：

我介绍一下大气层的氨的来源、对PM2.5生成的作用，以及在脱离脱硝的时候如何来减少工业的排放。

在生产有关的过程中工业的氨的排放，要看大气层的氮循环，还涉及到水圈、土圈、生物圈等。新陈代谢、分解的时候都会产生氨气，除此以外就是人工转化。
对于童盈记者关注的农业源与大气污染关系，我认为：虽然生物过程氨排放量大，但生物基的氨、铵等在历史达成了平衡，哪里生成即在哪里消耗。对于大气污染不会有显著净贡献，仅构成本底。在平衡被打破（过量使用氮肥、水中铵富集）的情况可以有变异。
 
生物过程中，根瘤菌类固氮的氨的年排放量在我国应该是在千万吨级别，具体多少不是太好估计，因为有各种各样的资料，一亩大豆可能会固氮8公斤左右，一年产生十几公斤的氨。加上一些其他的豆科植物，比如紫云英，估计会产生几千万吨上亿吨的氨。其他生物过程，比如说新陈代谢，产生的氨也是千万吨级别的。
工业过程中，我们现在涉及到的大家都谈的比较多的SCR/SNCR，氨的年排放量也是百万吨级别的，除此以外还有氨法脱硫，我做了一些调查，大家的说法也不一样，应该是十万吨到百万吨级别，一些其他的化学过程也是百万吨级。
几个初步判断
1、氨气碱性且亲水，而大气是酸性，故大气不会有明显氨气积累。一旦生成并逸入大气，很容易转化为铵离子（铵盐）。部分亦由于大气中氧化而转化。
2、虽然量大，但生物基的氨、铵等在历史达成了平衡，哪里生成即在哪里消耗。对于大气污染不会有显著净贡献，仅构成本底，在平衡被打破（过量使用氮肥、水中铵富集）时情况可以有变异。
3、铵盐在大气中可以聚集长大，成为PM2.5重要贡献者。铵盐亦颇易溶于水，从而进入水圈土壤圈，亦通过叶孔进入植物体内。
4、大气本底氨浓度0.1-1微克/立方米（见下表，直接引自前述教材）我国人活动区基本上在此值的数倍至数十倍，主要来源是代谢产物、肥料及工业排放。
5、在人口密度大的地方，氨-铵浓度应当考虑气-水-地-生物圈之间的相互作用。人、动物排泄，耕种过量施肥，水体肥料富集等均导致铵盐进入大气增加。而工业过程应该是更大的突变增量因素
6、工业过程主要有合成氨生产、炼焦、SCR/SNCR脱硝过程、氨法脱硫、制冷过程等的氨逃逸等是大气氨-铵主要工业来源。
7、山地林地草地等处氨-铵-胺等循环。城市及附近大气污染需要人为及工业因素。具体到SCR/SNCR、氨法脱硫等过程，过分普及此等过程以及不当使用此等过程（无效喷氨、过量喷氨）均导致PM2.5增加，应当压制使用此等技术。考虑到PM2.5的许多来源已经明显下降而SCR/SNCR等来源重要性仍然加大，这个推论合理。
大气里面有二氧化硫、有三氧化硫、二氧化碳等，氨气不会长期存在，很快的就反应掉了，它并不会在空气中长期积累，在正常的情况下，氨气哪里生成就在哪里面消化掉了。在这样的情况下，氨气和氨根的浓度都要考虑到，不但是考虑到大气，也要考虑与水、土壤、生物的相互作用。
比如说用SCR/SNCR脱硝，这个方法是一个成熟的方法，但不是个好的方法，氨本身就是带毒性，比氮氧化物毒性还要高一些，用毒性高点的来治理毒性低点的实际上是不合理的。达到超低排放，前面80%转化会容易，但要90%，99%，就越来越难了，超低排放这个经济上不合算。而且，越往超低去反应，氨逃逸越多，反过来产生越多PM2.5。所以这种方法是有问题的。
我说了这么多传统的方法，比如湿法脱硫，都是有一定的问题的，我们认为应该采取新的方法，比如颗粒固定床干法脱硫，用无氨催化脱硝。固定床里面需要处理什么有害物，我们就研究对付那个有害的成分，加入不同的材料，处理不同的有害物。
在一套装置内完成脱硫脱硝任务，脱硫脱硝在装置内可以分步进行。采用催化氧化还原技术，提高反应活性。利用烟气自身组分完成脱硝，无需喷氨。采用静态装置脱硫，动能消耗低，正常烟气温度脱硝，无需加热耗能。无氨逃逸，也无需废水处理系统，免维护，不需要做消白处理。比较了一下，我们脱硫脱硝的药剂材料费用跟别人也差不太多，但是我们的电费是人家的1/4，1/5，甚至1/6。

我们初推广时人家对这种全新的工艺完全是不相信。后来免费做示范，逐渐拿到很小的商业项目，然后慢慢做大规模，进入电厂钢厂。各类电厂用不同的脱硫方法，主流的是湿化脱硫。我们自己的干法脱硫，这种新型堆式干法脱硫脱硝技术，是有一定的优势，投资运行成本都比较低。我们的一套装置，可以达到现有工艺很多套装置串联组合才能达到的目标。投资运行成本低，基本上免维护。不用水也就避免了废水及相应的可溶盐排放，不用氨也就避免了氨逃逸。这些对雾霾治理比较有利。

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天津滨环院
罗氏脱硝技术核心为低温催化材料，商品名KLoxTM系列。用于本工作的催化剂为KLox-2，压片材料成型为类球形，直径约4cm，也可能成型为直径4-6mm的挤条材料。在广泛的温度范围(室温至300℃）下即可以将氮氧化物转化为无害的物质，较好地达到排放要求。与传统脱硝装置（SCR或SNCR）相比，KLox低温无氨脱硝装置具有如下优点：
一、投资成本低：
由于不需要储运及喷注氨气或氨水，且在低温区运行，因而装置简单，投资成本降低；
二、运行成本低：
由于不需要喷氨，且无需额外的动力或其他能源，运行维护费用较低；
三、无安全生产隐患：
由于不需要氨，杜绝了运输及运行过程中氨逃逸，催化剂无毒，无安全生产隐患；
四、脱硝效率高且可调：
脱硝效率可调，可以按照客户要求设定脱硝效率。如果需要，甚至可以资源化利用NOx。