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
3 清洁高效的能源和原料
概述
清洁高效的能源与能源的清洁化
清洁的原料与原料的清洁化
案例分析
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
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。
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
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。
9/13/2022
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。
9/13/2022
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
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
清洁高效的能源与能源的清洁化
开发利用新能源
使用可再生能源
传统能源的清洁利用
各种节能技术和措施的实施
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
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
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
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。
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
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。
9/13/2022
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。
9/13/2022
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。
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
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。
9/13/2022
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。
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
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。
9/13/2022
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。
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩9/13/2022
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。
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
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！
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
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。
9/13/2022
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。
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
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。
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
使用可再生能源
生物质气化发电工作流程
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
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
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
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～%分散剂和～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。
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
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 。
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩9/13/2022
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。
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
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
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
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）。
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
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
9/13/2022
海南大学环境科学系 唐文浩
PPT作业
试比较各种规模能源的优劣。
9/13/2022
