助阵蓝天保卫战——记2020国家科技进步一等奖项目工业烟气多污染物协同深度治理

  提起空气污染,最广为人知的就是PM2.5。近年来,全国重点城市的PM2.5浓度相比以往下降了近一半。国务院“大气十条”行动计划评估报告中表明:PM2.5浓度改善贡献最大的措施是工业烟气提标改造升级,贡献占比达25%。

  凭借在工业烟气深度治理、大气污染控制发挥重要科技支撑和行业引领作用,清华大学、中冶长天国际工程有限责任公司等共同完成的工业烟气多污染物协同深度治理技术及应用项目,获得2020年度国家科学技术进步一等奖。

  在2013年前后,产能高、排放量大的非电力行业,包括钢铁、建材、焦化等工业门类,成为我国雾霾污染的最大“元凶”。为了打赢蓝天保卫战,该项目团队面向我国钢铁、建材等行业烟气提标改造国家重大需求,围绕硫、硝、尘常规污染物及汞等非常规污染物协同深度治理难题,提出了复杂烟气多污染物协同吸附催化净化机理,研发了脱硫脱硝活性炭、碳基多功能材料及覆膜梯度滤料等核心材料,研制了脱硫除尘及低温多污染物吸附再生关键装备,开发了系列多污染物协同深度治理先进工艺,工程运行结果满足全球最严格的超低排放要求。

  此项技术的核心材料是脱硫脱硝活性炭及其催化剂产品。脱硫脱硝活性炭产品是活性炭系列产品的重要分支,以此为基材添加化学组分后经过特殊工艺处理则为催化剂。

  中国兵器山西新华防化装备研究院有限公司承担了脱硫脱硝活性炭与碳基多功能材料的研制,以及小试、中试、大规模工业生产,并会同清华大学完成了脱除二氧化硫、氮氧化物等的机理研究、活性炭吸附及工艺流程的研究,获得了重大理论突破和丰富成果。活性炭通过催化还原来脱除氮氧化物,脱硝效率达到60%~70%;通过吸附来脱除二噁英,脱除率达到95%;通过吸附氧化来脱除重金属,脱除率达到90%。

  2014年,山西新华防化装备研究院提供了70余吨的碳基吸附材料在宝钢进行了中试和工业性应用试验,运行了一套3万标准立方米/时中型工业应用装置。运行结果表明,各项指标达到或超过国外同类技术指标。此项技术首先应用于宝钢湛江,各项指标全面优于设计值,继而研发的双级活性炭烟气净化技术在宝钢本部实现首次应用,达到了超低排放水平,使宝钢本部烧结厂成为了绿色制造的示范工厂。

  获奖项目的另一个核心材料双功能催化剂在脱硫脱硝基炭中浸渍相关化学物质后,产品脱硫性能大幅提升,脱硝效率同时倍增。其配方设计、模拟仿真、工艺设计、参数设定、样品试制、试验验证等每一个阶段都很关键。为此,山西新华防化装备研究院团队和清华大学团队多次在太原和北京展开讨论和实验室小试。

  由于脱硫脱硝活性炭耐磨耐压强度极高,孔隙结构独特,通过溶液浸渍的脱硫脱硝活性炭内部的化学组分并不多,导致颗粒表面和浅表层相对有所增加,因此回转式烘干和移动床应用是两种不利的加工和使用条件。为此,项目组成员制作了电控立式高温烘干机,解决了加工条件问题。样品试制工作倾注了团队所有成员的大量心血。经过4个月的努力,他们实现了催化剂新产品各项指标的全面升级。

  该项目与国内传统技术相比,真正实现了多污染物的同步脱除及副产物的资源化利用,并具有更好的性价比和更低的碳排放。与国外同类技术相比,脱除效率更高,投资下降约40%,运行成本更低,整体技术达到国际领先水平。该成果已在钢铁烧结、水泥、玻璃等行业进行工程示范及推广应用,遍及全国32个省份及海外23个国家,引领了工业烟气深度治理技术与产业进步,为国家打赢蓝天保卫战发挥了重要作用。

  目前,此项技术已被列入工信部发布的《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录》中大气防治类首位,并于2019年先后荣获教育部科技进步特等奖、中国环保产业协会环境科技进步特等奖。


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