2015年度國家科學技術獎(jiang)勵大會日前在北京(jing)舉行(xing)。環(huan)境保護部推(tui)薦(jian)的“燃煤煙(yan)氣選擇性催化脫硝關鍵技術研(yan)發(fa)(fa)及應用”獲國家技術發(fa)(fa)明獎(jiang)二等(deng)獎(jiang)。  

這一項目由清華大學教授李俊(jun)華團隊，與北京國電龍源(yuan)環保(bao)工程有(you)(you)限公(gong)司(si)(si)、重慶遠(yuan)達催(cui)化劑(ji)(ji)制造有(you)(you)限公(gong)司(si)(si)以及四(si)川華鐵釩(fan)鈦科(ke)技(ji)股份(fen)有(you)(you)限公(gong)司(si)(si)等(deng)，組成(cheng)產學研創(chuang)新團隊。團隊發明了(le)大比表面鈦硅鎢復(fu)合(he)載體、高(gao)強(qiang)度脫(tuo)硝催(cui)化劑(ji)(ji)、高(gao)精度流場均(jun)勻分布系統及中性絡合(he)定向(xiang)再生技(ji)術，已(yi)在國電及華能等(deng)256家電站鍋爐應用，實(shi)現了(le)高(gao)塵煙(yan)氣下高(gao)效脫(tuo)硝。  

記(ji)者日(ri)前專訪了(le)項目(mu)負責人李俊華。  

記者：脫硝是繼(ji)煙氣脫硫之后(hou)國家控制大(da)氣污染物(wu)(wu)排(pai)放的(de)又(you)一個(ge)重(zhong)點。我國的(de)氮氧化物(wu)(wu)排(pai)放和控制技術(shu)現狀如何？  

李俊華：近年(nian)來，我國大氣(qi)環境保護工作(zuo)取得(de)了積(ji)極進展，隨(sui)著我國電廠等脫(tuo)硫裝置的廣泛應用，大氣(qi)中SO2濃(nong)度(du)及硫沉降(jiang)均有所下(xia)降(jiang)。  

然而我國NOx排放總量卻居高難下。2011年排放的(de)NOx達到2400多萬噸，其中(zhong)燃煤排放NOx約(yue)占(zhan)67%，成為最大來源。  

國(guo)家“十(shi)二五(wu)”規劃中明確提出未來(lai)五(wu)年內完成NOx總量減(jian)排10%的約束性指(zhi)標，其中火電廠是(shi)控制關鍵。相關排放標準要求(qiu)火電廠NOx排放濃度為100mg/Nm3，超低(di)排放為50mg/Nm3，成為全(quan)球最嚴(yan)格的排  

放限值。  

目前，最有效(xiao)的控(kong)制(zhi)氮氧化(hua)物(wu)技術途徑是氨氣選擇性催化(hua)還原（SCR）氮氧化(hua)物(wu)。不過這種技術在國內應用面臨(lin)著很多問題。  ;

首先是我國脫硝(xiao)催化(hua)劑主要載(zai)體材(cai)料依賴進口，成本(ben)居高不下。載(zai)體材(cai)料占催化(hua)劑總重量的80%～90%，占催化(hua)劑總成本(ben)的60%以上(shang)。  

其次(ci)，脫(tuo)硝催(cui)化(hua)劑對(dui)煤(mei)(mei)種(zhong)具有(you)很大(da)的(de)敏感性(xing)，同樣(yang)的(de)催(cui)化(hua)劑在不同煙(yan)氣條(tiao)件下性(xing)能會有(you)較大(da)差(cha)異。國(guo)(guo)外(wai)的(de)催(cui)化(hua)劑主要是(shi)針對(dui)國(guo)(guo)外(wai)的(de)煤(mei)(mei)種(zhong)進行設計開發的(de)，對(dui)中國(guo)(guo)煤(mei)(mei)種(zhong)的(de)適應性(xing)比較差(cha)。我國(guo)(guo)煤(mei)(mei)種(zhong)復雜，煙(yan)塵濃度遠遠高(gao)于(yu)國(guo)(guo)外(wai)，照搬國(guo)(guo)外(wai)技術極易造成催(cui)化(hua)劑塌陷(xian)中毒，出現“水土不服”問題。  

同時，我國(guo)缺乏自主知(zhi)識產(chan)權的脫(tuo)硝工(gong)藝核心(xin)技術參數和(he)軟件包。對脫(tuo)硝催化(hua)劑產(chan)品(pin)來說(shuo)，產(chan)品(pin)的工(gong)程示(shi)范研究和(he)驗(yan)證是必不(bu)可少的。只(zhi)有通(tong)過自主設(she)計脫(tuo)硝反應器和(he)還(huan)原(yuan)劑添加控制系(xi)統及流場模擬等，才(cai)能(neng)實現(xian)我國(guo)脫(tuo)硝工(gong)程的廣泛應用。  

此(ci)外，廢舊(jiu)脫(tuo)硝催化(hua)(hua)劑使用壽命約2.4萬小(xiao)時(shi)，如何(he)實現老化(hua)(hua)中毒后的(de)催化(hua)(hua)劑再生資(zi)源化(hua)(hua)利用，也是(shi)當前面臨的(de)棘手問(wen)題。  

記者(zhe)：是什么限制了(le)國產脫硝技術的發展？  

李俊華：早期(qi)載體原材料被國際(ji)上(shang)兩大公(gong)司壟斷(duan)，價格十分(fen)昂(ang)貴(gui)，導(dao)致燃煤電廠(chang)整(zheng)體脫硝(xiao)成本非常高，很大程度上(shang)制(zhi)約(yue)了(le)脫硝(xiao)催化劑的(de)規模(mo)化應用。  

我(wo)國(guo)煤質地(di)區差(cha)(cha)異較大，煙氣(qi)排放特征(zheng)復(fu)雜多變，普遍(bian)存在高硫高鈣高灰的“三高”特征(zheng)，國(guo)外催(cui)化劑(ji)對(dui)我(wo)國(guo)煤種的適應性比較差(cha)(cha)。流場分布(bu)不均(jun)易(yi)造成(cheng)偏流堵灰和催(cui)化劑(ji)磨損加重等(deng)實際問題，也是影響高效脫硝(xiao)的主(zhu)要因素之一。此外，脫硝(xiao)催(cui)化劑(ji)再(zai)生(sheng)技術被國(guo)外少數廠家壟斷，迫切(qie)需要研發自主(zhu)產權的廢(fei)舊催(cui)化劑(ji)再(zai)生(sheng)技術。  

記者：在項目研(yan)發過程中，團隊的技術攻關主要在哪(na)方面(mian)？  

李俊華：選(xuan)擇性催化(hua)脫硝技術(shu)（SCR）是通過添加氨氣(qi)將(jiang)氮氧(yang)化(hua)物還原(yuan)為氮氣(qi)，脫硝催化(hua)劑是核心(xin)，流(liu)場均(jun)勻分布是催化(hua)劑高效(xiao)脫硝的(de)重要保障(zhang)。  

由于我國煤種復雜，煙塵濃度(du)遠遠高于國外(wai)(wai)，照(zhao)搬國外(wai)(wai)技(ji)術極易造成催化(hua)劑塌陷中毒。如果將SCR系統放在除(chu)塵甚至脫(tuo)硫(liu)之(zhi)后，則可以有效防(fang)止催化(hua)劑磨損和(he)中毒，難題是如何(he)實現中低(di)溫下高活性。此外(wai)(wai)，從催化(hua)劑到脫(tuo)硝工程，研發(fa)自主知識產權的(de)煙氣脫(tuo)硝工藝(yi)和(he)關鍵裝(zhuang)備，打破(po)國外(wai)(wai)技(ji)術壟斷，同樣十分重要。  

為(wei)了解決高(gao)強(qiang)(qiang)度抗(kang)磨損和高(gao)活性(xing)之間的矛盾，項目組發(fa)明了鈦(tai)硅鈦(tai)鎢(wu)及鈦(tai)硅鎢(wu)等一系(xi)列復合氧化(hua)物載體和催(cui)化(hua)劑端(duan)口硬(ying)化(hua)技術，通過(guo)復合載體組分(fen)間的固溶和端(duan)口硬(ying)化(hua)實現(xian)了強(qiang)(qiang)度提高(gao)；此外引入(ru)負電(dian)中(zhong)心，研(yan)發(fa)過(guo)渡金屬耦(ou)合稀(xi)土改性(xing)的低(di)釩脫(tuo)硝(xiao)催(cui)化(hua)體系(xi)，增強(qiang)(qiang)酸性(xing)位來(lai)提高(gao)活性(xing)。  

經過大(da)量(liang)深入研究，在關鍵(jian)載體、催化劑配方和(he)脫硝(xiao)工藝等方面取得(de)突破，復合(he)氧化物載體的B酸量(liang)提高(gao)2.9倍(bei)，保證了脫硝(xiao)活性，同(tong)時抗壓強度和(he)耐磨性能也得(de)到顯著(zhu)提高(gao)。  

為了解(jie)決廢舊催(cui)化劑中(zhong)毒(du)物高效去(qu)除和強度活性(xing)保持之間的矛盾，項目組發(fa)(fa)明了中(zhong)性(xing)絡合定向清(qing)除有毒(du)元素(su)技術，形成一(yi)系列中(zhong)性(xing)絡合清(qing)洗液(ye)。基于本發(fa)(fa)明再生(sheng)液(ye)，團隊發(fa)(fa)明了技術和經濟性(xing)良好的再生(sheng)工藝(yi)，再生(sheng)后K、Ca、As等主要(yao)中(zhong)毒(du)元素(su)去(qu)除率(lv)90%以上。再生(sheng)效果的兩個(ge)重要(yao)指標，通孔率(lv)和活性(xing)恢復值分別達到98%和96%以上。  

為(wei)了(le)解(jie)決流(liu)(liu)場均(jun)(jun)勻分(fen)布(bu)和保(bao)(bao)持壓(ya)降阻力小之間(jian)的矛盾，團隊發(fa)明了(le)煙(yan)氣與還原(yuan)劑(ji)渦流(liu)(liu)混合背部噴(pen)氨(an)裝置，保(bao)(bao)證了(le)煙(yan)氣與還原(yuan)劑(ji)氨(an)氣充分(fen)混合；發(fa)明了(le)獨特的等壓(ya)力整流(liu)(liu)技術，保(bao)(bao)證流(liu)(liu)場分(fen)布(bu)均(jun)(jun)勻。  

 記者：與(yu)國外脫硝技術相比(bi)，這一技術在技術和經濟(ji)上有哪(na)些優勢(shi)？  

李俊華：首先在關鍵載(zai)體方面，相比國(guo)外單一鈦白粉(fen)載(zai)體，這一技術具有(you)一系列鈦基復合氧化物載(zai)體，滿(man)足了國(guo)內外市場不(bu)同用戶(hu)需求。  

在(zai)脫(tuo)(tuo)硝催(cui)化劑方面，自主產權(quan)的高(gao)(gao)(gao)強度(du)高(gao)(gao)(gao)活性雙高(gao)(gao)(gao)脫(tuo)(tuo)硝催(cui)化劑在(zai)保證脫(tuo)(tuo)硝活性的同時，抗(kang)壓強度(du)和抗(kang)磨損(sun)性能顯著提高(gao)(gao)(gao)，同時一定(ding)程度(du)上抑(yi)制了(le)二氧(yang)化硫氧(yang)化率(lv)和氨氣逃逸率(lv)。  

在廢舊催化(hua)劑(ji)再生技術方面，擁有自主知識產權的(de)中性(xing)絡合再生技術比傳統強酸清洗方法，更加環(huan)保。很大程(cheng)度上避免了設備腐蝕、強度下降和活性(xing)組(zu)分流(liu)失。  

在還原劑添(tian)加和脫硝流(liu)場方面，國外主流(liu)的噴(pen)氨格柵技(ji)術，在國內復雜煙(yan)氣條件下可能會出現噴(pen)頭(tou)灰堵。團隊發(fa)明的渦(wo)流(liu)混合背部噴(pen)氨和整流(liu)技(ji)術，有效(xiao)解決(jue)這一問題，使NH3/NOx摩爾比最大偏(pian)差(cha)約±5%。  

團隊還打造(zao)了從(cong)“載體-催化劑-再生-脫硝(xiao)工藝”完整(zheng)的脫硝(xiao)技術創新產(chan)業鏈(lian)，實現了整(zheng)個(ge)脫硝(xiao)產(chan)業鏈(lian)的100%國產(chan)化，比引進國外技術初期，脫硝(xiao)成本(ben)整(zheng)體下降(jiang)一半(ban)以上。

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