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新型催化剂为燃煤减负

发布时间:2019-07-09 16:42:03

新型催化剂为燃煤“减负”

科研人员向科技部领导和“863”计划专家介绍蜂窝催化剂挤出中试线

300吨/年粉末催化剂和500方/年蜂窝催化剂中试生产线

东大公司供图

在河南鹤壁东大高温节能材料有限公司(以下简称东大公司)的空置厂房内,来自中国科学院过程工程研究所(以下简称过程工程所)的科研团队在这里建立了粉末催化剂300吨/年、蜂窝催化剂500方/年的脱硝催化剂生产中间试验平台。

燃煤烟气脱硝是国家“十二五”大气污染物减排的重中之重。随着我国对环保重视程度的不断提升,最近数年,烟气脱硝催化剂生产项目备受关注,迎来了前所未有的发展机遇。但由于传统商业催化剂生产成本的透明性,燃煤烟气脱硝发展未来必将势必面临着激烈的市场竞争。

过程工程所先进能源研究室在前瞻布局伊始,便高度重视新技术新工艺的原始创新和未来产品的生产成本。前期研发时,研发团队就吸引了国内外知名企业的目光,纷纷前来洽谈合作。“一分耕耘,一分收获”,团队几年如一日的执着坚守与开拓创新,让过程工程所交出的成绩单令人眼前一亮。

原始创新集成优势

宽工作温度烟气脱销催化剂项目得到了国家“863”计划重点项目的支持,过程工程所研究员许光文带领余剑、郭凤、杨娟等几位年轻科研骨干承担该项目的研发。

在我国,现有商业脱硝催化剂基本依赖国外传统工艺、以高档钛白(钛钨粉)为原料生产,其活性工作温度在300℃~400℃,无法应用于低负荷条件下电厂及大量工业燃烧烟气的脱硝,且生产成本居高不下。

面对这些难题,研发团队立足于我国烟气排放特点和钛白生产工艺现状,从脱硝催化剂生产的源头粉末催化剂的研制出发,开发了利用含钛高炉渣及硫酸法生产钛白粉过程中的偏钛酸出发,直接制备蜂窝状烟气脱硝催化剂,通过调控活性组分的负载方式,实现了具有宽工作温度范围、低成本的新型蜂窝状烟气脱硝催化剂的制备,可以促进我国烟气脱硝催化剂生产技术的升级换代,为满足我国大部分燃煤烟气脱硝的催化剂需求提供核心技术支撑。

据科研人员表示,目前研发与应用进展顺利,项目已经完成中间试验,涵盖了从钛矿和低品位钛资源出发的钛钨粉载体、粉末催化剂以及商业尺度蜂窝状脱硝催化剂制备的全生产过程。

强大的技术实力自然吸引了来自产业界的“橄榄枝”。过程工程所已与攀枝花钢铁集团、中电投远达环保工程有限公司、日本明电舍(株)、日本产业技术综合研究所(AIST)等形成了紧密合作关系。申请了相应的专利技术,包括国内发明专利4项(授权1项)以及国际PCT专利。

与传统催化剂相比,新型研制催化剂有三大优势:其一,催化剂应用范围广,可以适用于发电锅炉的所有工况和大部分的工业燃烧设备烟气的脱硝;其二,催化剂成本低,可通过不同的技术方案控制催化剂成本,较基于国外工艺的商业催化剂降低成本30%~50%,以适用于不同应用状况的烟气条件;其三,与日本明电舍(株)紧密合作,开发了廉价的催化剂涂覆工艺,为后期进一步降低蜂窝催化剂成本予以技术支持。

中间试验攻坚克难

中间试验是将实验室成果进行工程放大,最终实现产业化应用的关键一环。为此,项目团队对国内相关企业开展了实地考察和交流,企业方面对脱硝催化剂的产业化积极性很高,经过慎重考虑,最终决定先期在东大公司成立中间试验平台。

当来自北京的科研人员发现,河南省与鹤壁市当地政府非常重视该项目的落户。经过科研院所和企业双方的积极推动,该项目以过程工程所的中间试验平台为基础,双方成功申请了河南省科技厅、鹤壁市科技局重点产业化项目,为后续产业化工作提供了一定的资金支持。

尽管得到了多方面的支持,但科研团队的原始创新之路并非一帆风顺。尤其是工程放大阶段的难题经常接踵而来,项目团队遇到了缺乏装备操作经验、操作不慎容易受伤、单次试验周期较长、车间有机物含量超标、涉及多学科知识技能等问题。

为此,科研人员与工人师傅一起想办法、找出路,齐心协力攻坚克难,“要求智力与体力并存的中间试验”完成后,他们都成了“一专多能”的复合型人才。

例如,在处理酸性腐蚀问题时,工作人员不得不在炎热的夏天全副武装,穿上厚重的工作服,戴上防毒面具与防护镜,一次试验下来已是汗流浃背。在蜂窝胚体切割时,工作人员尝试了从钼丝到细铁丝、钢丝,经过反复试验,最终选择了乐器吉他琴丝快速切割胚体,才保证了其完整性与耐用性。

克服困难,产研工作不断进展。院地合作方面取得喜人进展的同时,国际合作交流方面也不乏亮点,过程工程所脱硝催化剂研制工作得到了中科院国际合作重点项目、科技部国际合作重点项目的支持。

过程工程所与日本明电舍(株)、日本产业技术综合研究所(AIST)进行合作,多年来一直坚持涂覆型蜂窝催化剂的研发,现阶段已为日本提供了近1吨的粉末催化剂,用于蜂窝催化剂涂覆工艺的开发。经日方反复测试,过程工程所提供的粉末催化剂达到宽工作温度的标准,温度窗口确保了250℃~400℃,与商业催化剂相比,技术进步和比较优势明显。目前,日方已经完成涂覆型蜂窝催化剂制备的中间试验,双方计划自2013年10月开始合作,在陶瓷玻璃行业开展该催化剂的应用性能中间试验。

执着坚守不懈追求

长期驻扎在鹤壁的科研人员不仅与家人聚少离多,繁忙工作之余,心中难免有彷徨与牵挂,但对科技事业的执着坚守,对科学梦想的不懈追求,始终支撑着他们努力前行。

团队成员余剑表示,工作现场的条件比较艰苦,当白天做完工作的工人下班后,晚上一个人凝望月亮时,不免常常问自己,面对那么多出国深造的机会,面对更多光环,却为何要在这里苦苦坚持?很快,他找到了答案:为了团队总体安排。因此,他全身心地投入研发。

等待余剑和其他科研人员要突破的,可能是项目数月没有明显进展,生活与事业的不顺一拥而上……这更需要科研人员坚定的意志、笃定的信心,以及团队鼓励,“既然选择了远方,便只顾风雨兼程”——这也是这群年轻科研骨干心中不变的信念。

目前,过程工程所“宽工作温度脱硝催化剂”的产业化生产线正在规划中,其中一条生产线预计将在今年年底前后完成安装,力争明年5月前完成连续化调试并实现产业化生产。

可以预见的是,新工艺成功产业化后,将推动过程工程所烟气脱硝催化剂在电力行业与工业燃烧烟气治理领域的应用,形成链接钢铁、钛白、环境行业的新型成套技术及其应用,创造可观的经济和社会效益。

原标题:新型催化剂为燃煤“减负”

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稿源:人民

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