2015年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會日前在北京舉行。環(huán)境保護(hù)部推薦的“燃煤煙氣選擇性催化脫硝關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”獲國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。  

這一項目由清華大學(xué)教授李俊華團(tuán)隊，與北京國電龍源環(huán)保工程有限公司、重慶遠(yuǎn)達(dá)催化劑制造有限公司以及四川華鐵釩鈦科技股份有限公司等，組成產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新團(tuán)隊。團(tuán)隊發(fā)明了大比表面鈦硅鎢復(fù)合載體、高強(qiáng)度脫硝催化劑、高精度流場均勻分布系統(tǒng)及中性絡(luò)合定向再生技術(shù)，已在國電及華能等256家電站鍋爐應(yīng)用，實現(xiàn)了高塵煙氣下高效脫硝。  

記者日前專訪了項目負(fù)責(zé)人李俊華。  

記者：脫硝是繼煙氣脫硫之后國家控制大氣污染物排放的又一個重點。我國的氮氧化物排放和控制技術(shù)現(xiàn)狀如何？  

李俊華：近年來，我國大氣環(huán)境保護(hù)工作取得了積極進(jìn)展，隨著我國電廠等脫硫裝置的廣泛應(yīng)用，大氣中SO2濃度及硫沉降均有所下降。  

然而我國NOx排放總量卻居高難下。2011年排放的NOx達(dá)到2400多萬噸，其中燃煤排放NOx約占67%，成為最大來源。  

國家“十二五”規(guī)劃中明確提出未來五年內(nèi)完成NOx總量減排10%的約束性指標(biāo)，其中火電廠是控制關(guān)鍵。相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)要求火電廠NOx排放濃度為100mg/Nm3，超低排放為50mg/Nm3，成為全球最嚴(yán)格的排  

放限值。  

目前，最有效的控制氮氧化物技術(shù)途徑是氨氣選擇性催化還原（SCR）氮氧化物。不過這種技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用面臨著很多問題。  

首先是我國脫硝催化劑主要載體材料依賴進(jìn)口，成本居高不下。載體材料占催化劑總重量的80%～90%，占催化劑總成本的60%以上。  

其次，脫硝催化劑對煤種具有很大的敏感性，同樣的催化劑在不同煙氣條件下性能會有較大差異。國外的催化劑主要是針對國外的煤種進(jìn)行設(shè)計開發(fā)的，對中國煤種的適應(yīng)性比較差。我國煤種復(fù)雜，煙塵濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國外，照搬國外技術(shù)極易造成催化劑塌陷中毒，出現(xiàn)“水土不服”問題。  

同時，我國缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)的脫硝工藝核心技術(shù)參數(shù)和軟件包。對脫硝催化劑產(chǎn)品來說，產(chǎn)品的工程示范研究和驗證是必不可少的。只有通過自主設(shè)計脫硝反應(yīng)器和還原劑添加控制系統(tǒng)及流場模擬等，才能實現(xiàn)我國脫硝工程的廣泛應(yīng)用。  

此外，廢舊脫硝催化劑使用壽命約2.4萬小時，如何實現(xiàn)老化中毒后的催化劑再生資源化利用，也是當(dāng)前面臨的棘手問題。  

記者：是什么限制了國產(chǎn)脫硝技術(shù)的發(fā)展？  

李俊華：早期載體原材料被國際上兩大公司壟斷，價格十分昂貴，導(dǎo)致燃煤電廠整體脫硝成本非常高，很大程度上制約了脫硝催化劑的規(guī)�；瘧�(yīng)用。  

我國煤質(zhì)地區(qū)差異較大，煙氣排放特征復(fù)雜多變，普遍存在高硫高鈣高灰的“三高”特征，國外催化劑對我國煤種的適應(yīng)性比較差。流場分布不均易造成偏流堵灰和催化劑磨損加重等實際問題，也是影響高效脫硝的主要因素之一。此外，脫硝催化劑再生技術(shù)被國外少數(shù)廠家壟斷，迫切需要研發(fā)自主產(chǎn)權(quán)的廢舊催化劑再生技術(shù)。  

記者：在項目研發(fā)過程中，團(tuán)隊的技術(shù)攻關(guān)主要在哪方面？  

李俊華：選擇性催化脫硝技術(shù)（SCR）是通過添加氨氣將氮氧化物還原為氮氣，脫硝催化劑是核心，流場均勻分布是催化劑高效脫硝的重要保障。  

由于我國煤種復(fù)雜，煙塵濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國外，照搬國外技術(shù)極易造成催化劑塌陷中毒。如果將SCR系統(tǒng)放在除塵甚至脫硫之后，則可以有效防止催化劑磨損和中毒，難題是如何實現(xiàn)中低溫下高活性。此外，從催化劑到脫硝工程，研發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的煙氣脫硝工藝和關(guān)鍵裝備，打破國外技術(shù)壟斷，同樣十分重要。  

為了解決高強(qiáng)度抗磨損和高活性之間的矛盾，項目組發(fā)明了鈦硅鈦鎢及鈦硅鎢等一系列復(fù)合氧化物載體和催化劑端口硬化技術(shù)，通過復(fù)合載體組分間的固溶和端口硬化實現(xiàn)了強(qiáng)度提高；此外引入負(fù)電中心，研發(fā)過渡金屬耦合稀土改性的低釩脫硝催化體系，增強(qiáng)酸性位來提高活性。  

經(jīng)過大量深入研究，在關(guān)鍵載體、催化劑配方和脫硝工藝等方面取得突破，復(fù)合氧化物載體的B酸量提高2.9倍，保證了脫硝活性，同時抗壓強(qiáng)度和耐磨性能也得到顯著提高。  

為了解決廢舊催化劑中毒物高效去除和強(qiáng)度活性保持之間的矛盾，項目組發(fā)明了中性絡(luò)合定向清除有毒元素技術(shù)，形成一系列中性絡(luò)合清洗液�；诒景l(fā)明再生液，團(tuán)隊發(fā)明了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性良好的再生工藝，再生后K、Ca、As等主要中毒元素去除率90%以上。再生效果的兩個重要指標(biāo)，通孔率和活性恢復(fù)值分別達(dá)到98%和96%以上。  

為了解決流場均勻分布和保持壓降阻力小之間的矛盾，團(tuán)隊發(fā)明了煙氣與還原劑渦流混合背部噴氨裝置，保證了煙氣與還原劑氨氣充分混合；發(fā)明了獨特的等壓力整流技術(shù)，保證流場分布均勻。  

記者：與國外脫硝技術(shù)相比，這一技術(shù)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上有哪些優(yōu)勢？  

李俊華：首先在關(guān)鍵載體方面，相比國外單一鈦白粉載體，這一技術(shù)具有一系列鈦基復(fù)合氧化物載體，滿足了國內(nèi)外市場不同用戶需求。  

在脫硝催化劑方面，自主產(chǎn)權(quán)的高強(qiáng)度高活性雙高脫硝催化劑在保證脫硝活性的同時，抗壓強(qiáng)度和抗磨損性能顯著提高，同時一定程度上抑制了二氧化硫氧化率和氨氣逃逸率。  

在廢舊催化劑再生技術(shù)方面，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的中性絡(luò)合再生技術(shù)比傳統(tǒng)強(qiáng)酸清洗方法，更加環(huán)保。很大程度上避免了設(shè)備腐蝕、強(qiáng)度下降和活性組分流失。  

在還原劑添加和脫硝流場方面，國外主流的噴氨格柵技術(shù)，在國內(nèi)復(fù)雜煙氣條件下可能會出現(xiàn)噴頭灰堵。團(tuán)隊發(fā)明的渦流混合背部噴氨和整流技術(shù)，有效解決這一問題，使NH3/NOx摩爾比最大偏差約±5%。  

團(tuán)隊還打造了從“載體-催化劑-再生-脫硝工藝”完整的脫硝技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)了整個脫硝產(chǎn)業(yè)鏈的100%國產(chǎn)化，比引進(jìn)國外技術(shù)初期，脫硝成本整體下降一半以上。

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