提起空氣污染，最廣為人知的就是PM2.5。近年來，全國重點城市的PM2.5濃度相比以往下降了近一半。國務(wù)院“大氣十條”行動計劃評估報告中表明：PM2.5濃度改善貢獻最大的措施是工業(yè)煙氣提標(biāo)改造升級，貢獻占比達25%。
憑借在工業(yè)煙氣深度治理、大氣污染控制發(fā)揮重要科技支撐和行業(yè)引領(lǐng)作用，清華大學(xué)、中冶長天國際工程有限責(zé)任公司等共同完成的工業(yè)煙氣多污染物協(xié)同深度治理技術(shù)及應(yīng)用項目，獲得2020年度國家科學(xué)技術(shù)進步一等獎。
在2013年前后，產(chǎn)能高、排放量大的非電力行業(yè)，包括鋼鐵、建材、焦化等工業(yè)門類，成為我國霧霾污染的最大“元兇”。為了打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)，該項目團隊面向我國鋼鐵、建材等行業(yè)煙氣提標(biāo)改造國家重大需求，圍繞硫、硝、塵常規(guī)污染物及汞等非常規(guī)污染物協(xié)同深度治理難題，提出了復(fù)雜煙氣多污染物協(xié)同吸附催化凈化機理，研發(fā)了脫硫脫硝活性炭、碳基多功能材料及覆膜梯度濾料等核心材料，研制了脫硫除塵及低溫多污染物吸附再生關(guān)鍵裝備，開發(fā)了系列多污染物協(xié)同深度治理先進工藝，工程運行結(jié)果滿足全球最嚴(yán)格的超低排放要求。
此項技術(shù)的核心材料是脫硫脫硝活性炭及其催化劑產(chǎn)品。脫硫脫硝活性炭產(chǎn)品是活性炭系列產(chǎn)品的重要分支，以此為基材添加化學(xué)組分后經(jīng)過特殊工藝處理則為催化劑。
中國兵器山西新華防化裝備研究院有限公司承擔(dān)了脫硫脫硝活性炭與碳基多功能材料的研制，以及小試、中試、大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，并會同清華大學(xué)完成了脫除二氧化硫、氮氧化物等的機理研究、活性炭吸附及工藝流程的研究，獲得了重大理論突破和豐富成果。活性炭通過催化還原來脫除氮氧化物，脫硝效率達到60%～70%;通過吸附來脫除二噁英，脫除率達到95%；通過吸附氧化來脫除重金屬，脫除率達到90%。
2014年，山西新華防化裝備研究院提供了70余噸的碳基吸附材料在寶鋼進行了中試和工業(yè)性應(yīng)用試驗，運行了一套3萬標(biāo)準(zhǔn)立方米/時中型工業(yè)應(yīng)用裝置。運行結(jié)果表明，各項指標(biāo)達到或超過國外同類技術(shù)指標(biāo)。此項技術(shù)首先應(yīng)用于寶鋼湛江，各項指標(biāo)全面優(yōu)于設(shè)計值，繼而研發(fā)的雙級活性炭煙氣凈化技術(shù)在寶鋼本部實現(xiàn)首次應(yīng)用，達到了超低排放水平，使寶鋼本部燒結(jié)廠成為了綠色制造的示范工廠。
獲獎項目的另一個核心材料雙功能催化劑在脫硫脫硝基炭中浸漬相關(guān)化學(xué)物質(zhì)后，產(chǎn)品脫硫性能大幅提升，脫硝效率同時倍增。其配方設(shè)計、模擬仿真、工藝設(shè)計、參數(shù)設(shè)定、樣品試制、試驗驗證等每一個階段都很關(guān)鍵。為此，山西新華防化裝備研究院團隊和清華大學(xué)團隊多次在太原和北京展開討論和實驗室小試。
由于脫硫脫硝活性炭耐磨耐壓強度極高，孔隙結(jié)構(gòu)獨特，通過溶液浸漬的脫硫脫硝活性炭內(nèi)部的化學(xué)組分并不多，導(dǎo)致顆粒表面和淺表層相對有所增加，因此回轉(zhuǎn)式烘干和移動床應(yīng)用是兩種不利的加工和使用條件。為此，項目組成員制作了電控立式高溫烘干機，解決了加工條件問題。樣品試制工作傾注了團隊所有成員的大量心血。經(jīng)過4個月的努力，他們實現(xiàn)了催化劑新產(chǎn)品各項指標(biāo)的全面升級。
該項目與國內(nèi)傳統(tǒng)技術(shù)相比，真正實現(xiàn)了多污染物的同步脫除及副產(chǎn)物的資源化利用，并具有更好的性價比和更低的碳排放。與國外同類技術(shù)相比，脫除效率更高，投資下降約40%，運行成本更低，整體技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。該成果已在鋼鐵燒結(jié)、水泥、玻璃等行業(yè)進行工程示范及推廣應(yīng)用，遍及全國32個省份及海外23個國家，引領(lǐng)了工業(yè)煙氣深度治理技術(shù)與產(chǎn)業(yè)進步，為國家打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)發(fā)揮了重要作用。
目前，此項技術(shù)已被列入工信部發(fā)布的《國家鼓勵發(fā)展的重大環(huán)保技術(shù)裝備目錄》中大氣防治類首位，并于2019年先后榮獲教育部科技進步特等獎、中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會環(huán)境科技進步特等獎。
