鋼鐵行業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè)之一，在工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中發(fā)揮著不可替代的作用。鋼鐵生產(chǎn)需要消耗大量的資源和能源，同時(shí)排放大量空氣污染物和溫室氣體。近年來，隨著以超低排放為中心的污染物減排工作持續(xù)開展，鋼鐵生產(chǎn)綠色化已取得巨大成效，但通過技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新促進(jìn)污染物深度治理的空間尚存。此外，目前我國鋼鐵生產(chǎn)以碳排放強(qiáng)度較高的長流程工藝為主，由于廢鋼資源等限制，短期內(nèi)難以調(diào)整，碳減排任務(wù)艱巨。

         因此，通過技術(shù)革新和工藝優(yōu)化助力環(huán)保強(qiáng)化和低碳轉(zhuǎn)型是促進(jìn)鋼鐵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的工作重點(diǎn)。近兩年來，減污降碳技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，并獲得良好的減排效果。清華大學(xué)李俊華教授團(tuán)隊(duì)長期深耕于工業(yè)煙氣，特別是鋼鐵工業(yè)煙氣減污降碳協(xié)同控制領(lǐng)域，亦在鋼鐵多污染物協(xié)同治理及CCUS(碳捕集、利用與封存)技術(shù)等方面取得多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新突破。
 

　　一 鐵前工序減污降碳最新實(shí)用技術(shù)
 

　　鋼鐵生產(chǎn)污染物和碳排放主要來源于鐵前工序，在鋼鐵工業(yè)減污降碳目標(biāo)的引領(lǐng)下，近來年燒結(jié)機(jī)頭煙氣袋式除塵、燒結(jié)CO催化氧化末端治理、高爐煤氣精脫硫等鐵前減污降碳技術(shù)取得較大發(fā)展。
 

　　1. 燒結(jié)機(jī)頭煙氣袋式除塵技術(shù)
 

　　燒結(jié)機(jī)頭煙氣袋式除塵技術(shù)采用全新的袋式除塵結(jié)構(gòu)、專用濾料，最大程度減少煙氣在濾料中的行程和阻力以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。目前在新余鋼鐵、萊蕪鋼鐵等企業(yè)已取得可觀成效，與電除塵相比，CO2排放和噸礦環(huán)保成本分別降低50%、20%以上，整體技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
 

　　2. 燒結(jié)CO催化氧化末端治理技術(shù)
 

　　燒結(jié)固體燃料約20%的化學(xué)熱通過煙氣中的CO流失，導(dǎo)致環(huán)境污染的同時(shí)造成能源浪費(fèi)。將其中的CO催化氧化為CO2，氧化熱用于煙氣低溫SCR脫硝補(bǔ)熱是目前燒結(jié)煙氣CO較為理想的治理思路。研究團(tuán)隊(duì)基于CO吸附引發(fā)的氧逆溢流現(xiàn)象設(shè)計(jì)出Sn摻雜的Pt/Sn0.2Ti0.8O2催化劑，抗硫耐水性能優(yōu)異，具有較高的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
 

　　3. 高爐煤氣精脫硫技術(shù)
 

　　COS的吸附或轉(zhuǎn)化是高爐煤氣精脫硫的難點(diǎn)。目前高爐煤氣精脫硫工程實(shí)踐存在微晶吸附、水解+濕法、水解+蘭炭吸附等多種工藝，其中水解+蘭炭吸附工藝是COS在催化劑作用下先轉(zhuǎn)化為H2S，而后催化轉(zhuǎn)化為單質(zhì)S貯存于碳材料孔隙中。安鋼的工程實(shí)踐表明水解+蘭炭吸附工藝能夠?qū)崿F(xiàn)脫硫過程長期高效穩(wěn)定運(yùn)行及氯的協(xié)同脫除，高爐煤氣精脫硫技術(shù)已經(jīng)達(dá)到較為成熟水平。
 

　　二 多污染物協(xié)同治理技術(shù)前沿
 

　　面對空氣質(zhì)量改善目標(biāo)和環(huán)保成本高企的壓力，市場對環(huán)保技術(shù)提出了更高要求，多種污染物協(xié)同治理成為污染物經(jīng)濟(jì)高效治理的新方向，研究團(tuán)隊(duì)在該研究方向取得一定進(jìn)展。
 

　　1. NOx與苯系VOCs協(xié)同控制
 

　　通過調(diào)配CeO2-TiO2雙功能催化劑的氧化性和還原性，催化NOx與甲苯系VOCs中間物種反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)苯系VOCs與NOx協(xié)同凈化，在焦化等工業(yè)煙氣中具有良好的實(shí)用前景。
 

　　2. NOx與氯苯協(xié)同控制
 

　　采用共沉淀法制備α-Fe2O3&FeVO4，其界面電荷轉(zhuǎn)移選擇性地改變催化劑費(fèi)米能級，提升FeVO4的氧活性增強(qiáng)SCR性能，同時(shí)調(diào)節(jié)HCl吸附，能降低多氯副產(chǎn)物，與商業(yè)V基催化劑相比，抑制氯中毒優(yōu)勢顯著。
 

　　3. NOx和Hg0串聯(lián)催化劑協(xié)同控制
 

　　基于釩鈦催化劑載體的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用設(shè)計(jì)釩基銳鈦礦和板鈦礦催化劑，采用雙催化劑集約化布置取代傳統(tǒng)NOx-SCR和Hg0-SCO串聯(lián)獨(dú)立運(yùn)行工藝，可實(shí)現(xiàn)NOx和Hg0的經(jīng)濟(jì)高效協(xié)同脫除。
 

　　4. 碳基功能材料多污染物治理
 

　　采用活性炭法對燒結(jié)、焦化煙氣SO2、NOx、顆粒物、二噁英等污染物綜合治理，并對硫元素資源回收，系統(tǒng)所產(chǎn)生的活性炭粉通過再制粒返回到凈化系統(tǒng)循環(huán)回用降低設(shè)施運(yùn)行成本。
 

　　5. 除塵脫硝一體化治理
 

　　采用負(fù)壓定向噴涂技術(shù)，將脫硝催化劑均勻噴涂于具有過濾層的濾材表面，制成除塵脫硝一體化濾管，代替除塵裝置和脫硝裝置，實(shí)現(xiàn)除塵脫硝雙功能效應(yīng)，中試和示范工程表明其性能優(yōu)于同類國外產(chǎn)品。
 

　　三 CCUS技術(shù)研究進(jìn)展及其工程示范
 

　　1. 活化MDEA技術(shù)
 

　　活化烷基醇胺(MDEA)脫碳技術(shù)具有CO2凈化度高、吸收能力強(qiáng)、溶劑損失少、可同時(shí)脫除硫化物等優(yōu)勢，受到諸多鋼鐵低碳示范項(xiàng)目的青睞。目前該技術(shù)已在張宣高科氫能源開發(fā)利用項(xiàng)目中工業(yè)化運(yùn)行，年捕集CO2約12萬噸。此外，湛江鋼鐵氫基豎爐工程CO2捕集項(xiàng)目亦采用該技術(shù)，預(yù)計(jì)將于2023年底正式投入使用，屆時(shí)CO2年捕集將達(dá)25萬噸。
 

　　2.相變吸收耦合催化解吸技術(shù)
 

　　為解決有機(jī)胺化學(xué)吸收法碳捕集成本高的問題，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了以相變吸收耦合催化解吸為主的低能耗碳捕集技術(shù)方案(圖1)。相變吸收劑吸收速率快、循環(huán)載量高、再生能耗低于2.1GJ/t CO2；催化解吸材料穩(wěn)定性好，可降低解吸能耗20%以上。目前，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了CO2吸收與解吸過程計(jì)算模型和吸收劑運(yùn)行工藝包參數(shù)，并基于該技術(shù)在河北建滔能源公司建立了二十萬噸級燃煤鍋爐煙氣碳捕集與循環(huán)利用示范工程，CO2捕集成本低于300元/噸，所捕集CO2與園區(qū)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝結(jié)合用作冰醋酸生產(chǎn)原料，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益顯著。
 

　　專家|張威力 清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院博士后
 

　　原標(biāo)題：專家觀點(diǎn) | 張威力：鋼鐵行業(yè)減污降碳協(xié)同治理技術(shù)前沿