张威力：钢铁行业减污降碳协同治理技术前沿

　　钢铁行业是我国国民经济的支柱性产业之一，在工业现代化进程中发挥着不可替代的作用。钢铁生产需要消耗大量的资源和能源，同时排放大量空气污染物和温室气体。近年来，随着以超低排放为中心的污染物减排工作持续开展，钢铁生产绿色化已取得巨大成效，但通过技术优化创新促进污染物深度治理的空间尚存。此外，目前我国钢铁生产以碳排放强度较高的长流程工艺为主，由于废钢资源等限制，短期内难以调整，碳减排任务艰巨。

         因此，通过技术革新和工艺优化助力环保强化和低碳转型是促进钢铁行业高质量发展的工作重点。近两年来，减污降碳技术的优化和创新不断涌现，并获得良好的减排效果。清华大学李俊华教授团队长期深耕于工业烟气，特别是钢铁工业烟气减污降碳协同控制领域，亦在钢铁多污染物协同治理及CCUS(碳捕集、利用与封存)技术等方面取得多项技术创新突破。
 

　　一 铁前工序减污降碳最新实用技术
 

　　钢铁生产污染物和碳排放主要来源于铁前工序，在钢铁工业减污降碳目标的引领下，近来年烧结机头烟气袋式除尘、烧结CO催化氧化末端治理、高炉煤气精脱硫等铁前减污降碳技术取得较大发展。
 

　　1. 烧结机头烟气袋式除尘技术
 

　　烧结机头烟气袋式除尘技术采用全新的袋式除尘结构、专用滤料，最大程度减少烟气在滤料中的行程和阻力以实现节能降耗。目前在新余钢铁、莱芜钢铁等企业已取得可观成效，与电除尘相比，CO2排放和吨矿环保成本分别降低50%、20%以上，整体技术达到国际领先水平。
 

　　2. 烧结CO催化氧化末端治理技术
 

　　烧结固体燃料约20%的化学热通过烟气中的CO流失，导致环境污染的同时造成能源浪费。将其中的CO催化氧化为CO2，氧化热用于烟气低温SCR脱硝补热是目前烧结烟气CO较为理想的治理思路。研究团队基于CO吸附引发的氧逆溢流现象设计出Sn掺杂的Pt/Sn0.2Ti0.8O2催化剂，抗硫耐水性能优异，具有较高的工业应用价值。
 

　　3. 高炉煤气精脱硫技术
 

　　COS的吸附或转化是高炉煤气精脱硫的难点。目前高炉煤气精脱硫工程实践存在微晶吸附、水解+湿法、水解+兰炭吸附等多种工艺，其中水解+兰炭吸附工艺是COS在催化剂作用下先转化为H2S，而后催化转化为单质S贮存于碳材料孔隙中。安钢的工程实践表明水解+兰炭吸附工艺能够实现脱硫过程长期高效稳定运行及氯的协同脱除，高炉煤气精脱硫技术已经达到较为成熟水平。
 

　　二 多污染物协同治理技术前沿
 

　　面对空气质量改善目标和环保成本高企的压力，市场对环保技术提出了更高要求，多种污染物协同治理成为污染物经济高效治理的新方向，研究团队在该研究方向取得一定进展。
 

　　1. NOx与苯系VOCs协同控制
 

　　通过调配CeO2-TiO2双功能催化剂的氧化性和还原性，催化NOx与甲苯系VOCs中间物种反应，实现苯系VOCs与NOx协同净化，在焦化等工业烟气中具有良好的实用前景。
 

　　2. NOx与氯苯协同控制
 

　　采用共沉淀法制备α-Fe2O3&FeVO4，其界面电荷转移选择性地改变催化剂费米能级，提升FeVO4的氧活性增强SCR性能，同时调节HCl吸附，能降低多氯副产物，与商业V基催化剂相比，抑制氯中毒优势显著。
 

　　3. NOx和Hg0串联催化剂协同控制
 

　　基于钒钛催化剂载体的结构导向作用设计钒基锐钛矿和板钛矿催化剂，采用双催化剂集约化布置取代传统NOx-SCR和Hg0-SCO串联独立运行工艺，可实现NOx和Hg0的经济高效协同脱除。
 

　　4. 碳基功能材料多污染物治理
 

　　采用活性炭法对烧结、焦化烟气SO2、NOx、颗粒物、二噁英等污染物综合治理，并对硫元素资源回收，系统所产生的活性炭粉通过再制粒返回到净化系统循环回用降低设施运行成本。
 

　　5. 除尘脱硝一体化治理
 

　　采用负压定向喷涂技术，将脱硝催化剂均匀喷涂于具有过滤层的滤材表面，制成除尘脱硝一体化滤管，代替除尘装置和脱硝装置，实现除尘脱硝双功能效应，中试和示范工程表明其性能优于同类国外产品。
 

　　三 CCUS技术研究进展及其工程示范
 

　　1. 活化MDEA技术
 

　　活化烷基醇胺(MDEA)脱碳技术具有CO2净化度高、吸收能力强、溶剂损失少、可同时脱除硫化物等优势，受到诸多钢铁低碳示范项目的青睐。目前该技术已在张宣高科氢能源开发利用项目中工业化运行，年捕集CO2约12万吨。此外，湛江钢铁氢基竖炉工程CO2捕集项目亦采用该技术，预计将于2023年底正式投入使用，届时CO2年捕集将达25万吨。
 

　　2.相变吸收耦合催化解吸技术
 

　　为解决有机胺化学吸收法碳捕集成本高的问题，研究团队开发了以相变吸收耦合催化解吸为主的低能耗碳捕集技术方案(图1)。相变吸收剂吸收速率快、循环载量高、再生能耗低于2.1GJ/t CO2；催化解吸材料稳定性好，可降低解吸能耗20%以上。目前，研究团队构建了CO2吸收与解吸过程计算模型和吸收剂运行工艺包参数，并基于该技术在河北建滔能源公司建立了二十万吨级燃煤锅炉烟气碳捕集与循环利用示范工程，CO2捕集成本低于300元/吨，所捕集CO2与园区现有生产工艺结合用作冰醋酸生产原料，设备运行稳定，经济和生态效益显著。
 

　　专家|张威力 清华大学环境学院博士后
 

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