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聚焦大气污染源头控制,在污染物资源化道路上探索前行
——合肥工业大学与铜陵有色金属集团公司研发可再生有机胺湿法脱硫技术纪实
作者:  来源:科技日报  发布日期:2017-03-07

  近年来,雾霾在国内多个地区频繁出现,“呼吸之痛”让社会各界广泛关注空气污染问题。雾霾的主要成分中,二氧化硫(SO2)是重要污染物之一,它能导致呼吸道炎症、支气管炎、肺气肿、眼结膜炎症等多种疾病的发生,不仅带来重大的经济损失,也直接威胁着人类的健康、生存与发展。

  SO2主要来源于燃煤发电、化学化工、钢铁冶金、矿物加工等工业领域,其中冶金工业烧结烟气具有SO2浓度高、气量大、温度高、成分复杂等特点。目前,主要脱硫技术普遍存在污染物转移、脱硫产物附加值低等缺点,环境保护的严峻形势亟须高标准的脱硫技术,重点行业脱硫已列入国家“大气污染防治行动计划”和国家重点研发计划的主要内容。基于大气污染源头控制的思路和实现污染物资源化的技术定位,合肥工业大学崔鹏教授团队与铜陵有色金属集团公司通过产学研合作,历经近8年,开发了可再生有机胺湿法脱硫技术,实现了铁球团烧结烟气SO2的高效控制与资源化,取得了良好的环境效益、社会效益和经济效益。

  产学研深度合作,创新脱硫技术体系

  依托高校科研实力和企业生产优势,合肥工业大学和铜陵有色金属集团公司面向国家重大需求,开展深层次、高起点的产学研合作,开发的可再生有机胺湿法脱硫技术具有三方面核心技术创新:一是基于化学吸收和分子结构设计原理,研发并生产出具有自主知识产权的可再生、对SO2高选择性化学吸收的HPP、HEHPP系列脱硫剂,建立了包括产品标准、生产操作规程、产品说明书、化学品安全技术说明书、检测与分析方法等在内的完善的技术资料;二是开发了铁球团烧结烟气前处理工艺(水洗—电除雾协同控制三氧化硫/氟离子/氯离子、粉尘及多污染物技术)、吸收/解吸工艺、稳定性硫酸盐脱除工艺等,并在铁球团烧结烟气脱硫系统中实现了稳定运行;三是与系列脱硫剂应用相配套,研发出具有自主知识产权的四合一型高效整体式吸收塔、高效解吸塔、气液旋流器、气体分布器等关键装备,并在脱硫实际系统中应用。

  依托自主知识产权,推动脱硫技术领先

  在技术研究与应用过程中,合肥工业大学研究团队和铜陵有色金属集团公司围绕可再生胺脱硫剂HPP设计与合成、吸收—解吸核心工艺、关键技术装备等,先后已申请发明专利13项,授权6项,授权实用新型2项,在Ind. Eng.Chem. Res., J. Chem. Eng. Data、化工学报、环境科学学报等期刊发表论文24篇。目前已建成年产1000吨HPP脱硫剂生产线1套,建成烟气脱硫中试评价系统2套,铁球团烧结烟气脱硫工业示范装置1套。

  HPP脱硫剂项目研究与技术开发取得的专利成果,形成了多项达到国内领先、国际先进水平的技术与装备。其中HPP脱硫剂填补了我国铁球团烧结烟气二氧化硫资源化领域的空白;四合一型高效整体式吸收塔、高效解吸塔、气液旋流器、气体分布器等多项关键装备形成了自主知识产权;水洗—电除雾协同控制烟气中三氧化硫/氟离子/氯离子、粉尘及多污染物的集成技术与装备为国内首创等。通过以上技术创新,解决了国内铁球团行业高浓度SO2烟气脱硫的共性技术难题,拓展了行业利用原料矿物的范围、提升了企业竞争力。

  2014年以来,可再生有机胺湿法脱硫技术应用于年产120万吨铁球团烧结烟气综合处理系统,已稳定运行2年以上。年回收烟气中二氧化硫约1.5—2.5万吨,处理后烟气中SO2含量低于200mg/Nm3、粉尘含量低于50mg/Nm3,回收的SO2纯度高于99%,全部直接输送硫酸车间用于制取高品质硫酸。

  多学科跨领域协同,打造联合攻关新模式

  合肥工业大学和铜陵有色金属集团公司以项目合作为契机,瞄准国家重大需求,聚焦源头控制和污染物资源化技术,以多学科集成、跨领域合作、大团队协同的形式,建立起多学科融合、多领域协作、多技术集成的研发平台,全面实现了可再生有机胺湿法脱硫技术的联合攻关。

  铁球团烧结烟气SO2的高效控制与资源化技术涉及化学、化工、环境、机械装备等多学科专业领域。崔鹏教授长期从事化工与环保领域的技术开发与科技管理工作,建立了学科优势互补、技术资源共享的联合攻关机制;教授级高工左永伟是安徽省化工领域学术和技术带头人,在脱硫工艺应用与工业示范系统创新方面作出了重要贡献;史成武教授基于高选择性化学吸收理论实现了脱硫剂分子结构设计与合成,奠定了可再生有机胺湿法脱硫技术核心基础;魏凤玉教授在工程领域的学术造诣,保障了脱硫剂的工业规模化生产和面向处理对象的可控性;教授级高工徐光泽、吴炳智、徐洁书等在关键装备与配套工艺的开发方面提供了核心支撑。正是这种面向国家重大战略需求的大团队、大合作联合攻关新模式,将高校的科技创新和企业的工程创新有机结合起来,实现了真正意义上的技术创新,并在实践中不断提升技术创新水平,研发并形成了具有自主知识产权的世界先进脱硫技术。在提升高校原始创新能力、形成学科特色的同时,提高了企业自主创新能力和经济社会效益。

  紧扣立德树人教育任务,培育德技并重人才

  团队围绕立德树人的教育根本任务,按照合肥工业大学以能力为导向的“培养目标—教学过程—质量提升”三位一体的教育教学体系要求,以科学技术创新为基础,以创新精神、实践能力和社会责任感作为主要培养目标,将“知识—技能—素质—创新—责任”培养理念贯穿全过程,协同培养化工类研究生的专业素养和社会责任感入手,先后毕业硕士研究生12人,为大气污染控制及其资源化领域输送了一批高素质专业型优秀人才。铜陵有色金属集团公司选派一批优秀青年技术人员参加了联合攻关工作,参与承担基础研究、技术开发、中试放大、设备研制、现场运行等任务,在协同创新工作中,将青年技术人员的专业技能与发展需求相结合,宣传爱岗敬业、追求卓越的工匠精神,充分调动了他们的工作热情和创新活力,提升了整体技术水平,为企业发展培养了一批德技并重的技术开发、技术管理骨干人才。

  团队介绍

  合肥工业大学“分离科学与技术”科研团队紧密结合国家科技发展战略和安徽区域经济社会发展需求,以分离技术创新与产业技术升级为重点,在分离科学与技术方面形成了研究特色。目前,团队有教授3名,副教授4名,博士生5名,硕士生33人。团队主要研究方向是工业烟气(尾气)污染物协同治理与资源化技术、低品位非金属矿综合利用技术、膜分离技术、化工废水综合治理技术等。在国家自然科学基金委、科技部、安徽省科技厅等科技项目的支持下,取得了多项具有自主知识产权的技术成果,其中可再生有机胺湿法脱硫技术已应用于铜陵有色集团铁球团烧结烟气高浓度SO2的脱除,并实现了SO2的资源化应用。(张 岩)

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