非电行业用低温脱硝催化剂关键技术研发与应用

        近年来，焦化和钢铁等非电行业能源消耗量几乎与电力行业等同。但非电行业污染物排放标准和治理水平远低于燃煤电厂，其NO_x、SO₂和颗粒物（PM）排放量占全国总量的一半以上。非电行业由于烟气温度低，治理难度大，常规的中温钒基催化剂温度窗口在320-420℃，无法满足这类低温烟气脱硝的需求。因此，低温脱硝催化剂的研发与工业应用是解决这类NOx排放的关键。

        中科院兰州化物所工业催化团队在国内较早开展了低温脱硝催化剂关键技术研发与工业应用。通过系统研究催化剂活性物种电子流动性与低温活性之间的构效关系，提高“快速SCR反应”并增强氧化还原能力，降低SO₂氧化率，成功解决了低温脱硝催化剂脱硝效率低、抗硫能力差、硫酸氢铵易堵孔等问题。

        该项目突破了脱硝催化剂制备理论、成型工艺、生产、工程应用等系列关键技术，实现了从脱硝催化剂组分的设计制备到产品的工业化应用。目前已在焦化、钢铁、玻璃、导热油炉、建材、陶瓷等领域实现了广泛应用，解决了该领域低温烟气NO_x难以处理的重大技术难题。大力推动了非电行业脱硝催化剂领域的科技进步，促进了我国大气污染物治理技术的发展。

超低温烟气脱硝催化剂关键技术研发与应用

        白灰窑、水泥窑等窑炉产生的烟气经过布袋等除尘装置后，温度往往在150-180℃，并且含有一定量的水、二氧化硫、尘等，国内外极少有超低温脱硝催化剂技术报道。由于烟气温度极低，处理难度大，企业亟需相应的超低温氮氧化物处理技术，关键在于超低温脱硝催化剂的开发。

        针对白灰窑、水泥窑、垃圾焚烧窑炉、钢铁烧结机、酸洗等行业烟气温度极低（150-180℃）、水含量较高的状况，中科院兰州化物所工业催化团队通过化学修饰提高催化剂酸性位，提高催化剂对反应物的吸附能力，大幅度提高催化剂超低温活性。开发了在150-180℃区间内低温活性优良、抗硫抗水蒸汽中毒、性能稳定的超低温脱硝催化剂。

        中科院兰州化物所工业催化团队在国内较早完成了超低温脱硝催化剂的工业生产，实现了超低温脱硝催化剂的工业化。所制备的蜂窝式超低温脱硝催化剂脱硝效率高，在150-180℃工作温度区间内，脱硝率可达到80%以上，形成了具有自主知识产权的超低温脱硝催化剂整套核心技术。

稀土基中低温脱硝催化剂关键技术研发与应用

        目前，工业应用最为广泛的脱硝催化剂是钒基催化剂，但低温脱硝催化剂中V₂O₅易于将SO₂氧化为SO₃生成ABS造成催化剂中毒、下游管路腐蚀等问题，并且活性组分V₂O₅具有生物毒性。因此，研发绿色、无毒脱硝催化剂是我国脱硝催化剂未来发展的重要方向。我国镧、铈等轻稀土富余，利用率低。开发稀土基脱硝催化剂有利于实现我国轻稀土资源高值化利用。

        中科院兰州化物所工业催化团队在国内率先开展了稀土基中低温烟气脱硝催化剂关键技术研发及应用，完成了活性组分-助剂-载体-中低温SCR性能构效关系的系统研究，掌握了性能优异的催化剂技术方案。开展了蜂窝式稀土基中低温脱硝催化剂中试放大，掌握了催化剂成型过程中关键工艺参数，实现了催化剂连续化生产。开发的催化剂在240-400℃工作温度区间内，脱硝效率＞85%，具有良好的抗水、抗硫能力。依托工业侧线装置，对整体式稀土基中低温烟气脱硝催化剂开展了为期超过3个月的性能测试，结果表明该催化剂经过长周期的运行，性能未明显衰减，具备工业应用的条件。形成了具有自主知识产权的整套稀土基中低温脱硝催化剂技术。

板式稀土基脱硝催化剂关键技术研发与应用

        我国富煤贫油少气，煤炭是最主要的能源消耗品。平板式脱硝催化剂特别适合于高灰分烟气脱硝。国内环保企业通过引进德国技术，2012年开始生产平板式钒基脱硝催化剂，但V₂O₅具有生物毒性，且平板式钒基催化剂工作温度区间窄（350-420℃），脱硝效率较低（80%）。亟需研发催化效率高，温度窗口宽的绿色无毒非钒基板式脱硝催化剂。

        中科院兰州化物所工业催化团队在国内率先开展了板式稀土基脱硝催化剂的研发，已完成关键技术研发、催化剂成型等。在200 000h^-1高空速条件下，340-420℃工作温度区间内，脱硝率高于85%，且具有良好的催化活性和抗中毒能力。在380℃时脱硝效率在95%以上，完全可以代替市场上现有的板式钒基脱硝催化剂。该技术和产品具有广阔的市场空间。形成了具有自主知识产权的整套板式稀土基脱硝催化剂技术。

燃煤电厂失活钒基脱硝催化剂再生关键技术研发与应用

        燃煤电厂用脱硝催化剂一般使用寿命为3年，催化剂因孔道堵塞、金属氧化物中毒等将造成催化活性严重下降、失活等问题，失活后的脱硝催化剂作为危废，处置费用高（3000-5000元/m³），市场规模大（20万方/年）。工业上通常将失活的钒基脱硝催化剂进行再生后继续利用。但如何实现催化剂杂质的深度去除并恢复催化剂的高活性是需要解决的主要关键技术。

        中科院兰州化物所工业催化团队在国内较早开展了失活钒基脱硝催化剂再生关键技术与工艺研究，利用先进的表征手段深入分析了脱硝催化剂失活的主要原因。根据失活原因，通过高压清扫吹灰、洗涤工艺，有效去除催化剂孔道内飞灰等杂质，通过催化剂活性组分补充、干燥、煅烧等工艺，恢复脱硝催化剂活性。创新出“外加辅助深度除杂工艺”和“活性组分均匀负载工艺”，高效恢复脱硝催化剂活性，形成失活脱硝催化剂再生关键技术。利用该技术再生后的催化剂脱硝效率能够满足企业再次利用的技术要求。

二噁英剧毒，来源广泛，主要来自垃圾焚烧、发电供热、有色金属回收冶炼、钢铁烧结（球团）和含氯塑料热解回收等行业。现有工业烟气中二噁英处理大多采用活性炭吸附技术，但是活性炭吸附技术存在运行成本高、消除效率低且吸附饱和后的活性炭存在二次污染等问题。因此，开发绿色高效的二噁英消除技术对降低二噁英对环境的影响意义重大。

针对上述问题，中科院兰州化物所工业催化团队成功开发出了拥有自主知识产权的垃圾焚烧脱除二噁英专用催化剂，采用催化氧化分解方式使二噁英转化为无毒无害的CO₂、H₂O和HCl，整个过程绿色、无污染。分解效率高，在200-300℃的温度区间内二噁英脱除效率高达95%以上，可使二噁英排放达到国家环保标准。

中科院兰州化物所工业催化团队进行了整体蜂窝式二噁英脱除催化剂的中试放大和工业生产，生产的整体式催化剂成品率和机械强度高，孔数可调。开发的催化剂在危废焚烧装置上实现了应用，结果表明采用中科院兰州化物所开发的技术其二噁英消除效率远优于活性炭吸附方式。

西北地区公路路基盐渍土改良剂关键技术研发与应用

西北地区盐渍土广泛存在，盐渍土形成的溶陷和盐胀容易使路基路面鼓胀开裂、加剧路基冻胀与翻浆、受水浸时发生沉陷变形等不可恢复的病害。目前公路施工企业通常采取的处理方案主要有提高路基法、设置隔断层和路基换填法，大多采用无盐渍土或弱盐渍土换填方式，这将大幅提高工程造价，增加施工难度。因此，开发高效的盐渍土改良技术对提高公路质量、降低施工成本意义重大。

针对西北地区盐渍土对公路路基的影响，中科院兰州化物所工业催化团队运用化学改良法对盐渍土结构性质进行了优化。以水溶性有机聚合物为主要组分，开发了一种有机聚合物盐渍土改良剂，该改良剂与盐渍土经过一次简单拌和后可直接用于路基填筑。改良后盐渍土5次冻融循环质量损失为0.04%，5次干湿循环强度损失率为7.7%，无侧限抗压强度为1.3 MPa，抗压回弹模量为204 MPa，承载比相比素盐渍土也有大幅提高，改良后的盐渍土指标全部满足路桥建设工程对路基性能的要求。目前，该技术已完成吨级规模改良剂的放大生产和示范路面的铺设。经过半年的测试，结果表明以化学改良强盐渍土为路基的试验路段没有出现盐胀和溶陷等盐渍土病害，说明有机聚合物改良剂对盐渍土力学强度和稳定性的提升具有较大作用。