沥青烟气与恶臭气体多污染物高效协同处理技术

2027122000:00:00

新能源

项目的核心技术及产品简介
处理沥青烟气和恶臭气体等多污染物，从高效低成本、低能耗、社会效益、环保等多方面考虑去除VOCs与焦油及控制污染物排放和降碳效应，亟需进行创新技术和新工艺的研发。我们研究分析出粉尘中含有硫化物及焦油粘性与冷却后固化状特性、苯并芘、二氧化硫等不同化学物质在高温工况下在进口的沥青烟气含颗粒物和焦油及雾滴（湿气、冷凝水），首先在降温后的除尘除焦除雾预处理技术和构建的工艺路线上下功夫，采用高效低成本、低能耗国产化沥青烟气和恶臭气体采用高效预处理的净化技术和工艺及动力设备协同新型复合材料（改性活性炭）的关键技术研发与应用；
1.降温和降解硫化物及吸附焦油模块
叠加式气固液三相喷淋系统对高温沥青烟气多污染物的降温与降解硫化物、同时吸附焦油的创新技术；其关键技术在于：当流入到涡流强化式除尘除焦器内高温沥青烟气的进气管侧面上，分别设有叠加式冶金焦粉尘喷淋管道和压宿空气管、酸碱性液喷淋管道和压宿空气管、冷却水喷淋管道和压宿空气管的三相二维组合，适合于VOCs处理的气液比、气固比、化学物质平衡的摩尔比、捕集焦油的冷却温度，测试与分析并计算好换热效果，探索最优喷淋降温及吸附焦油与粉尘工况与条件，对降温降解硫化物能力进行表征。
2.除尘除焦除雾模块
涡流强化式除尘器是采用离心负压涡流强化原理，其关键技术在于：结合几何物理、动态模型、仿真模拟技术，集圆柱形筒体、进气与排气管、圆锥形筒体为一体化装置；利用离心力的多重涡流强化、负压区域作用，把含尘或含尘雾滴、焦油废气推入到负压区域内进行团聚及凝并；两股离心力在圆锥形筒体内的交融使得被负压区域内团聚及凝并的含尘或含尘雾滴气体在圆锥形筒体底部发生重叠及汇交后上升、气体沿着除尘器上部的排气管向外排出，而团聚及凝并后得固液却向下向外排出经由三相分离器，实现高效气固、气液二相或气固液三相同时分离的除尘器。
3.除尘除雾模块
利用离心负压原理，几何形折板除雾器采用离心负压技术、把沥青烟气含有雾滴（冷凝水）在除雾器的除雾模块上几何形折板内凝并与分离、含尘雾滴浓度去除率达到80%以上、含尘雾滴粒径应≤PM5.0流入到活性炭组合成复合材料吸附装置；
4.VOCs和恶臭气体吸附模块
采用活性炭材料的比表面积应不小于800（m2/g）、碘值为800（mg/g）、硬度在90%以上、活性炭材料的孔径在5(Å)30(Å)之间、压损控制在1000（Pa/m•Bed）以内的圆柱形颗粒状或粉碎状、经过把PH值改性的活性炭组合成复合材料替代蜂窝状活性炭吸附材料；结合除尘除焦除雾预处理技术协同改性活性炭的复合材料对沥青烟气所排放的VOCs及焦油进行深度处理技术的构造与机理研究，使得VOCs浓度达到20（mg/m3）以下、颗粒物粒径PM10的浓度在5.0（mg/m3）以下的处理。
5. 处理沥青烟气系统的设置与验证
有碍于济南龙山炭素有限公司内的场地限制，现有沥青烟气处理设备也处在运行中，在不影响现有设备安全前提下，设置了处理风量为3000mg/m3的一套除尘除焦除雾技术协同复合吸附材料处理沥青烟气多污染物系统，验证设备处理过程中的第一手资料，为以后公司大规模设备改造与技术更新提供依据。
本项目是实施减污降碳效果的依据是按照DB37/2375-2019《山东省工业炉窑大气污染物排放标准》表2中、炭素行业的排放标准要求，颗粒物含量≤5.0（mg/m3）、VOCs含量≤20（mg/m3）、苯并芘含量≤0.3（μg/m3）、非甲烷总烃含量≤50（mg/m3）的综合指标排放。-项目的核心技术及亮点
处理沥青烟气和恶臭气体等多污染物，从高效低成本、低能耗、社会效益、环保等多方面考虑去除VOCs与焦油及控制污染物排放和降碳效应，亟需进行创新技术和新工艺的研发。我们研究分析出粉尘中含有硫化物及焦油粘性与冷却后固化状特性、苯并芘、二氧化硫等不同化学物质在高温工况下在进口的沥青烟气含颗粒物和焦油及雾滴（湿气、冷凝水），首先在降温后的除尘除焦除雾预处理技术和构建的工艺路线上下功夫，采用高效低成本、低能耗国产化沥青烟气和恶臭气体采用高效预处理的净化技术和工艺及动力设备协同新型复合材料（改性活性炭）的关键技术研发与应用；
1.降温和降解硫化物及吸附焦油模块
叠加式气固液三相喷淋系统对高温沥青烟气多污染物的降温与降解硫化物、同时吸附焦油的创新技术；其关键技术在于：当流入到涡流强化式除尘除焦器内高温沥青烟气的进气管侧面上，分别设有叠加式冶金焦粉尘喷淋管道和压宿空气管、酸碱性液喷淋管道和压宿空气管、冷却水喷淋管道和压宿空气管的三相二维组合，适合于VOCs处理的气液比、气固比、化学物质平衡的摩尔比、捕集焦油的冷却温度，测试与分析并计算好换热效果，探索最优喷淋降温及吸附焦油与粉尘工况与条件，对降温降解硫化物能力进行表征。
2.除尘除焦除雾模块
涡流强化式除尘器是采用离心负压涡流强化原理，其关键技术在于：结合几何物理、动态模型、仿真模拟技术，集圆柱形筒体、进气与排气管、圆锥形筒体为一体化装置；利用离心力的多重涡流强化、负压区域作用，把含尘或含尘雾滴、焦油废气推入到负压区域内进行团聚及凝并；两股离心力在圆锥形筒体内的交融使得被负压区域内团聚及凝并的含尘或含尘雾滴气体在圆锥形筒体底部发生重叠及汇交后上升、气体沿着除尘器上部的排气管向外排出，而团聚及凝并后得固液却向下向外排出经由三相分离器，实现高效气固、气液二相或气固液三相同时分离的除尘器。
3.除尘除雾模块
利用离心负压原理，几何形折板除雾器采用离心负压技术、把沥青烟气含有雾滴（冷凝水）在除雾器的除雾模块上几何形折板内凝并与分离、含尘雾滴浓度去除率达到80%以上、含尘雾滴粒径应≤PM5.0流入到活性炭组合成复合材料吸附装置；
4.VOCs和恶臭气体吸附模块
采用活性炭材料的比表面积应不小于800（m2/g）、碘值为800（mg/g）、硬度在90%以上、活性炭材料的孔径在5(Å)30(Å)之间、压损控制在1000（Pa/m•Bed）以内的圆柱形颗粒状或粉碎状、经过把PH值改性的活性炭组合成复合材料替代蜂窝状活性炭吸附材料；结合除尘除焦除雾预处理技术协同改性活性炭的复合材料对沥青烟气所排放的VOCs及焦油进行深度处理技术的构造与机理研究，使得VOCs浓度达到20（mg/m3）以下、颗粒物粒径PM10的浓度在5.0（mg/m3）以下的处理。
5. 处理沥青烟气系统的设置与验证
有碍于济南龙山炭素有限公司内的场地限制，现有沥青烟气处理设备也处在运行中，在不影响现有设备安全前提下，设置了处理风量为3000mg/m3的一套除尘除焦除雾技术协同复合吸附材料处理沥青烟气多污染物系统，验证设备处理过程中的第一手资料，为以后公司大规模设备改造与技术更新提供依据。
本项目是实施减污降碳效果的依据是按照DB37/2375-2019《山东省工业炉窑大气污染物排放标准》表2中、炭素行业的排放标准要求，颗粒物含量≤5.0（mg/m3）、VOCs含量≤20（mg/m3）、苯并芘含量≤0.3（μg/m3）、非甲烷总烃含量≤50（mg/m3）的综合指标排放。

沥青烟气多污染物高效协同处理技术由山东建筑大学、济南龙山炭素有限公司和广东捷玛节能科技股份有限公司合作研发。该项目于2022年在中国山东省完成，并在2023年9月26日被国家生态环境部对外合作与交流中心评选为“首批工业园区减污降碳协同增效典型案例”。这标志着该项目在技术研发和应用方面已达到国际领先水平，并填补了国内在该领域的空白。
 

知识产权情况：
其它
成果权属：
其他
该技术潜在应用场景及目标客户：
应用场景
1.
炭素行业：

阳极炭素生产：该技术主要用于处理阳极炭素生产过程中产生的沥青烟气多污染物，包括苯并芘、焦油、二氧化硫和多环芳烃等致癌物质。
工业园区：适用于工业园区内的集中处理，特别是在山东省济南市平阴县孔村工业园区等炭素行业集中区域。

其他高污染行业：

钢铁行业：处理钢铁生产过程中产生的烟气和粉尘。
化工行业：处理化工生产过程中排放的挥发性有机化合物（VOCs）和其他有害物质。

目标客户
1.
炭素生产企业：

济南龙山炭素有限公司等大型炭素生产企业是主要的目标客户。这些企业面临着减污降碳和产业升级的巨大压力，需要通过新技术实现环保和经济效益的双赢。

工业园区管理方：

工业园区管理方，如丰源炭素工业园区等，需要通过引入高效协同处理技术来满足国家和地方的环保要求，提升园区的整体环境质量。

政府环保部门：

各级政府的环保部门是该技术的潜在客户，他们需要通过引进先进的技术和设备来实现区域内的污染减排和碳中和目标。

其他高污染行业企业：

钢铁、化工等高污染行业的企业也是该技术的潜在客户，他们需要通过技术创新来应对日益严格的环保法规和公众对环境质量的关注。

产品形态：
工业产品
产品描述：
产品特点
1.
高效协同处理：

该技术能够同时处理多种污染物，包括苯并芘、焦油、二氧化硫和多环芳烃等，实现高效协同处理。

国际领先水平：

该技术处于国际领先水平，填补了国内在该领域的空白，具有显著的技术优势。

减污降碳协同增效：

通过新工艺和新设备的组合，实现减污降碳的协同增效目标，符合国家“十四五”期间的环保政策要求。

应用广泛：

不仅适用于炭素行业，还可用于钢铁、化工等其他高污染行业，具有广泛的应用前景。

产品优势
1.
环保效益：

显著减少污染物排放，改善环境质量，保护生态系统和人类健康。

经济效益：

通过技术创新和工艺优化，降低企业运营成本，提高资源利用效率。

社会效益：

提升企业社会责任形象，增强公众对企业的信任和支持。

是否有空间落地需求：是
落地北京意愿：是

炭素行业制造的阳极炭素是以石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为粘结剂生产的炭块，阳极炭素是生产铝材的关键材料。阳极炭素在电解铝中发生氧化还原反应后不断被消耗掉，在阴极生成铝液。阳极炭素制造中通过高温蒸汽把炭块内不纯物进行脱附后产生沥青烟气和焦油，含尘雾滴（冷凝水）的超细颗粒粒径在10μm以上、苯并芘、焦油、二氧化硫、多环芳烃等致癌化学物质，而苯类化合物对人体与动植物会造成严重危害。
炭素行业是衔接现代工业制铝的支柱产业，生产阳极炭素过程中产生沥青烟气多污染物也是污染环境的一个重点防控行业。济南龙山炭素有限公司在山东省济南市平阴县孔村工业园区是我国炭素行业的阳极炭素集中园区，年生产在40万吨。山东省作为工业用铝制品制造大省，其炭素行业面临减污降碳和产业升级的巨大压力。在“十四五”期间，需要研发创新科技，通过新技术、新设备组合成新工艺实现炭素行业的减污降碳协同增效的目标，是目前亟待解决的重要任务。
目前对高温沥青烟气的超细颗粒物与焦油及雾滴（冷凝水）和VOCs的治理路线，在高温热压工况下含尘焦油与雾滴及超细颗粒物的沥青烟气产生漂移和游离现象，造成现有喷淋除尘与电捕焦油的处理工艺效果有限，造成后续脱硫脱硝压力增大，说明此工艺对除尘除焦除雾预处理关键技术短板和效果不佳、影响后续残留含苯并芘、焦油、二氧化硫等多环芳烃的VOCs处理不稳定，能耗大、工艺链长、运行成本高，如果在原有系统上再增设RTO装置，势必造成增加能耗及处理成本等因素，又给企业加大运行成本负担。高温沥青烟气含超细颗粒物与焦油及雾滴和VOCs的治理也是国内外的难题。
依据DB37/2375-2019《山东省工业炉窑大气污染物排放标准》表2中、炭素行业的排放标准要求，沥青烟气中含颗粒物、VOCs、苯并芘、二氧化硫、非甲烷总烃的综合指标排放要求已经提升，企业要望是亟待有减污降碳降成本协同增效创新技术路径、以及新设备及新工艺来解决目前处理沥青烟气的技术难点和困境。
2012年1月13日，由国家工信部、科技部、生态部等三部门联合印发了《环保装备制造业高质量发展行动计划（2022-2025）》，提出到2025年，环保装备制造行业技术水平明显提升，一批制约行业发展的关键短板技术装备取得突破，加强关键核心技术攻关。需要研发大气污染治理用除雾器、喷嘴、脱硝喷枪、吹灰器、换向阀等关键零部件。