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環境模擬與控制國家重點實驗室——建滔(河北)研發基地再創多項國內領先成果
添加時間:2017年03月21日文章來源:本站原創 【字體:

以科技創新推動園區轉型升級

環境模擬與控制國家重點實驗室——建滔(河北)研發基地再創多項國內領先成果

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北京師范大學環境模擬與污染控制國家重點實驗室——建滔(河北)研發基地揭牌儀式現場頒發聘書。

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圖為北京師范大學研究生在建滔工業園區實習

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圖為金魚在經焦化廢水深度處理后的廢水里暢游

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圖為工業園區硫酸銨焙制項目設備

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圖為工業園區循環泵系統

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圖為河北建滔工業園鍋爐煙氣超低排放工程

◆本報記者邢飛龍

入冬以來,整個華北地區霧霾頻發,各地空氣質量頻頻“爆表”,引起了全社會的關注。國內環保領域的專家學者紛紛行動,為大氣環境污染治理建言獻策。面對日益嚴峻的環境形勢,日前,由環境模擬與污染控制國家重點實驗室主辦的環境污染防治與綠色發展高級論壇在河北省邢臺市舉行,多名院士及業內專家共聚一堂,分享各自在環境污染防治和綠色發展方面的新理念和新舉措。中國工程院院士、清華大學教授郝吉明,中國工程院院士、中國科學院生態環境研究中心研究員曲久輝,中國工程院院士、火箭軍后勤科學技術研究所所長侯立安,中國工程院院士、中國科學院合肥物質科學研究院研究員劉文清,美國工程院院士、中國工程院外籍院士John Charles Crittenden,中國工程院院士、國防科大海洋科學與工程研究院院長宋君強,中國工程院院士、國際環境生態學會主席楊志峰等院士出席論壇并發表了演講。

作為本次論壇的主辦方,北京師范大學環境模擬與控制國家重點實驗室——建滔(河北)研發基地(以下簡稱研發基地)自建成起就以制備新材料、研發環保新技術、制造先進環保處理設備、提出創新性的環保管理體系為核心,依托園區企業的環保項目,為基地的環保技術研發以及環保項目的工程應用提供平臺。研究成果應用領域包括工業廢氣治理、水污染防治、固體廢棄物處理以及資源化等。環保治理技術服務的重點對象包括化工、電子信息、石化、輕工業和制藥等領域。

■產學研結合 優化提升技術水平

近年來,與化工園區相關的環境風險事件頻發,環境影響突出,社會反響強烈。工信部于近期出臺的綠色制造工程實施方案,要求構建以綠色工廠、綠色工業園區為重點的綠色制造標準體系。然而,化工園區污染問題頻發所帶來的水質、空氣等環境問題困擾著包括京津冀在內的多個地區。歸根究底,污染控制能力不足、資源回用技術無法滿足需求是引發化工園區環境問題的根本原因。

以2013年為例,全國化工廢水(僅包括化學原料和化學制品制造、醫藥制造及化學纖維制造業)排放總量高達35.7億噸,占全國工業廢水排放量的17%。化工廢水具有污染物濃度高、生物毒性大、難降解等特點,是國內外污水處理界公認的難題,極易造成環境污染和環境隱患。

中華環保聯合會在2014年10月出具的一份調查報告顯示,通過調查全國8個省的18家化工園區,結果表明:調查樣本中的13個化工園區涉嫌污水直排江湖。樣本中2個國家級與7個省級工業園區,或緊鄰重點流域和飲用水源,或居于人口集中區,100%存在水污染問題。

據了解,我國化工廢水主要來自于化工生產原料、特定生產工藝過程中排放的廢水、生產過程中產生的副產物、冷卻水、原材料和產品在生產過程、運輸和儲存中的物料流失,或雨水浸蝕而形成的廢水。這些化工廢水成分復雜、毒性強烈、處理成本高,導致現有的處理手段都不盡理想。

不僅如此,我國化工行業在廢氣處理方面也存在諸多問題。一方面,企業在污染氣體治理時只重視點源和末端治理,沒有將生產過程與污染氣體控制緊密結合;同時,能源和資源也沒有得到充分的利用。造成這種問題的主要原因是一些廢氣處理項目需要大量資金的投入,而且運行成本高,給化工企業帶來了沉重的負擔;另一方面,隨著化工企業數量規模的不斷發展壯大,缺乏真正可靠、有效、低耗的廢氣處理技術,不能適應化工園區的長期發展,同時也造成了廢氣污染的加重,使生態系統遭到了嚴重的破壞。

為了徹底解決環境污染這一當前化工園區發展的巨大障礙,北京師范大學環境模擬與控制國家重點實驗室——建滔(河北)研發基地開始進行工業廢水、廢氣及固體廢棄物處理和資源化利用等關鍵技術與核心設備的研發,同時幫助企業制定創新性的環保管理體系與措施,創建化工行業的管理新模式。“還要建成一個具有環保產業孵化功能的工程技術創新平臺。”研發基地一位負責人告訴記者。

據了解,研發基地以提高學校理論和實踐相結合的能力、帶動企業環保技術創新、增強科技投入價值、充分發揮人才資源優勢為工作核心,產學研合一,其研究應用領域包括工業廢氣治理、水污染防治、固體廢棄物處理以及資源化等。環保治理技術服務的重點對象包括化工、電子信息、石化、輕工業和制藥等各領域。

■數載鉆研 碩果累累

針對化工園區污染來源復雜、處理難度大、危害嚴重等特點,北京師范大學環境模擬與控制國家重點實驗室——建滔(河北)研發基地結合多年來在污染綜合治理與資源化回用技術方面的研究成果,以化工園區工業廢水、廢氣深度處理、達標排放及資源回用為主線,經過數年的潛心研究和探索。在論壇開幕當天,研發基地宣布與河北建滔工業園合作的“煤化工園區污染綜合治理與資源化回用技術及工業化應用”項目成功通過環保科技成果鑒定。

事實上,作為傳統的重工業,焦化企業污染物排放總量大,這已是一個行業性的難題。作為焦化廠,其污染物主要有廢水和廢氣等,污染物成分復雜,若處理不當就會嚴重污染周邊環境。

據了解,焦化廢水主要源于煤高溫裂解、煤氣凈化以及化工產品生產的過程中,組分復雜,有害污染物的含量非常高,其中包括氨、氰、酚、萘、蒽、喹啉、吡啶以及其他的稠環芳烴化合物等,處理起來十分困難;焦化廢氣主要由生產中產生的顆粒物和二氧化硫、氮氧化物、有機物組成,通過煙氣管道和無組織排放,特別是經過高架源會對較大區域產生影響。因此,采取以環境和資源可承受能力為基礎的高效率、低能耗、低污染、低排放的經濟發展方式,是焦化行業唯一可持續發展的道路。

為了徹底解決焦化企業污染問題,研發基地以河北建滔工業園區為平臺,搭建了聚集國內外優秀節能環保技術平臺,重金建設先進環保設施,重點研發工業廢氣治理、水污染防治、固體廢棄物處理以及資源化等應用領域。

焦化污水深度治理回收項目:據介紹,整個項目投資約4200萬元,將原有工藝SBR升級改造為A2O+生物流化床,2014年8月投入使用并持續穩定運行,處理后的水質優于2015年01月01日開始執行的《煉焦化學工業污染物排放標準》(GB16171-2012)中直接排放標準。

研發基地在該項目中自主研發的電催化氧化技術與微納米氣浮與高速過濾機聯用,達到了先進工藝水平。該技術的核心是采用當今世界最新一代電化學處理設備,從環境學、材料學、自動化、化學等交叉科學出發,研發出新型納米結構的電極材料,優化材料制備工藝;進而設計電化學反應器,通過優化參數,開發自動化控制裝置;實現焦化廢水二級生化出水的深度處理后穩定達標回用標準;此項目投資約2600萬元,目前日處理量可達1920噸廢水,出水達到純凈水指標,全部回收再利用,每天可回收1344 m3廢水作為循環水補水,不但減少了污染物排放,還節約了地下水的開采。

“我們采用研發基地的‘電化學深度氧化’專利技術,對提標改造后的生化系統出水進行了深度處理,使出水能夠達到回用標準,大大減少了廢水排放。”園區一位工作人員告訴記者,僅這一項改造企業每年就能夠節約用水56萬噸。如果按照2元/噸的價格計算,一年就能夠省下112萬元的運行成本。處理后的回用水指標遠優于《城市污水再生利用工業用水水質》(GB/T19923-2005)標準(COD﹤60 mg/L,氨氮﹤10 mg/L);處理后水質指標:COD:未檢出,氨氮:未檢出;每年可減排氨氮18噸、COD 105噸。

鍋爐煙氣超低排放回收項目:園區所有燃煤鍋爐脫硫、脫硝、除塵項目經歷三次提標升級改造,總投資超過1億元。鍋爐全部增加脫硝裝置;電除塵改為電袋組合;對原有脫硫工藝進行升級改造,并增加一套脫硫設施和硫酸銨制焙工段,采用“SNCR脫硝+電袋除塵+氨法脫硫工藝+超聲波除塵+塔外氧化+消除氣溶膠專有技術+DCS全自動控制系統+塔外蒸發結晶工藝”,處理后的煙氣排放優于《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)標準。隨后,研發基地在今年采用最新專利技術后,其大氣排放已實現了“超低排放”標準。

北京師范大學環境模擬與污染控制國家重點實驗室多位專家結合國內外鍋爐煙氣排放治理的各種先進技術,從煤種選擇、配風、調溫、到除塵、除灰、脫硝、脫硫進行系統化設計,以先進的模塊化設計實現鍋爐煙氣的超低排放。

工藝特點:采用低硫、低灰、低揮發份的煤種,從源頭上降低燃煤中的污染物含量;建設封閉煤棚,輸煤系統采用布袋除塵,減少揚塵;根據循環流化床鍋爐特性,通過流體力學計算,調整配風,使得氣與固體燃料混合均勻,燃燒速率高,控制床層溫度,提高燃燒效率,減少未完全燃燒的污染物排放;控制爐膛低溫燃燒,減少空氣中的氮生成NO2;循環流化分段燃燒,抑制燃料中的氮轉化成NO2,并使部分NO2得到還原,可降低出口煙氣50%的NOX排放;將原靜電除塵器改造成為電——袋復合式除塵器,改造后出口的除塵效果保證排放濃度低于20 mg/m3;全密封式氣力除灰,減少粉塵排放;脫硝系統使用優質氨水,采用選擇性非催化還原技術(SNCR),在氧存在的條件下,氨水與NOx(NO、NO2等混合物)發生選擇性非催化還原反應,將NOx轉化成無污染的N2;在爐膛內添加固體脫硫劑,降低煙氣硫含量。脫硫采用江南環保專利技術,超聲波脫硫除塵一體化鍋爐煙氣超低排放技術,該技術采用濕式——氨法脫硫+超聲波除塵+塔外氧化、SNCR脫硝工藝、DCS全自動控制系統,分段加氨脫硫技術;硫銨系統采用單效蒸發結晶工藝,氧化后的硫酸銨漿液經輸送泵送至分離器進行循環蒸發,過飽和硫酸銨濃漿利用結晶罐冷卻結晶后送至離心機進行分離,清液回送脫硫系統重復利用,結晶物經振動干燥機烘干后產出優質的硫酸銨,最終包裝運至倉庫、銷售。

至此,鍋爐所有工段污染物均按照模塊化設計全部得以控制和吸收。

“與原有技術相比,技術改造后的鍋爐大氣排放已經達到超低排放標準。目前鍋爐煙氣排放值:煙塵低于10mg/m3、二氧化硫低于30 mg/m3、氮氧化物低于50 mg/m3。每年能減少二氧化硫排放1494噸,減少氮氧化物排放1180噸,減少顆粒物排放295噸。”一名園區工作人員告訴記者。

此外,為了處理脫硫后的副產物,園區又投入1600萬元建設了硫酸銨焙制工程,該項目利用航天部最新技術處理脫硫后的飽和硫酸銨溶液,生產出雪白的硫酸銨產品,填補了行業在硫酸銨焙制方面的空白。

復合胺CO2回收資源利用技術:作為溫室效應的“元兇”,溫室氣體CO2的排放一直是全球關注的焦點。作為排放大戶的焦化企業更是首當其沖。在建滔(河北)化工有限公司原有焦爐煙氣治理排放達標的基礎上,研發基地綜合國內外CO2回收技術,發明了應用復合胺水溶液從煙道氣中回收CO2的新技術,作為生產冰醋酸的原材料不僅延長了煤化工產業鏈,而且解決了傳統工藝中回收易氧化、易腐蝕、效率低,操作費用高的弊端。

據介紹,在建滔工業園中,前后投入8000余萬元、采用了新技術的焦爐煙道氣回收CO2工程已于2014年正式投入使用。不僅如此,在實際建設中,工程還采用了環境友好的電化學水處理——膜過濾組合技術,對該類廢水進行了深度處理,滿足了煙氣清洗廢水回用水質標準,且多項指標遠優于國家行業標準,前期相關研究成果包括國家發明專利5項、教育部技術發明一等獎(2012)1項。

研發基地負責人在采訪中表示,項目在建滔工業園區成功運行后,焦爐煙氣經過余熱回收+脫硫除塵+二氧化碳回收工藝+ DCS自動控制系統+凈化廢水深度處理等工藝,每年減少向大氣排放溫室氣體CO2約1.4×105噸,節能折標煤28236噸。

“這個工程在全國來說也是首例,”這位負責人告訴記者:“中國焦化行業協會也多次到現場進行調研,準備在全國推廣應用。”

揮發性有機物VOCs治理項目:根據環境保護部大氣污染源解析以及PM2.5成因分析,減少VOCs排放對控制PM2.5及臭氧污染極其重要。因此,研發基地在院士的指導下,自主研發了全密閉系統+負壓系統回收+高溫燃燒分解VOCs治理項目。按照項目計劃,這一項投入將超過千萬元。

這套項目能夠收集甲醇罐、粗苯罐和苯加氫罐等綜合罐區呼出的尾氣,并利用負壓系統輸送至化產工段回收高濃度氣體,低濃度氣體送至鍋爐系統,使之在900℃的高溫下完全燃燒分解,避免了VOCs的擴散。

■披荊斬棘 走綠色創新之路

“現在這些成果對我們來說還遠遠不夠。今后我們還準備在溫室氣體回收、工業飛鼠處理和循環經濟模式設計等方面建成節能、降耗、減排的全國環保示范基地,形成具有國際先進水平的環保技術體系。”研發基地一位負責人表示:“現在我們在建滔工業園已經成功運行了這套技術,下一步我們還會把這套技術繼續在全國范圍內進行推廣。”不僅如此,研發基地還計劃今后研究創新出一套在化工行業切實可行的環境管理類新模式,為我國化工園區的轉型升級開辟一條綠色發展之路。

在采訪中,河北建滔工業園區負責人也對未來的發展充滿了信心:“我們會繼續依托研發基地研發的專利技術,本著節能、經濟、環保、高效的理念,立足綠色循環經濟產業鏈,加大環保建設投資力度,深入環保工藝和基礎設施的改革創新,持續提高工業園區節能減排環保水平。”

“我們也十分感謝河北建滔工業園區方面與我們的配合,沒有他們的鼎力相助,我們的研究項目也不可能這么快落地。”在采訪最后,研發基地的一名負責人告訴記者。

作為一家總投資超過40億元、被河北省政府列入省重點產業支撐項目的河北建滔工業園在環保改造升級方面一直走在全國前列。截至目前,園區已投入將近7億元,依托研發基地研發的專利技術進行了料場密閉、揮發性有機物治理、危廢間改造等三十余項環保治理及提標升級改造工程,對污水、粉塵和廢氣進行了全面徹底治理,實現了排放物全部優于國家標準和資源的綜合利用。

今年9月份,建滔公司與華能碳資產經營有限公司正式簽訂干熄焦及余熱回收項目,預計2017年3月開始實施。此外,除了與北京師范大學聯合成立研發基地外,園區還將與德國能源署進行深度對接,針對半干法熄焦技術進行深入研究,并計劃對生產過程中產生的余熱進行回收,為居民提供冬季供暖。

“事雖難做則必成,路雖遠行則必至。”在探索化工園區資源循環利用的可持續發展道路上,北京師范大學環境模擬與控制國家重點實驗室——建滔(河北)研發基地以過硬的技術能力與令人矚目的研發速度,為國內化工行業發展提供了一條綠色轉型之路。在先進技術與理念的支持下,我們有理由相信,以焦化行業為代表的傳統化工企業將會在以改善生態環境為重點的中國經濟新常態下大步前進,重新煥發出勃勃生機。

原文鏈接:http://news.cenews.com.cn/html/2016-12/27/content_54141.htm?from=singlemessage&isappinstalled=0

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