我国是世界上最大的钢铁生产国，粗钢产量占到全球的一半以上，与之产生的环境污染问题不容忽视，随着生态文明建设工作的推进，钢铁行业污染治理迫在眉睫。2019年4月五部委联合印发了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，标志着钢铁行业正式迈出了超低排放的步伐。《意见》发布近三年来，钢铁行业超低排放改造进程如何？仍有哪些难题等待解决？2022年1月19日，中国科学院山西煤炭化学研究所（以下简称“山西煤化所”）与湖北稀金新材料技术有限公司（以下简称“湖北稀金”）、宝武水务武汉华德环保工程技术有限公司（以下简称“武汉华德“）举行“高炉煤气精脱硫”技术开发和工艺开发合同签约仪式，三方将共同谱写钢铁行业源头治理新篇章。在签约现场，湖北稀金黄健董事长、山西煤化所房倚天所长、赵建涛和黄张根两位研究员从行业、技术等不同角度出发，与北极星进行了深入交流。
要求严格，钢铁超低排放改造进行时
“钢铁行业超低排放改造是大势所趋”。房倚天所长谈到，2019年4月28日，生态环境部、发展改革委、工业和信息化部、财政部、交通运输部等五部委联合发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，对钢铁行业超低排放指标提出了要求，末端烟气SO2的排放受到更严格的管控。其中烧结、自备电厂二氧化硫排放限值为35mg/m3，炼铁热风炉、轧钢热处理炉、炼焦的干法熄焦二氧化硫排放限值为50mg/m3，炼焦焦炉烟囱二氧化硫的排放限值为30mg/m3。《意见》出台后，京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原等大气污染防治重点区域率先推进，河北唐山、邯郸等地区更是提出高炉煤气、焦炉煤气硫化氢浓度小于20mg/m3的严格要求。但目前的普遍现象是，国内钢厂各项排放指标距离超低排放标准仍有不小差距，因此实施超低排放改造难度较大。
除具体排放标准外，《意见》中首次明确提出要“加强源头控制，高炉煤气、焦炉煤气应实施精脱硫”，显然烟气治理的流程也有待优化，只顾末端治理的思路需要转变。钢铁行业要想推进源头治理，就绕不开高炉煤气脱硫，高炉煤气是钢铁企业产量最大的可燃气体，含有硫、氯等多种有害物质，实施高炉煤气精脱硫，减少燃气中的硫分，可大大降低末端治理的压力，甚至省掉部分末端治理设施。
共同研发，“稀金煤气精脱硫技术”问世
尽管优点明显，但因为技术难度大，研发起步晚等原因，国内高炉煤气精脱硫市场尚有大片空白。湖北稀金敏锐地把握到市场脉搏，进军高炉煤气精脱硫领域。山西煤化所赵建涛、黄张根两位研究员在高炉煤气精脱硫相关理论技术上有着深厚的研究基础，经过交流协商，很快便确立了与湖北稀金的合作关系，共同推出了“稀金煤气精脱硫技术”。
据两位研究员介绍，高炉煤气精脱硫的核心是水解催化剂和干法脱硫剂，关键在于提高其催化剂的使用寿命和效率，实现高效转化和深度脱除。理论如此，实践起来却有颇多困难：高炉煤气成分复杂，特别是含有不利于羰基硫水解的毒性组分，导致催化剂失活，有机硫无法稳定转化，整体脱硫效果大打折扣。研发团队以羰基硫水解转化保护剂和催化剂为突破口，实现了高炉煤气源头精脱硫关键技术的突破：首先是研究可以预先脱除煤气中酸性组分的保护剂，优化气体组分的扩散和传输，降低毒害组分浓度，改善水解反应过程的化学环境；其次开发出具有优异孔道结构和氧迁移能力的水解催化剂，避免硫化物的堆积和活性位的堵塞，优化水解反应动力学，提升催化剂的催化活性和抗毒化能力，实现真实工况条件下的高水解转化率和长使用寿命；最后研发出具有脱硫精度高、工作硫容大、经济效益好的生物质活性炭脱硫催化剂，煤气中的硫化物选择性转化为单质硫，并吸附在催化剂的孔隙结构中，实现煤气中硫化物的高效脱除和硫的资源化利用。
克服重重困难而诞生的“稀金煤气精脱硫技术”属于全干法源头精脱硫，具有诸多优点：一是设备占地面积小，基础投资和运行费用低；二是有效避免管道腐蚀和催化剂中毒；三是系统压损对发电系统影响小；四是无废水排放，无污染物转移；五是脱硫剂可回收可再生，满足不同需求。
签约合作，减污降碳双向发力
本次签约，标志着湖北稀金与山西煤化所、武汉华德的合作进入新阶段，黄健董事长也透露了双方下一步的合作计划。
近年来，国家环保政策边际不断收紧，在碳中和背景下工业烟气污染物排放备受业内关注。以钢铁烧结/焦化烟气为代表的燃煤工业锅炉烟气已对我国大气环境造成了严重危害，其具有工序多、能耗高、污染种类多、烟气污染物和排放总量大等特点。2021年11月2日《中共中央国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》明确要推进钢铁、水泥、焦化行业企业超低排放改造，重点要大力推进挥发性有机物和氮氧化物协同减排。2021年4月山西省生态环境厅发布《山西省焦化行业超低排放改造实施方案》，方案要求到2023年10月底前，山西省焦化企业全面完成超低排放改造，NOx排放浓度不高于100 mg/m3，非甲烷总烃不高于60 mg/m3。因此，开发适用于工业烟气低温多污染物同步脱除技术能够有力支撑我国节能减排目标，实现煤炭高效低碳利用。
后续湖北稀金与山西煤化所将在选择性催化还原脱硝（SCR）耦合广谱氧化VOCs的焦化行业烟气集成处理领域尝试进一步的合作：烟气经SCR脱硝+催化氧化VOCs后，再通过干法脱硫+除尘，最终实现烟气多污染物的高效协同脱除。解决复杂烟气条件下多污染物低温度窗口协同控制的技术难题，同时开发双功能蜂窝催化剂及工业制备工艺，完成示范项目，污染物达到超低排放要求。
“十四五”期间，我国要推动减污降碳协同增效，湖北稀金在降碳领域也有自己的独特思路。例如生活中常见的椰壳、药渣、果壳等废弃物，往往被当做垃圾处理掉，但实际上以这些废弃物为原料制造的生物质活性炭脱硫剂及椰壳活性炭脱硫剂有着完全替代煤基活性炭脱硫剂的潜力，湖北稀金筹划在海南等地区设立基地，为公司生产的椰壳活性炭脱硫剂提供原料，实现变废为宝、绿色循环经济，从源头上减少碳排放。
另外“稀金煤气精脱硫技术”应用过程中产生的废旧活性炭脱硫剂是可再生的，湖北稀金通过研发不断提高脱硫副产硫磺的品质及脱硫剂再循环利用率，为实现“双碳”目标奠定技术基础。
湖北稀金与山西煤化所、武汉华德的强强联手，将源源不断地为环保行业贡献新技术、新产品，为工业行业完成超低排放改造，为我国实现碳达峰碳中和目标助力。
