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為更好推動科技成果轉化和產業(yè)化應用，落實《關于構建市場導向的綠色技術創(chuàng)新體系的指導意見》，加速綠色低碳技術升級，科技部社發(fā)司委托中國環(huán)境保護產業(yè)協(xié)會組織編制了《國家綠色低碳先進技術成果目錄》，并于2023年9月11日正式公布。為持續(xù)宣傳推廣《國家綠色低碳先進技術成果目錄》成果，引導綠色低碳技術發(fā)展，中國環(huán)保產業(yè)協(xié)會陸續(xù)推送目錄成果信息，敬請關注。
大氣污染治理領域
01.技術名稱
基于特種金屬膜干法冶煉爐高溫荒煤氣凈化及資源化技術
02.適用范圍
煙氣入口顆粒物濃度≤150g/m3工況條件下，黑色冶煉、有色冶煉、化工過程中礦熱爐及類礦熱爐的煙氣凈化和資源化。
03.技術內容
技術原理
濾芯材料采用自主研發(fā)專利技術—鐵基第五代膜過濾材料，該材料利用元素間的偏擴散引起的柯肯達爾(Kirkendall)效應和化學反應成孔，使材料兼具金屬鍵和共價鍵混鍵結構，具有耐高溫、耐腐蝕、高精度、抗熱震性能好、可加工等特性，彌補了陶瓷膜在工況溫度波動較大的環(huán)境中易開裂而無法應用于礦熱爐高溫過濾材料的難題。通過膜分離技術和設備創(chuàng)新，針對礦熱爐高溫煙氣在水蒸氣和焦油的露點以上高溫過濾、分離和凈化，將礦熱爐高溫煙氣(含塵50g/m3～150g/m3)在 550℃進行精密氣固分離，得到潔凈煤氣(含塵小于10mg/m3)，經(jīng)換熱器回收熱能(同時得到純凈焦油副產品)后，送至用戶處作為化工原料或燃氣發(fā)電。
按36000kVA密閉爐設計，單臺除塵裝置處理風量8000m3/h ～14000m3/h；除塵器工作溫度≤550℃；高溫過濾精度達0.1μm；除塵器阻力<2kPa。
工藝流程：從密閉礦熱爐產生的高溫荒煤氣(主要含 H2O、H2、CO、CO2、N2及粉塵等)經(jīng)過重力除塵器去除大顆粒粉塵，然后進入金屬間化合物膜過濾器過濾，氣體含塵量滿足客戶要求，再進一步經(jīng)過風冷換熱器的冷卻降溫后通過高溫引風機送至氣柜儲存。最后潔凈的煤氣由氣柜輸送至礦石燒結工序作為燃料或其他用戶處，實現(xiàn)能源的節(jié)約利用。
主要創(chuàng)新點
(1)率先采用元素之間偏擴散引起的 Kirkendall 效應制備金屬間化合物多孔膜材料，解決了高溫氣體過濾領域的用材難題?；谠映叨鹊钠珨U散反應合成技術可在微米/亞微米級別實現(xiàn)孔結構的精確調控，使得該材料具有孔徑分布均勻、高過濾精度、高孔隙度、曲折因子小和過濾阻力低等良好的過濾性能。
(2)針對礦熱爐高溫荒煤氣煙氣特點，構建了高溫膜分離技術體系，形成了過濾介質防相變技術、過濾粉塵氧化防控技術，實現(xiàn)了高溫下穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)氣體和粉塵的有效過濾；形成了高溫反吹技術、防架橋技術、濾餅層控制技術、特殊工況的操控技術、膜元件在線再生和離線再生技術，有效控制膜污染。
04.污染治理或環(huán)境修復效果
高溫荒煤氣經(jīng)過濾后，顆粒物濃度≤10mg/m3，含70%CO氣體全部回收利用。以青海際華江源鐵合金密閉礦熱爐項目為例，實現(xiàn)年減排顆粒物近1800t，全年回收冶煉煤氣折算標煤約19200t，年節(jié)約電能折算標煤約2300t，年減排CO213000t。
05.技術示范情況
該技術已累計應用于50套裝備，典型案例為青海際華江源實業(yè)有限公司50萬t/a鉻鐵合金密閉礦熱爐高溫煤氣凈化回收項目、攀鋼集團鈦業(yè)有限責任公司鈦冶煉廠2×25500kVA高鈦渣礦熱爐煤氣回收項目。
以青海項目為例，從兩臺25500kVA密閉礦熱爐產生的高溫荒煤氣(主要含H2O、H2、CO、CO2、N2及粉塵等)經(jīng)過重力除塵器除掉大顆粒粉塵，然后進入金屬間化合物膜過濾器過濾，氣體含塵量滿足客戶要求，再進一步經(jīng)過風冷換熱器的冷卻降溫后通過高溫引風機送至氣柜儲存。最后潔凈的煤氣由氣柜輸送至礦石燒結工序作為燃料或其他用戶處，實現(xiàn)能源的節(jié)約利用。該技術解決了550℃以上高溫氣體過濾凈化回收的技術難題，實現(xiàn)了鐵合金行業(yè)節(jié)能環(huán)保生產和礦熱爐煙氣的回收綜合利用。
06.投資估算
青海際華江源實業(yè)有限公司50萬t/a鉻鐵合金密閉礦熱爐高溫煤氣凈化回收項目總投資2948萬元，其中設備制造費2000萬元，土建(鋼構)費700萬元，設備安裝費248萬元。
07.投資回收期
青海際華江源實業(yè)有限公司50萬t/a鉻鐵合金密閉礦熱爐高溫煤氣凈化回收項目，靜態(tài)回收期約13個月。
08. 技術成果轉化推廣前景
該技術可廣泛用于礦熱爐及類礦熱爐、有色冶煉、煤化工、磷化工、鈦化工、危廢處置等行業(yè)的高溫荒煤氣凈化，具有廣闊的推廣前景。
來源：中國環(huán)保產業(yè)協(xié)會技術部
