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高源禹
為更好推動科技成果轉化和產業化應用，落實《關于構建市場導向的綠色技術創新體系的指導意見》，加速綠色低碳技術升級，科技部社發司委托中國環境保護產業協會組織編制了《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展，中國環保產業協會陸續推送目錄成果信息，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，實現能源的節約利用。
主要創新點
(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。基于原子尺度的偏擴散反應合成技術可在微米/亞微米級別實現孔結構的精確調控，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，實現了高溫下穩態與非穩態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.污染治理或環境修復效果
高溫荒煤氣經過濾后，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，實現年減排顆粒物近1800t，全年回收冶煉煤氣折算標煤約19200t，年節約電能折算標煤約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，實現能源的節約利用。該技術解決了550℃以上高溫氣體過濾凈化回收的技術難題，實現了鐵合金行業節能環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、危廢處置等行業的高溫荒煤氣凈化，具有廣闊的推廣前景。
來源：中國環保產業協會技術部
