大气污染治理关键催化新材料及应用—沈岳松

01 项目负责人介绍

沈岳松，万博体育bet 材料科学与工程学院研究员，国家重点研发计划青年科学家，国家科技专家库专家，江苏省“333工程”、“青蓝工程”中青年学术带头人，江苏省“六大人才高峰”高层次人才。主要从事环境与能源催化新材料研究，主持国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省重点研发计划等省部级以上项目10余项，在Small、Journal of Materials Chemistry A、ACS Applied Materials & Interfaces等期刊发表论文百余篇，授权发明专利34件，曾获江苏省科学技术奖一等奖、中国产学研合作创新成果奖一等奖、侯德榜化工科学技术青年奖、IFAM青年科学家奖、中国专利优秀奖等省部级奖励7项。担任《中国材料进展》、《能源环境保护》等期刊编委。

02 项目简介

针对不同污染物治理过程中的卡脖子难题和关键催化材料，通过科技攻关，多学科交叉创新，产出了“无钒稀土基烟气脱硝催化剂”、“燃油/气机尾气脱硝催化剂”、“水泥工业深度脱硝新材料”及“低浓度H2S吸附脱硫新材料”等一批重要成果，取得了自主知识产权，为提高我国环境催化材料的科技水平，推动新兴环保产业发展，提升我国大气环境治理能力，助力大气环境质量改善，提供了关键技术支撑。

03 技术优势

一、环境友好稀土基烟气脱硝催化剂技术及产业化应用

该项目针对环境友好烟气脱硝催化材料这一国际重大需求，在国家自然基金、863计划及十二五科技支撑等项目支持下，历经近二十年的科技攻关，通过创建高效铈基复合氧化物脱硝催化材料新体系、发明蜂窝脱硝催化剂关键制备技术、开发催化材料应用与再生利用技术装备等，取得了系列原创性成果。在国内外首次提出并成功研制了轻稀土铈基的绿色高效脱硝催化剂，建成了世界最大的稀土脱硝催化剂生产线，实现了大规模工业应用。该项目成果填补了国内外烟气无毒脱硝催化剂技术的空白，技术性能达到了国际领先水平（建材鉴定[2011]第008号），主导制定GB/T 34700-2017《稀土型选择性催化还原（SCR）脱硝催化剂》，先后获江苏省科学技术奖一等奖、中国专利优秀奖、中国产学研合作创新成果奖一等奖，入选国际百强环保技术、国家鼓励发展的重大环保技术及工信部重点新材料首批次应用示范。显著提升了我国无毒脱硝催化材料的技术水平，推动了产业进步，对我国生态环境治理意义重大。

二、燃油/气机尾气脱硝催化剂

在碳达峰、碳中和背景下，脱硝科技攻关重心开始由煤电等大型固定源向燃油、燃气等尾气脱硝转变。船舶、柴油机动车、通机、农机、然气/瓦斯机发电、燃气窑炉/锅炉等成为大气污染治理的重点。由于燃气、燃油尾气与燃煤烟气差别大，主要影响因素发生变化，部分尾气温度过高（400-600℃），超过燃煤烟气脱硝催化剂的活性温度上限（≤450℃），不能将其拿来使用。目前，该领域主要使用的是具有CHA拓扑结构的Cu/Fe-SSZ-13、Cu-SAPO-34等小孔分子筛。但是，该类分子筛易硫中毒，N2选择性有待提升，CHA拓扑结构的技术产权壁垒暂时难以逾越，使用成本昂贵。为此，本项目面向船舶、瓦斯发电等行业脱硝的紧迫需求，在国家重点研发计划、江苏省重点研发计划等项目资助下，成功研制了适用280-450℃中温和400-600℃高温尾气脱硝的新型高性能催化剂，建立了示范工程，技术性能达到了国际领先水平。为燃油、燃气尾气脱硝提供了关键技术支撑。

三、水泥工业高温催化粉体脱硝新技术及应用

水泥工业是第二大NOx排放固定源，部分地区开始推行水泥NOx＜50mg/Nm3的超低排放，全国即将全面实施水泥NOx超低排放。目前，水泥脱硝主要采用“低氮燃烧+SNCR脱硝”技术，难以达到NOx＜50mg/m3的超低排放，且氨逃逸污染严重，亟待开发适用水泥工业的新型高效低成本深度脱硝技术。针对水泥工业深度脱硝技术瓶颈，本团队在原有成果的基础上，经过8年努力，首创了适合水泥工业“NOx近零排放”的脱硝剂新技术，NOx排放可稳定＜50mg/Nm3，取得了水泥工业脱硝的颠覆性成果，技术性能达到国际领先水平。解决了氨逃逸造成的二次污染、水泥质量下降、设备腐蚀等难题。

四、低浓度H2S吸附脱硫新材料

低浓度H2S治理是当前石油化工、合成氨、纯氢及有机合成等工业的重大需求。目前工业主要使用ZnO型吸附剂对H2S进行深度净化，可实现高精度脱硫。然而，ZnO型脱硫剂硫容不高，脱硫产物ZnS为危废。为此，本团队开发了一种新型高硫容、低成本的脱硫剂，其硫容是商业ZnO的2-3倍，成本低于ZnO型脱硫剂，适用天然气、油田气、炼厂气及轻油原料中杂质H2S的脱除，合成氨、甲醇、制氢、有机合成等工业原料气（油）的脱硫净化，对含有较复杂成分的有机硫化物，可与镍钨加氢精制催化剂联用进行脱硫。

04 技术应用情况

一、环境友好稀土基烟气脱硝催化剂应用

至今，稀土基烟气脱硝催化剂成功应用在火电、建材、供热、烧结等行业的200多项脱硝工程，完全达到工程设计值及国家环保排放标准，率先建立了“NOx近零排放”工程，受到用户单位的一致好评，于2016年被国家三部委指定为钒基脱硝催化剂的替代品。两会特刊《大国治霾》(2016)、国家发改委网站、环保部网站、中国环境报、中国新闻网、中国化工报、新华网等主流媒体均对该项目技术进行了专题报道。目前，项目形成了以天璨环保、希捷环保公司为龙头，集原料、生产、制造装备、工程装备、脱硝工程及BOT于一体的千亿产业链联盟，国内外市场应用前景广阔。

图1 山东天璨环保年产5万m3稀土基蜂窝脱硝催化剂生产线

国华太仓电厂 华能白杨河电厂 金晶玻璃 包钢宝山矿业热电站 陕煤能源神木富油公司

图2 典型SCR烟气脱硝工程

二、燃油/气机尾气脱硝催化剂应用

目前，已建立了船舶中速柴油机尾气尿素-SCR脱硝示范工程，脱硝效果达到了MARPOL附则VI第3阶段规定的NOx限值排放要求。建立了柴油机自备电源尾气净化的SCR脱硝应用工程，以及瓦斯燃气高温SCR脱硝中试工程，运行脱硝效果均达到行业排放标准。

图3 船用中速柴油机及自备发电柴油机尾气尿素-SCR脱硝示范工程

三、水泥工业高温催化粉体脱硝新技术应用

至今，替代氨的新型高温脱硝剂技术已在江苏、河北、河南、陕西等多个地区水泥厂完成了NOx＜50mg/Nm3的超低排放工程示范，脱硝效率高≥90%，安全稳定，费用低，在多条5000T/d的水泥生产线上得到成功应用。

图4 新型高温脱硝剂技术在唐山燕东水泥厂脱硝运行情况

实现了NOx＜30mg/Nm3排放，连续运行6个月，通过当地生态环保局验收。

图5 新型高温脱硝剂技术在生态水泥厂脱硝运行情况

2019年6月29日，在生态水泥厂5000T/d水泥生产线，采用粉体脱硝催化剂进行深度脱硝，使得NOx排放浓度<50mg/Nm3。

四、低浓度H2S吸附脱硫新材料应用

该技术成果属于新型研发产品，亟待规模化推广应用。产品性能已被第三方检测评价，证实其硫容为商用ZnO型脱硫剂的2-3倍，成本低廉。

图6 HFDS-1新型复合脱硫剂

五、其他成果

除上述四项成果以外，本团队还开发了面向工业CO治理的高效催化氧化催化剂，面向甲醛处理的高效净化装备，以及面向挥发性有机化合物（VOCs）资源化重整制氢的可再生催化剂等技术成果。

05 项目状态

产业化应用

06 合作方式

技术转让、技术开发、技术咨询、技术服务、技术入股、工程承包

07 联系方式

团队联系人：沈岳松 13951676953