7月15日，國家知識產(chǎn)權(quán)局公布了第二十一屆中國專利獎。其中，國家能源集團北京低碳清潔能源研究院（簡稱低碳院）申報的“一種脫硝催化劑的再生方法和一種再生脫硝催化劑及其應用”榮獲中國專利銀獎。  

“我們研究的這項技術(shù)通過對催化劑中毒分析診斷，利用特殊的化學過程去除催化劑中的中毒元素，補充活性組分，從而讓催化劑‘復活’，延長催化劑使用壽命?！钡吞荚涵h(huán)境保護技術(shù)研究中心副主任、技術(shù)總監(jiān)王寶冬說，“就好比一個人生病了，需要先去醫(yī)院做檢查，查明病因后，醫(yī)生再有針對性地開展治療，治療后再吃些營養(yǎng)品補充體力?！?nbsp; 

據(jù)了解，該技術(shù)讓廢棄失活的脫硝催化劑再生，解決了我國每年近20萬噸廢棄失活的脫硝催化劑環(huán)境污染的問題。  

催化劑用量大，產(chǎn)生的廢棄物也多  

富煤、貧油、少氣的能源結(jié)構(gòu)使我國成為世界上最大的煤炭消費國，也讓燃煤成為我國工業(yè)主要動力來源。而燃煤排放出來的氮氧化物會造成大氣污染。  

2011年，我國出臺了《火電廠大氣污染物排放標準》，要求氮氧化物最大排放量不超過100毫克/立方米。從那時起，選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)開始推廣，使得脫硝催化劑大規(guī)模投入使用。這一技術(shù)的推廣有效減少了氮氧化物排放導致的大氣污染。  

“2019年年底，我國火電裝機容量達到11.9億千瓦時，以當前燃煤機組超低排放標準來計算，消耗的SCR脫硝催化劑總填裝量約120萬立方米。鋼鐵、各種窯爐、有色冶金以及各行業(yè)的自備燃煤動力鍋爐等非電燃煤領(lǐng)域消耗的SCR脫硝催化劑總填裝量約100萬立方米?！蓖鯇毝f，“隨著環(huán)保管控越來越嚴，SCR脫硝催化劑使用量越來越大，廢棄的失活SCR脫硝催化劑量也將越來越大?！?nbsp; 

據(jù)權(quán)威機構(gòu)預測，“十四五”期間，SCR脫硝催化劑使用量可能會出現(xiàn)高峰期，到2025年廢棄量將達到40萬立方米，近20萬噸。  

相比較而言，美國、德國、日本等國家的煤電所占比例較小，其使用的SCR脫硝催化劑質(zhì)量高、電廠運行工況良好，廢棄失活的SCR脫硝催化劑量也會相對較小。  

“國外也有脫硝催化劑再生技術(shù)，但并不完全適合我國復雜工況下火電機組，引進技術(shù)會出現(xiàn)水土不服。而采用填埋、焚燒方式處置這種危險廢棄物，不僅成本高，還會造成永久污染或污染轉(zhuǎn)移。一些企業(yè)通過簡單清洗磨碎廢棄失活的SCR脫硝催化劑，將其摻入新鮮催化劑中使用，使催化劑的性能受到嚴重影響?！蓖鯇毝f，“為此，我們設(shè)想能不能研發(fā)一種國內(nèi)特有的技術(shù)，讓這些失活的脫硝催化劑再次‘復活’？”  

經(jīng)過前期準備和調(diào)研，低碳院組建了一支科研團隊，開始著手攻關(guān)。  

為失活的催化劑“做手術(shù)”  

“因為失活的SCR脫硝催化劑屬于危險廢棄物，我們很難從電廠直接得到。沒有第一手資料，科研就無法開展。”王寶冬說，“當時，我們?yōu)榱四玫綄嶒灅悠?，北上?nèi)蒙古呼倫貝爾、西到新疆五彩灣、南下廣東臺山、東到黑龍江哈爾濱，幾乎跑遍了大半個中國。當時，我們做這個科研項目算是比較早的，SCR脫硝催化劑在電廠才剛剛投用，所以中毒以后的樣品少得可憐。我們費盡周折，從一些投用催化劑比較早的電廠采集到了一些失活的催化劑樣品?！?nbsp; 

有了樣品，科研團隊通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對催化劑失活的原因進行快速精準地診斷。由于電廠煤種多樣、運行工況多變，導致他們診斷出多種失活原因，如堿金屬中毒、硫銨中毒、砷中毒，孔道堵塞、磨損等。  

面對多種原因，科研團隊又分析了200多臺機組的運行參數(shù)，開發(fā)了失活原因智能診斷技術(shù)，建立了我國首個基于大數(shù)據(jù)的脫硝催化劑的快速診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)催化劑的性能預測和生命周期管理。其核心算法還取得了一項軟件著作權(quán)。  

“我們開發(fā)了中毒元素靶向去除—活性成分梯度分布技術(shù)，解決了催化劑活性和機械強度無法兼顧的再生技術(shù)難題；通過離子型絡(luò)合劑定向清除中毒元素而不破壞催化活性組分；采用復合型浸漬液，補充催化劑活性的同時還能提高催化劑強度；根據(jù)‘雙電層’擴散原理，開發(fā)了選擇性活性組分植入技術(shù)，使釩鎢分散在催化劑表面，提高了催化劑脫硝的活性，降低了副反應二氧化硫氧化的發(fā)生?！蓖鯇毝f。  

研發(fā)技術(shù)和工作上的辛苦對科研人員來說并不是最難的，技術(shù)推廣不被認可才是最大的難題。  

脫硝催化劑再生作為一項新技術(shù)，雖然對電廠來說可以節(jié)約成本，但電廠對這項技術(shù)還不是很了解，如果催化劑性能不達標，不僅造成排放超標，甚至會影響電廠生產(chǎn)運行。所以，沒有電廠愿意首先使用這項新技術(shù)。  

“通過實驗室長周期測試，電廠真實煙氣側(cè)線驗證得到可靠數(shù)據(jù)。我們耐心說服電廠，最終于2016年在五彩灣電廠首次實現(xiàn)應用?！蓖鯇毝f，“催化劑再生技術(shù)對催化劑生產(chǎn)廠也存在利益沖突，多再生1立方米催化劑，就意味著少買1立方米新鮮催化劑。所以，一些催化劑生產(chǎn)廠一開始是排斥的。后來，電廠越來越認可，催化劑生產(chǎn)廠從長遠和全局利益角度考慮，慢慢接受了這項技術(shù)并且主動參與進來?！?nbsp; 

將創(chuàng)新成果應用于企業(yè)  

2016年8月12日，由中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織，中國工程院院士、清華大學教授金涌為組長的技術(shù)鑒定委員會，對低碳院自主開發(fā)的脫硝催化劑再生技術(shù)進行科技成果鑒定。  

技術(shù)鑒定委員會一致認為，該研究成果整體上達到了國際先進水平，其中靶向清洗、選擇性活性補充、補強技術(shù)和脫硝催化劑解決方案4項核心技術(shù)具有創(chuàng)新性。  

這項技術(shù)以國家能源集團內(nèi)部應用和外部技術(shù)許可方式進行成果轉(zhuǎn)化。該專利技術(shù)首批在東北、京津冀、新疆、內(nèi)蒙古等地區(qū)的火電集中區(qū)域的4家環(huán)保企業(yè)投用，實現(xiàn)年產(chǎn)能5萬立方米，并逐步推廣到其他地區(qū)。  

除了SCR脫硝催化劑再生技術(shù)外，低碳院的研究人員圍繞清潔燃煤發(fā)電項目，通過研究復雜條件下脫硝反應機理、多污染物協(xié)同控制、催化劑失活等內(nèi)容，開發(fā)了包括核心環(huán)保材料、關(guān)鍵凈化工藝和重大生產(chǎn)裝備等創(chuàng)新成果，提升了我國環(huán)保領(lǐng)域的創(chuàng)新能力。  

“我們最近在低溫脫硝催化劑開發(fā)與機理研究方面取得重要進展，最新研究結(jié)果發(fā)表于《Nature》的子期刊《CommunicationsChemistry》上，首次提出了基于‘雙活性中心+載體孔徑分布’前沿理論進行催化劑配方和結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法，研究出適用于不同應用領(lǐng)域和煙氣工況的系列催化劑，并通過龍源催化劑廠進行生產(chǎn)。這種全新的催化劑具有不降低鍋爐效率、響應快、投資低、工期短等顯著優(yōu)點，今年6月在新疆和豐電廠投用后，收到了良好效果。”王寶冬高興地說。