中国科学院过程工程研究所成果推介（第九期）

1

有机废硫酸炭化还原资源化处理技术

项目成熟度:工业放大

项目主要内容

有机废硫酸经催化聚合、炭化还原、磺化炭材料生产等成套工艺,将硫酸中的酸溶有机物转化为磺化炭材料,微波炭热还原硫酸为二氧化硫并制备硫酸,实现传质一反应一传热一分离过程的合理匹配并取得协同效应,降低了有机废硫酸处理过程的能耗和二氧化碳排放。较传统高温裂解处理废硫酸,节能减排效果显著。产生的磺化炭材料可用干环境治理、催化反应、新能源材料和土壤修复等。该技术目前建成万吨级示范装置,列入国家生态环境标准《废硫酸利用处置污染控制技术规范 (HJ1335-2023)》的5个废硫酸处理推荐技术之一。入选2023年《国家先进污染防治技术目录(固体废物和土壤污染防治领域)》(环办科财函(2024】27号)。

市场和产业化前景

随着国家汽油升级对高清洁油品的需求,促进了的烷基化油需求的大幅度增速,硫酸法烷基化每生产1吨烷基化油要产生大约80-100ke的废硫酸(浓度低于90%)。目前国内硫酸法烷基化产能超过1000万吨,如达产后每年将会有100万吨以上的废硫酸从烷基化装置上排出。另外印染工业中的磺化、硝化、乙炔和氣甲烷的气体净化、离子交换树脂、粗苯精制等通常也产生的含有复杂的有机物成分的废硫酸。中国硫酸协会预计每年排放高浓度有机废硫酸约1100万吨。低成本的高浓度有机废硫酸资源化综合利用技术还可以协同处理有机废弃物,具有广阔的应用前景。

产业化条件

该技术实施需要办理危险废物经营许可证,建设2万吨/年处理装置,投资约0.5-1亿元。

附图

2

废旧纤维增强复合材料资源化回收利用

项目成熟度:工业放大

项目主要内容

FRP无害化处置普遍采用高温裂解法进行回收利用,该技术存在能耗高,装置造价高,碳排放量大的缺点,针对行业痛点问题,中国科学院周志茂团队研发自主知识产权的溶解法废旧纤维增强复合材料绿色低碳循环利用技术,将废旧日FRP中的树脂转化为磺化炭、功能纤维实现了回收并梯次利用，最大程度上突破了复合材料回收瓶颈问题。经过数年开发,目前筹建500吨/年废旧纤维增强复合材料资源化利用项目,再生产品开发逐步实现下游应用。

下一步计划再生碳纤维增强热塑性材料的开发和应用,建设1000吨/年碳纤维增强热塑性材料复合材料项目。

市场和产业化前景

近年来,随着新能源汽车、风电、氢能等行业发展,性能优良的纤维增强基复合材料(FRP)消费保持强劲增长势头,同时相关设备面临大规模退役形势,再生资源回收利用体系建设面临较大挑战。截至2020年,中国累计风电装机量达到273GW,风电叶片累计将近300万吨。风电叶片的复合材料产废量仅占复合材料产废量的7%。中国复合材料工业协会统计，截止2020年底我国热固性复合材料产量累计超过4164.89万吨。

产业化条件

1000吨/年碳纤维增强热塑性材料复合材料项目,需要约2000平米,投资约1000万元。

附图

3

含钒钢渣资源化、绿色化利用技术研究

项目成熟度:工业放大

项目主要内容

河北地区蕴含丰富的特色钒钛磁铁矿资源,在钒钛磁铁矿冶炼钢铁的过程中产生大量的含钒钢渣。含钒钢渣也是提取有价钒资源的重要原料,然而目前缺少含钒钢渣有效利用技术,由此导致大量钒资源的损失。基于此,本项目开展含钒钢渣资源化、绿色化利用技术研究,主要涉及含钒钢渣的预脱钙、脱钙渣湿磨浸出、溶钒洗涤、固液分离、结晶分离等多个处理工序。进一步通过活性氧化钙的陈化以及钢渣粒度的细化,获得高纯钒产品和可用于大规模建材的优质原料。

本项目所涉及的减量化、资源化可延伸到其他相关行业进行应用,其技术内容和水平将会得到不断地发展和创新,也必将会衍生出更多的拥有自主知识产权的处于行业领域国际领先水平的技术和专利,技术的实施推广可实现吨含钒钢渣创效200元。目前,本项目含钒钢渣中钙的脱除率可以达60%以上,后续脱钙渣经湿法磨浸,钒的提取率可以达到70%以上,尾渣无害化处置率100%,含钒液经结晶分离,可以获得纯度为99.5%以上的钒产品,实现了含钒钢渣资源化、无害化利用。

市场和产业化前景

本项目涉及技术突破了含钒钢渣中钒-钙-硅包裹结合难以有效分离的技术瓶颈,形成含钒钢渣跨界协同高值化消纳的新方法,实现了钢渣的增值化、规模化、生态化协同利用。解决了钒钛矿高炉-转炉冶炼流程提钒炉役造成含钒铁水直接炼钢钒资源流失的行业难题。含钒钢渣提钒技术的产业化发展将带动钒相关产业链的延伸和完善。因此,本项目具有良好的市场应用前景。

产业化条件

本项目拟建设10万吨级产业化示范线,需80亩地,球磨机、结晶器、蒸发器、氨吸收塔,煅烧炉等配套装备,资金需求约1亿元。

附图

4

粉煤灰基盐碱地改良新材料项目

项目成熟度:工业放大

项目简介

粉煤灰是煤炭燃烧过程产生的副产物,我国粉煤灰年排放量近6亿吨,以低端利用为主,利用率仅70%,累计堆存超30亿吨,且以每年2亿吨的速度在增加。粉煤灰占用大量土地,造成了严重的环境污染。

由于区域经济发展不平衡,粉煤灰主要堆存于宁夏、内蒙古、新疆等地。这些地区也是我国干旱半干旱地区,土壤盐碱化严重。仅宁夏盐碱面积就达260万亩，占耕地面积的40%,亟需土壤改良。

技术路径

研发团队深入分析了盐碱地形成机理和盐碱对土壤结构的影响,决定掘弃盐碱地改良目前普遍采用的大水漫灌洗盐挂盐的传统方法,提出了创新性技术路线,即采用特殊结构材料抑制盐碱向地表迁移,从根源上解决土壤盐碱化问题。

该技术通过改变粉煤灰内部主要元素赋存状态和微观结构,大幅提高其盐碱离子的缓冲性能,并通过调控盐碱离子的迁移路径和速度,有效控制了地下水盐碱离子的蒸腾作用,提高土壤对离子的吸附和缓冲能力;粉煤灰微观结构的改变,提高了粉煤灰的孔,隙率,改善了土壤的透水透气性能。此外,通过多种营养元素的平衡作用,可大幅提高土壤的肥力,从而减少了传统化肥用量，大大减轻由此带来的土壤板结问题。

粉煤灰中重金属深度脱除、粉煤灰定向活化、盐碱土壤结构再造、土壤养分平衡等多个核心技术取得突破后,研发团队成功建立了粉煤灰基盐碱地改良新材料制备及应用技术。

随后开展了连续3年近千亩的大田试验验证与应用示范研究,取得了良好应用效果。

附图

5

烟气氨法脱硫废液资源化

项目成熟度:工业放大

项目主要内容

氨法脱硫是利用氨作为二氧化硫吸收剂的脱硫方法。氨法脱硫是一种高效、低耗能的湿法脱硫方式,脱硫过程是气液相反应,反应速率快,吸收剂利用率高,能保持脱硫效率95-99%。氨法脱硫后产生的脱硫产物硫酸铵可作为化肥产品出售,可望使得烟气脱硫的运行成本接近于零。然而由于烟气中不仅含有硫,而且还含有氣、砷、汞等毒害元素,由此使得脱硫产物硫酸铵产品质量差,特别是氯元素的累积导致设备腐蚀严重。当前氨法脱硫技术的推广应用所面临的瓶颈主要在于脱硫废液的资源化问题。基于此,本项目基于氨法脱硫废液中硫、氯、砷、汞、氨等多元素赋存特点,采用添加可循环中间介质体系,并结合复分解反应,将脱硫废液中的硫高效转化为硫酸钾和氣化铵高附加产品,并同步实现硫氯分离以及砷、汞等杂质元素的脱除。本项目不仅可有效解决烟气氨法脱硫技术瓶颈问题,还可产生显著的经济效益,有望在我国烟气脱硫市场上打破传统“石灰石-石膏法”一统天下的格局。目前本项目已经完成氨法脱硫废液资源化的技术放大验证,所制备的硫酸钾和氯化铵产品均可作为高附加值化肥产品使用。未来计划依托氨法脱硫企业建立工业示范装置,由此进一步促进氨法脱硫技术的大规模推广应用。

市场和产业化前景

目前我国火电厂年排放二氧化硫约1000万吨,若全部采用氨法脱硫,用氨量可达500万吨/年。本项目所生产的硫酸钾和氯化铵也均是大宗化工原料,市场容量巨大。因此,本项目具有非常广阔的市场和产业化前景。

产业化条件

本项目拟建设万吨级烟气氨法脱硫废液资源化工业示范线,预计需要场地3000平米,设备投资约1000万元,年可实现产值3000万元，可取得利税1000万元。

示范工程

中科院过程工程研究所马淑花研究员和北方民族大学韩凤兰教授团队采用粉煤灰改性与多养分协同集成技术制备粉煤灰基新型土壤调理剂,开展盐碱地改良系统研究,修复盐碱地。今年,在宁夏农垦贺兰山农牧场(有限公司)进行340亩对比种植实验验证。经现场测试,原盐碱地亩产496斤,添加2吨调理剂亩产达835斤,添加3吨调理剂亩产达到1439斤,是改良前的2.9倍,为大范围盐碱地改良提供理论和数据支撑。

合作方式

应用推广。

附图

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