降伏VOCs記

2023年11月6日，從蘭州石化傳來喜訊——由中國石油集團石油化工研究院（簡稱石化院）自主研發(fā)的VOCs催化氧化催化劑首次工業(yè)化試驗取得了重大技術(shù)突破，主要技術(shù)經(jīng)濟指標明顯優(yōu)于進口催化劑，標志著中國石油VOCs催化氧化催化劑的研發(fā)能力進入國內(nèi)一流行列。

攻堅克難挑大梁

VOCs，是指常溫下飽和蒸氣壓大于70Pa，常壓下沸點在260℃以下的有機化合物，揮發(fā)性較強。VOCs超標會導(dǎo)致皮膚過敏、頭痛、咽痛等癥狀，其中包含的致癌物會傷害人的肝臟、腎臟、大腦以及神經(jīng)系統(tǒng)，不僅會引起光化學(xué)污染，還對區(qū)域性大氣臭氧污染、PM2.5污染具有重要影響，對環(huán)境和人類造成極大危害。國家“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標要求，加快VOCs排放綜合整治，VOCs排放總量下降10%以上。

瞄準國家和企業(yè)急需，把握未來技術(shù)發(fā)展方向。面對VOCs廢氣處理這個全新的領(lǐng)域，蘭州化工研究中心科研人員立大志、挑大梁，堅定地把轉(zhuǎn)型跨越高質(zhì)量發(fā)展作為新的突破口。

催化氧化法以處理效率高、處理過程中無二次污染等優(yōu)點成為主流技術(shù)。而這一技術(shù)的核心在于催化劑的研發(fā)。2016年5月，VOCs催化氧化催化劑項目正式在中國石油立項。

敢第一個“吃螃蟹”，才是真正的勇士。為了早日完成任務(wù)，創(chuàng)新成了項目組的標配。

“很多次做夢，都夢到自己在做實驗。一旦有新的思路就會立馬驚醒，起床記下來。”項目經(jīng)理王昆說。打開他的筆記本，凌晨創(chuàng)建的筆記就有上百條。

就這樣，有樣學(xué)樣，項目團隊的伙伴積極進行“頭腦風(fēng)暴”。有人會在看到炒栗子時聯(lián)想到如何改進溶膠的攪拌方式，還有人會在看到滾湯圓的制備過程中想到如何改善載體的涂覆方式……

小試研究過程中，針對VOCs廢氣成分復(fù)雜、濃度波動大的特點，研發(fā)團隊根據(jù)空間限域理論，利用高分子模板劑與載體孔道的協(xié)同限域，合成具有納米粒徑的活性組分，增多活性位點，產(chǎn)生納米效應(yīng)，提升催化活性；開發(fā)絡(luò)合梯度還原技術(shù)，調(diào)整貴金屬價態(tài)分布，提高催化劑的適配性，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的VOCs催化氧化催化劑制備的成套技術(shù)。他們在小試階段制備了VOCs催化劑小試樣品上百塊，總體積超過了0.5立方米，確定了VOCs催化劑的配方體系，既降低了貴金屬的負載量又提高了催化活性，最終制備出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的VOCs催化劑樣品，打通了催化劑的小試制備流程。

搶抓機遇贏先機

2018年，隨著國家“打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃”的啟動，VOCs催化劑成了市場上的香餑餑。面對國家之所急，中國石油科技管理部領(lǐng)導(dǎo)打破常規(guī)，在小試項目尚未驗收的情況下專門聽取了VOCs催化劑小試項目的進展匯報。當(dāng)了解到催化劑各項指標均已達到計劃任務(wù)書的要求時，中國石油科技管理部旋即指示小試項目提前結(jié)題并立馬著手側(cè)線立項。

我國VOCs催化劑開發(fā)起步較晚。彼時，尚未建立該領(lǐng)域催化劑的科學(xué)評價體系。科研人員不等不靠，充分發(fā)揚了“有條件要上，沒條件創(chuàng)造條件也要上”的“鐵人精神”“大慶精神”。

王昆帶領(lǐng)李晶蕊、張濤利用廢舊設(shè)備進行技術(shù)改造，并依據(jù)載體性能、空速條件、壓降情況自行設(shè)計出多款適應(yīng)不同催化劑形狀的反應(yīng)器。經(jīng)過艱苦的攻關(guān)，他們初步確定了催化劑的評價方法和評價體系。

在石化院、蘭州化工研究中心和研究所的支持下，王昆和李晶蕊一邊準備小試驗收，一邊著手側(cè)線試驗的開題，僅用兩周時間就完成了小試項目的驗收報告和研發(fā)思路、研發(fā)方案等側(cè)線開題的內(nèi)容準備。在前往項目驗收和開題的火車上10個小時的旅途中，兩人都在緊張地工作。

功夫不負有心人！VOCs催化劑順利完成了項目的驗收與開題。

科技報國立新功

2021年10月，工業(yè)試驗獲中國石油批準。

2023年4月，工業(yè)試驗在污水處理廠高濃度廢氣裝置展開。在僅換裝了31%進口催化劑的條件下，經(jīng)過一周的運行和跟蹤分析，在相同運行條件下污染物減排超過了50%。新型國產(chǎn)催化劑的突出表現(xiàn)，徹底贏得了用戶的芳心。蘭州石化決定盡快完成現(xiàn)有進口催化劑的全部更換，此時距填裝不足一個月。7月17日，催化劑裝填拉開了序幕，高溫加上防護服讓李苗苗感覺就像是在蒸桑拿。團隊成員每15分鐘就需要換班休息。就這樣，科研團隊成員24小時堅守現(xiàn)場，確保了催化劑裝填與技術(shù)方案的完全吻合。

3天后，經(jīng)過雙方團結(jié)協(xié)作，裝置正式開車。在入口NMHC濃度500～1200mg/m3、苯濃度530～900mg/m3條件下，催化氧化出口NMHC平均排放濃度8.7mg/m3、苯平均排放濃度3.0mg/m3，苯系物去除率達到99%，保證廢氣處理達標。催化反應(yīng)器進口溫度較設(shè)計值低50℃～80℃，降低了能耗；將苯的處理濃度上限由原來的200mg/m3提升至900mg/m3，提了高了裝置的處理能力，降低了裝置操作難度。

工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明：石化院自主研發(fā)的PDV-B01催化劑具有技術(shù)先進、綠色環(huán)保、節(jié)能高效、應(yīng)用范圍廣、性價比高、針對性強等特點，總體性能優(yōu)于現(xiàn)行的進口催化劑。經(jīng)蘭州石化標定，各項指標均達到了技術(shù)任務(wù)書的要求，國產(chǎn)新型催化劑首次工業(yè)應(yīng)用大獲成功。

7年的甘苦，只為踐行科技報國的初心。2019年5月到12月的側(cè)線試驗期間，團隊成員克服了自身和家庭的困難，確保項目推進。雖然張濤、榮樹茂家中都有重病家屬需要照顧，但為了不影響實驗進度，他們在側(cè)線期間從未請過一次假。盡管李晶蕊、江巖、谷麗芬三位女同志家中孩子年齡小，需要母親照顧，但她們?nèi)詧允卦囼炓痪€，確保了數(shù)據(jù)的準確。

催化劑生產(chǎn)期間，正值全國疫情高發(fā)階段。為了保證項目的順利實施，黨支部專門成立了黨員突擊隊。全體黨員不顧個人安危，日夜奮戰(zhàn)在全國各地。王昆帶領(lǐng)李晶蕊、李苗苗多次往返生產(chǎn)廠家考察調(diào)研，體驗過萍鄉(xiāng)的干燥、成都的火熱、無錫的降水，也體驗過日行兩千公里的囧途。因為遭遇了突發(fā)的新一輪疫情，他們不得不在蘭州周邊“流浪了”一周時間才返回家中。

VOCs催化劑的首次工業(yè)應(yīng)用成功，用科技自強的實際行動，踐行了習(xí)近平總書記科技報國的偉大號召，譜寫了一曲石油人擔(dān)當(dāng)奉獻的時代樂章。