和正埋頭于考場答題的高考生一樣，一份決定未來命運的考卷，擺在了中國陶瓷企業(yè)家面前——環(huán)保，而其中最難的一道試題是，脫硝問題，也就是氮氧化物的排放。
這場告別唯“GDP”論的環(huán)保大考，從2014年就已經(jīng)開始。2014年1月7日，環(huán)境保護(hù)部與31個省(區(qū)、市)簽署《大氣污染防治目標(biāo)責(zé)任書》，將“治霾”與地方政府考核掛鉤，國務(wù)院每年對各省(區(qū)、市)環(huán)境空氣質(zhì)量改善和任務(wù)措施完成情況進(jìn)行考核，對未通過考核的地區(qū)，環(huán)境保護(hù)部將會同組織部門、監(jiān)察部門進(jìn)行通報批評，并約談有關(guān)負(fù)責(zé)人，提出限期整改意見。
在這場環(huán)保大考中，中國陶瓷企業(yè)面臨的，是全世界最嚴(yán)苛的脫硝排放標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。在基準(zhǔn)含氧量為18%的前提下，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的氮氧化物排放限值為180mg/m3，而地方標(biāo)準(zhǔn)如廣東佛山、山東淄博和臨沂的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)，在國標(biāo)的基礎(chǔ)上，收嚴(yán)100mg/m3。
而根據(jù)歐盟IPPC指南—陶瓷工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，溫度高于1300℃時，氮氧化物為500mg/m3，溫度小于1300℃時，氮氧化物為250mg/m3。德國標(biāo)準(zhǔn)為500mg/m3，意大利的標(biāo)準(zhǔn)為350mg/m3。中國的地方標(biāo)準(zhǔn)比國際最先進(jìn)的陶瓷生產(chǎn)國排放標(biāo)準(zhǔn)，還要高2到5倍。
標(biāo)準(zhǔn)的收嚴(yán)，意味著企業(yè)在脫硝成本上的投入，要成倍地增加，日益抬升的環(huán)保成本，對應(yīng)的是企業(yè)利潤急劇壓縮，不對等的投入產(chǎn)出回報比，倒逼不少企業(yè)退出。2015年，連續(xù)13年保持全國玻璃行業(yè)產(chǎn)銷量第一，平板玻璃生產(chǎn)規(guī)模名列全球第五的玻璃巨頭華爾潤，18條生產(chǎn)線脫硝設(shè)施環(huán)保改造成本，成為壓垮駱駝的最后一根稻草。而陶瓷行業(yè)，因環(huán)保退出的企業(yè)同樣不在少數(shù)?！耙驗榄h(huán)保改造的投入，臨沂每年都有一兩家陶瓷企業(yè)干不下去了，沒辦法。”臨沂市羅莊區(qū)經(jīng)濟(jì)運行辦主任李繼葆告訴記者。
在去產(chǎn)能、去庫存、去杠桿、降成本、補短板的供給側(cè)改革大背景下，產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的陶瓷行業(yè)，不得不經(jīng)歷這一陣痛。陶瓷企業(yè)的煙氣和火電站煙氣不同，因為陶瓷原料當(dāng)中有很多鋁、硅之類堿金屬，這些對選擇性催化脫硝非常不利，容易造成催化劑的“中毒”，縮短催化劑的壽命。
工業(yè)脫硝是個世界難題
陶瓷行業(yè)關(guān)于脫硝標(biāo)準(zhǔn)，始于2010年修改的《陶瓷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，此前使用的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 9078-1996，并沒有關(guān)于NOx的規(guī)定。
時間回到三年前，一場關(guān)于排放標(biāo)準(zhǔn)的討論，在行業(yè)中掀起。2014年5月20日，42家佛山陶瓷企業(yè)聯(lián)名上書，稱中國的國標(biāo)要求遠(yuǎn)高于意、德、日、韓，不符合當(dāng)前建筑陶瓷企業(yè)的特點，建議將基準(zhǔn)廢氣氧含量由8.6%調(diào)整到與發(fā)達(dá)國家或地區(qū)相當(dāng)水平即17%。
陶企聯(lián)名上書，最終得到了環(huán)保部的反饋。2014年12月12日，環(huán)保部印發(fā)《關(guān)于發(fā)布國家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)<陶瓷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)>(GB 25464-2010)修改單的公告》，對陶瓷行業(yè)噴霧干燥塔、陶瓷窯煙氣基準(zhǔn)含氧量、顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等重要排放指標(biāo)限值進(jìn)行調(diào)整，其中基準(zhǔn)含氧量從原來的8.6%(基準(zhǔn)過量空氣系數(shù)為1.7)，調(diào)整放寬至18%，顆粒物限值依然保持不變，為30mg/m3，二氧化硫限值為50mg/m3，氮氧化物限值調(diào)整為180mg/m3。
不過，放寬標(biāo)準(zhǔn)之后，佛山大部分陶瓷企業(yè)廢氣無須脫硝都能達(dá)標(biāo)，因此脫硝設(shè)備多數(shù)閑置未投入使用，陶瓷企業(yè)氮氧化物排放總量仍然高企。根據(jù)佛山市2015年環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)，陶瓷行業(yè)氮氧化物排放量為23255噸，占到了全市排放量的24.3%。2017年1月，佛山市環(huán)境保護(hù)委員會發(fā)布《佛山市2017年陶瓷行業(yè)大氣污染深化整治方案》(征求意見稿)，提出將修嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn)，2017年10月1日起，全市陶瓷行業(yè)大氣污染物氮氧化物排放限值收嚴(yán)為100mg/m3，并要求企業(yè)實現(xiàn)自動化控制，提高脫硝效率，避免二次污染(如氨逃逸)。
而山東省從2017年1月1日起，實施大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)第三時段限值，氮氧化物排放限值，就收嚴(yán)為100mg/m3。為了保證正常穩(wěn)定的生產(chǎn)，臨沂不少陶瓷企業(yè)已經(jīng)按照山東省第四時段的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行環(huán)保改造。
“我們現(xiàn)在的設(shè)備都按照山東生第四時段的標(biāo)準(zhǔn)來做，我們產(chǎn)區(qū)的企業(yè)已經(jīng)具有超前意識?！奔褜毺沾啥麻L于孝勝表示，過去進(jìn)行環(huán)保改造時，因為沒有成熟的技術(shù)，投入的環(huán)保設(shè)備不合適，又得重新更新?lián)Q代，重復(fù)投資導(dǎo)致浪費，給他帶來的損失超過50萬元。
5月13日，記者在臨沂產(chǎn)區(qū)采訪時發(fā)現(xiàn)，一陶瓷企業(yè)工廠門口豎立的污染物排放信息LED屏上顯示的氮氧化物排放量，為3.52mg/m3，其時，氧氣含量為17.2%。自2015年起，臨沂經(jīng)過兩年的環(huán)保改造，在污染物排放方面，已經(jīng)走到了全國的前列。
“關(guān)于粉塵和二氧化硫的問題，很好解決，最難的是氮氧化物的問題，目前還沒有一項成熟穩(wěn)定的脫硝技術(shù)，能夠解決?！崩罾^葆說，他從2012年就開始帶領(lǐng)臨沂(羅莊)產(chǎn)區(qū)的陶瓷企業(yè)到全國各地去考察，除了參觀陶瓷行業(yè)的企業(yè)，水泥、玻璃等需要進(jìn)行脫硝的行業(yè)，也在考察的范圍之內(nèi)。到2014年，臨沂三家陶瓷企業(yè)在當(dāng)?shù)匦袠I(yè)協(xié)會的帶領(lǐng)下，進(jìn)行環(huán)保技術(shù)測試，最終只有一家成功，但想達(dá)到長期穩(wěn)定的排放，仍需要進(jìn)行改進(jìn)。
脫硝是控制氮氧化物污染的一個重要途徑，陶瓷行業(yè)比較通用的是SCR和SNCR兩種方式進(jìn)行脫硝。SCR存在的問題主要是催化劑產(chǎn)生的固廢處理，由于采用的催化劑是釩類，含有劇毒五氧化二釩，對人體的呼吸系統(tǒng)和皮膚產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害，長期接觸可引起支氣管炎、視力障礙、腎損害等。這種脫硝催化劑不僅在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生污染，而且廢棄后也會形成二次污染?，F(xiàn)階段國內(nèi)還沒有一家有資質(zhì)的企業(yè)能夠?qū)κУ拟C鈦體系催化劑進(jìn)行無害化處理。因此，廢釩觸媒屬于《國家危險廢物名錄》，在山東產(chǎn)區(qū)，地方政府禁止使用含有毒釩鈦體系的催化劑。
SNCR法雖然不需要借助催化劑，但使用的尿素或者氨氣，會因為氨逃逸而造成二次污染，同時，因為使用SNCR脫硝，對企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)，會有一定的影響。
“對(噴霧塔)這塊還好，但是對(窯爐)這塊，對氣溫、對磚面可能稍微會有點影響?！狈鹕绞衅账{(lán)環(huán)境工程有限公司總經(jīng)理官積猛表示，如果企業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量要求比較高的話，未必敢用。
另外，SNCR脫硝的效率不高，也成為困擾企業(yè)的一大難題。“我們用的任何一個技術(shù)脫硝效率，沒有高于60%的?！崩罾^葆表示，從脫硝效益來看，投資大、原料消耗高、操作費用高，是一道世界性的難題。
窯爐每增加一級脫硝設(shè)施
一年運轉(zhuǎn)費用不低于600萬
當(dāng)前形勢下，環(huán)境成本越來越高，企業(yè)發(fā)展面臨著很大的環(huán)保壓力。
新連順陶瓷是臨沂(羅莊)陶瓷行業(yè)協(xié)會選中進(jìn)行環(huán)保技術(shù)測試的三家陶瓷企業(yè)之一，“現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)越來越高，門檻越來越高?！毙逻B順陶瓷董事長張丙順表示，2014年測試成功的脫硝設(shè)備，能達(dá)到的300mg/m3，但是現(xiàn)在要做到30mg/m3，因為未來政府對環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)會越來越嚴(yán)格。
從2014年到現(xiàn)在，新連順在環(huán)保設(shè)備方面的累積投入，有5000多萬元。而環(huán)保運營的費用，每年也在千萬以上。張丙順?biāo)懔艘还P賬，新連順一共有4條生產(chǎn)線，每條線每天光脫硝的用堿量就要2000多元，再加其他的脫硫除塵，以及電費、設(shè)備維修保養(yǎng)和人工費用，一天10000元都不夠，這樣算下來，一年的運營費用，也要1500萬左右。
張丙順的成本賬，可以從環(huán)保公司方面得到側(cè)證。官積猛表示，如果全面使用的話，按瓷磚的面積來算，大約每平方米增加的脫硝成本，在0.1元到0.25元左右之間。因此，如果按一條瓷片生產(chǎn)線日產(chǎn)能5萬平米計算，一年生產(chǎn)300天計算，年產(chǎn)能約為1500萬平米左右，一年脫硝的成本費用，在600萬到1500萬之間。
“陶瓷行業(yè)脫硝有個最明顯的特點，煙氣和一般的火電站的煙氣不同，因為陶瓷本身成分中就含有K、Mg、Ca和Na等堿(土)金屬元素，這就導(dǎo)致陶瓷在1000℃以上高溫灼燒時產(chǎn)生的灰分中就含有大量的堿金屬氧化物和鹽類。這些對選擇性催化脫硝非常不利的?！睆?fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系教授、博士生導(dǎo)師唐幸福表示，目前SCR，即選擇性催化還原氮氧化物，這種脫硝技術(shù)是效率最高的技術(shù)之一。如果這個技術(shù)從火電站借用到陶瓷行業(yè)來說，對陶瓷行業(yè)有明顯不利的因素，是堿(土)金屬對催化劑的“中毒”，導(dǎo)致催化劑的使用壽命縮短。
據(jù)了解，脫硝行業(yè)默認(rèn)的脫硝催化劑使用壽命一般為三年左右，而普通的催化劑只能維持一年左右的時間?；谔沾尚袠I(yè)脫硝的特殊性，催化劑的使用壽命會更短，也就意味著陶瓷企業(yè)在脫硝方面的成本投入，會更大。據(jù)相關(guān)資料顯示，SCR脫硝催化劑的生產(chǎn)成本一般是1.2萬元/立方米，這是基于優(yōu)質(zhì)原料、優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的一個參照成本。
就算企業(yè)愿意在催化劑上進(jìn)行大的投入，但脫硝的效率仍是一大難題。李繼葆告訴記者，如果是不用催化劑的脫硝技術(shù)，效率都太低，目前臨沂產(chǎn)區(qū)采用的是SNCR技術(shù)脫硝，效率不高于60%。“國家可以無限制的抬高門檻，讓企業(yè)排放氮氧化物更少，那么為了達(dá)標(biāo)，企業(yè)必須再增加一級脫硝設(shè)備，假如第一級脫硝效率是50%，第二級就變成了25%?！崩罾^葆說，這僅是成本的增加，沒有帶來效率的增加。他算了一下賬，每增加一級，一條窯爐一年的運轉(zhuǎn)費用不低于600萬。另外，李繼葆還認(rèn)為，脫硝造成的能源的損失也不可估算，能源發(fā)電廠還得有污染，用的燃煤有污染，所以造成其他污染，也遠(yuǎn)高于脫硝。
“預(yù)計下一步山東省還將收緊政策，把氨逃逸作為一個標(biāo)準(zhǔn)，要求企業(yè)解決氨逃逸的問題?！崩罾^葆表示，陶瓷行業(yè)脫硝，不管是使用氨水，還是尿素，光揮發(fā)到空氣當(dāng)中氨水，就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過脫去氮氧化物，在技術(shù)不成熟的情況下強調(diào)脫硝，很不劃算。
氨逃逸是因為氨水沒有反應(yīng)完全，就造成了二次污染。官積猛表示，氨逃逸的問題可以通過自動化控制解決，不過自動化設(shè)備成本相對較高。企業(yè)如果為了節(jié)省成本采用人工控制，氨逃逸的量有時候就會比較大。
在李繼葆看來，脫硝的標(biāo)準(zhǔn)限值，對陶瓷產(chǎn)業(yè)比較不公平。氮氣氧化的溫度低于1000度，氧化反應(yīng)產(chǎn)生的氮氧化合物很少，溫度達(dá)到1100度才開始快速反應(yīng)，超過1200度反應(yīng)更劇烈，這恰好位于瓷磚產(chǎn)品的燒成溫度之間。而相比火電行業(yè)的燃燒溫度，控制在1000度以下，對火電的影響不大。陶瓷生產(chǎn)和水泥、玻璃有點類似，不過水泥行業(yè)氮氧化合物的排放限值為400mg/m3，比陶瓷行業(yè)高出很多倍。
陶瓷行業(yè)期待新脫硝技術(shù)進(jìn)入
不管行業(yè)對于標(biāo)準(zhǔn)的反應(yīng)是否覺得不公平，或者不切合實際，陶瓷行業(yè)環(huán)保的準(zhǔn)入門檻，正在一步步被抬高。
5月23日，環(huán)保部科技標(biāo)準(zhǔn)司司長鄒首民表示，在“十三五”期間，環(huán)保部落實《國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，將抓緊出臺一批急需的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，以有效支撐水、大氣、土壤環(huán)境管理和排污許可等重點工作。
隨后，5月25日，四川省人民政府辦公廳印發(fā)《四川省大氣污染防治行動計劃實施細(xì)則2017年度實施計劃》，要求深化重點行業(yè)脫硫、脫硝、除塵改造，對全省磚瓦、陶瓷建材行業(yè)企業(yè)摸底調(diào)查，推進(jìn)實施磚瓦、陶瓷建材行業(yè)企業(yè)環(huán)境污染綜合整治，有效減少污染物排放。陶瓷企業(yè)在脫硝等環(huán)保改造方面的考驗，變得日益嚴(yán)峻，已關(guān)系到企業(yè)的能否繼續(xù)生存的問題。而行之有效的新技術(shù)引進(jìn)，也同時變得更為迫切。從2013年開始，李繼葆試圖在全國各地尋找一種既經(jīng)濟(jì)又能穩(wěn)定解決脫硝問題的新技術(shù)，到目前為目，他并沒有找到。
2015年廣州陶瓷工業(yè)展期間，在全國陶瓷行業(yè)節(jié)能環(huán)保大會上，南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)國家重點實驗室授祝社民，介紹了最新發(fā)的一項新型脫硝技術(shù)——稀土基脫硝催化劑技術(shù)。據(jù)祝社民介紹，該技術(shù)相比釩鈦系催化劑技術(shù)更高效，無二次污染，活性溫度窗口寬，失效催化劑無需危廢處理。2016年12月26日，工業(yè)和信息化部、科學(xué)技術(shù)部、環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合發(fā)布《國家鼓勵的有毒有害原料(產(chǎn)品)替代品目錄(2016年版)》，稀土脫硝催化劑名列其中。
目前，山東天璨環(huán)?？萍加邢薰疽殉晒⑦@一研究成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)化產(chǎn)品，建成了中國最大的脫硝催化劑生產(chǎn)企業(yè)，年產(chǎn)量為5萬立方米。記者聯(lián)系到該公司的銷售人員崔波，據(jù)他介紹，該技術(shù)已應(yīng)用于火電和玻璃行業(yè)，目前在陶瓷行業(yè)的應(yīng)用還比較少，其成本相比于原來的釩鈦系催化劑，要高2000元/m3左右。不過，行業(yè)人士對于稀土脫硝催化劑的使用，存在一定的觀望態(tài)度。官積猛認(rèn)為，用國家發(fā)展戰(zhàn)略物資稀土來做脫硝催化劑，并非長久之計，企業(yè)投入幾百萬的設(shè)備，如果有一天國家限制不讓用，就浪費了。
據(jù)了解，稀土現(xiàn)如今已成為極其重要的戰(zhàn)略資源，在陶瓷行業(yè)主要應(yīng)用于超導(dǎo)陶瓷、壓電陶瓷、導(dǎo)電陶瓷、介電陶瓷及敏感陶瓷等。而中國的稀土儲量，最多時占世界的71.1%，目前占比已在23%以下，只剩2700萬噸。按現(xiàn)有生產(chǎn)速度，中國的中、重類稀土儲備僅能維持15至20年，在2040-2050年前后，必須從國外進(jìn)口才能滿足國內(nèi)需求。
唐幸福是復(fù)旦大學(xué)復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向為氮氧化物(NOx)排放控制。2015年，在唐幸福帶領(lǐng)下的催化課題組，研發(fā)出了一種新型脫銷催化劑，該催化劑同時抗堿金屬和抗SO2，可以有效地控制PM2.5前體物NOx的排放。該研究成果于2015年12月發(fā)表在國際環(huán)境主流期刊《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》上，第一作者為復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系2014級博士生黃志偉。美國化學(xué)會周刊化學(xué)工程新聞Chemical & Engineering News(C&EN)和環(huán)保汽車協(xié)會Green Car Congress(GCC)轉(zhuǎn)載報道了這項技術(shù)。
6月8日，記者聯(lián)系采訪了唐幸福。“陶瓷本身成分中就含有K、Mg、Ca和Na等堿(土)金屬元素，這就導(dǎo)致陶瓷在1000℃以上高溫灼燒時產(chǎn)生的灰分中就含有大量的堿金屬氧化物和鹽類。這對傳統(tǒng)的釩鈦系選擇性催化脫硝催化劑非常不利。”
唐幸福介紹，在堿金屬和SO2濃度非常高的場所中，新型催化劑比傳統(tǒng)催化劑壽命提高10倍以上;特別是在傳統(tǒng)催化劑無法發(fā)揮作用的燃煤工業(yè)鍋爐和特種鍋爐的NOx排放控制，也依然可以保持較高的活性。
“我們這個新型的催化劑是無毒催化劑，而催化劑的使用壽命，從2015年成功應(yīng)用到現(xiàn)在，已經(jīng)兩年多，至今還沒有失活?！碧菩腋１硎荆滦痛呋瘎┑某杀九c傳統(tǒng)釩鈦系催化劑差不多，甚至要更便宜一些。預(yù)計該新型的催化劑在年底將用于陶瓷行業(yè)以控制氮氧化物的排放，使陶瓷企業(yè)能滿足更加嚴(yán)格的國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
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