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我国钢铁行业烟气脱硫专利分析
信息来源:世界金属导报2019-07-02A12      时间:2019-07-15 09:50:17


烟气脱硫(简称FGD,Fl ue gas desul f urizat ion),指从烟道气或其他工业废气中除去硫氧化物。世界上最早进行烟气脱硫试验的是英国,始于伦敦烟雾事件之后,到60年代中期,SO2污染成为英国、美国和当时西德环境污染的主角,美国、德国随即开展大规模的研究工作。日本是世界上最早大规模应用FGD装置的国家,其在60年代末就开始大规模应用FGD装置,使其SO2污染在70年代中后期基本得到控制。从美、德、日三国大规模应用FGD装置来看,成效显著,虽然近年来三国电站装机总量不断增加,但SO2排放总量却逐年减少。早在20世纪70年代,我国就开展了大气污染治理工作,大致可以分为四个阶段:起步阶段、发展阶段、综合应用阶段、转型阶段。

烟气脱硫技术介绍

迄今为止,世界各国研究开发的FGD技术估计超过了200种,目前技术上成熟、经济上可行的FGD技术约有十几种,FGD技术按脱硫剂和脱硫产物的干湿形态分为湿法(脱硫剂和副产物均为湿态)、半干法(脱硫剂为湿态,副产物为干态)和干法(脱硫剂和副产物均为干态)。其中湿法效率最高,半干法次之,而干法处理废渣较为方便。在技术发展路线上,它们形成一个统一的整体,展现了烟气脱硫技术从产生到现在历经的三个阶段,即由摸索到成熟的过程。第一代烟气脱硫技术典型包括:三菱公司的石灰石脱硫、石川岛播磨IHI的氨法脱硫、以及B.W公司的镁法脱硫。第二代烟气脱硫技术典型包括:通用的GE氨法脱硫、ABB公司的SDA半干法脱硫、FMC公司的双碱法脱硫。第三代烟气脱硫技术典型包括:NID烟道循环法、脱硫塔结构等。烟气脱硫技术如表1所示。

专利分析数据来源与检索方法

本文分析样本中的专利数据来源,选取了国家知识产权局的专利数据库、incopat专利数据库和Derwent Innovation数据库,利用关键词“脱硫”(desul f uriz* OR desul f urat*),并考虑英文词根扩展,在数据库中进行检索。使用Derwent Innovation数据库专利文献统计分析功能,从而确定在烟气脱硫技术中的几大关键技术的分类号:B01D53/50,B01D53/78,B01D53/80,B01D53/34。再以此关键技术的分类号为入口在数据库中进行重新检索。检索日期为2018年8月31日。

烟气脱硫专利技术发展趋势

图1为国外和国内脱硫专利技术时间分布图。从图1中可以看出国外脱硫专利技术在19世纪60年代这一时期快速增长,1987年达到高峰。随着发达国家在完成工业化之后逐步向“后工业化”阶段过渡,产业结构的调整使得对环境污染治理的关注度下滑,随之转移了部分研发精力,另外能源结构也发生变化,石油的消费比重上升,煤炭消耗比例下降,国外脱硫专利技术数量进入平稳振荡期。

我国烟气脱硫技术起步较晚,脱硫技术专利申请量从1985-1999年均处于较低水平,2000年开始进入迅速增长阶段,现在仍然保持较高水平,一是中国是煤炭大国,煤炭消耗量大,对脱硫技术需求量不断增加;二是国家对环境保护的重视,各种环保政策促使脱硫技术的发展。

从图2中可以看出,就烟气脱硫全球专利申请而言,中国申请量最大,有14405项申请,占全球总申请的65%,显示出我国已经在该领域专利申请量上占据了主导地位。中国、日本、美国、德国、韩国是烟气脱硫技术研究最活跃的国家和地区,也是申请人寻求专利保护的主要区域,向这些国家和地区提交的烟气脱硫专利申请占了该领域全球专利申请总量的95%。

从图3专利申请量趋势上看,日本、美国和德国的烟气脱硫技术发展较早,在五个发展阶段的专利申请量相对较平稳,中国的烟气脱硫技术起步较晚,从第二阶段才开始有少量专利申请,超过97%的烟气脱硫专利申请出现在第五个时间段,即2011年至今。中国、日本、美国和德国烟气脱硫专利申请量也与各自发展特点有关。其中,在保持湿法脱硫技术研发的基础上,日本也逐步重视干法烟气脱硫技术的研发,但半干法烟气脱硫技术尚没有引起重视;美国虽然在产业上主要采用湿法烟气脱硫技术,但干法和半干法烟气脱硫技术一直也在平衡发展,处于不断积累中;德国整体烟气脱硫技术的专利申请量在逐渐递减;我国随着制定的SO2排放标准日益严格,产业将更多的精力投入到脱硫效率较高且工艺设备较简单的半干法烟气脱硫技术的研发,适当减少了脱硫效率较低且工艺简单的干法烟气脱硫技术的研发力度,适当增加了脱硫效率最高的湿法烟气脱硫技术的研发。

图4中可以看出,在中国进行脱硫专利技术布局的主要是日本、美国、德国、韩国。特别是美国,在中国布局的专利占其脱硫专利总量的17%。

从图5可以看出申请量排名前十的主要为日本企业,烟气脱硫专利技术主要掌握在三菱、日立、石川岛播磨、千代田、住友等日本企业,我国中石化排名第五,只有三菱重工专利数量的18%。

三菱重工虽然起源于造船业,但却是烟气脱硫技术的执牛耳者,在烟气脱硫领域专利数量位居全球第一,也很重视专利布局,在世界主要市场均有布局。三菱重工向欧美和中国提供的烟气脱硫设备主要以石灰膏法、氢氧化镁法、半干法为主。三菱重工1987年在华进行烟气脱硫专利申请,为其迅速在中国市场站稳脚跟奠定了坚实的基础。1988年,三菱与华能签订合约,在四川珞璜发电厂装备石灰石膏法湿法脱硫设备,这也是我国首套烟气脱硫设备。我国目前推广的技术主要是钙法脱硫技术,三菱重工在这方面具有先发优势,已经成为我国最主要的脱硫设备的供应商之一。

巴布科克日立公司BHK于20世纪60年代开始研发SCR脱硝系统和催化剂,并于70年代成功地将其产品投入了市场。在长期的商业运作过程中,BHK致力于不断完善其产品的性能,并积极开拓海外市场。迄今为止,其产品已经先后覆盖了日本、欧洲、美国、韩国、中国,应用其产品的机组总量超过580套,其中燃煤电站机组应用居世界第一,总量超过8万MW。作为世界上唯一的一家同时拥有锅炉生产技术、催化剂生产技术、SCR系统设计技术以及CFD计算和流场模型建造技术的大型生产企业,巴布科克日立公司现正全力以赴积极地开拓中国市场。中国首家采用SCR脱硝技术的燃煤电厂,即华阳后石电厂的6台机组和第一套国际招标项目——国华宁海电厂60万千瓦的4号机组全部应用了巴布科克日立公司的SCR技术和催化剂。随着中国政府对环境保护日益重视和关注,中国市场对火力发电所用的环保设备-脱硝催化剂产品需求不断增加,为顺应需求,日立集团于2011年6月在杭州余杭经济开发区投资设立了巴布科克日立(杭州)环保设备有限公司,于2012年7月开始正式投入生产脱硝催化剂。日立生产的脱硝催化剂,是巴布科克日立株式会社拥有独立知识产权的产品,被世界各国火力发电厂使用,深受世界各国客户的广泛欢迎。

结语

2010年至今,是中国大气污染治理的转型阶段,大气污染防治发生了重大战略性转变,各种环保政策相继出台,促进了我国烟气脱硫技术的发展,相关专利申请量跃居世界第一,但是国内申请人大多集中在机构和高校,需加强与企业之间的合作,提高产业化程度。 (周利 覃莉 王强 王俊海)

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