程芳琴:废弃资源循环利用的探索者
2024/2/2
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来源:[互联网]
[中国石化新闻网2024-01-30]在工业固废处理与处置关键技术的研发与应用的这条道路上,37年来,程芳琴初心如磐、使命必达。现任山西大学党委常委、副校长的她,先后获国家科技进步二等奖2项、省级特等奖1项、省部级一等奖4项;获授权发明专利94件,制定标准5项,发表论文162篇,主编专著5部。她还享有国务院特殊津贴,入选国家百千万人才工程,获得全国五一巾帼奖章。1月19日,在“国家工程师奖”首次评选表彰中,程芳琴获得了“国家卓越工程师”荣誉称号。开发芒硝法制钾新工艺
1986年,程芳琴从太原理工大学毕业,被分配到运城盐化局工作,从事工艺研究。她在盐湖领域的研究成果得到了广泛应用。
我国是一个钾资源十分匮乏的国家。20世纪90年代,我国硫酸钾严重短缺,对外依存度高,供需矛盾突出。而盐湖工业年产近亿吨低品位钾钠废盐,其中高值转化制备硫酸钾是重要方向。在“九五”期间,国家提出依托盐湖资源开展科技攻关,程芳琴果断迎战,立下了“没有退路,只能成功”的军令状。
程芳琴带领团队成立自控小组,从实验到施工、安装、试生产,与课题组成员开始了连续攻坚,总结实验规律并编制运行程序、设计调节回路、增设自动阀门等生产工艺控制方案,向着确保产品质量稳定,大幅降低生产成本的目标勇毅前行。
针对复分解法钾盐分离困难,副产盐难提取以及系统水不平衡的关键技术难题,经过8年的探索实践,程芳琴通过水盐体系相图理论研究,发现钾芒硝具有热力学稳定、晶格能大的特性,在此基础上发明了“两段转化—一次蒸发”的芒硝法生产硫酸钾联产氯化钠新工艺。他们自主研制了内置导流推进式全返混溶解搅拌釜、氯化钠“溶解—蒸发—介稳出盐”分区调控结晶器,实现了连续生产和自动化控制,成功破解了复分解法系统水不平衡的难题,取得了硫酸钾转化率大于95%,能耗降低47%,成本仅为国际复分解法的60%、曼海姆法的70%的可喜成果,突破了芒硝法生产硫酸钾过程系统水平衡,为世界低品位资源制取硫酸钾开辟了一条新路。该研究成果也斩获了2003年度国家科技进步二等奖。
工程化实践中,该技术在南风化工集团建成10万吨/年生产线,使进口钾肥价格降低33%,年节约外汇6500万美元。
科研攻关路没有止境。她克服高原反应,带领团队在青海察尔汗盐湖、马海盐湖的废弃资源中,开展氯化钾和氯化锂的提取研究与工程建设,建成235万吨/年高泥矿制备氯化钾和千吨级的氯化锂生产线,脱泥率大于90%,氯化钾回收率提高17%以上。
实现煤基固废资源化利用
我国煤矸石年产量约8亿吨,堆存近百亿吨。燃烧发电和地面回填是煤矸石规模化利用的主要方式,但这种方式燃烧利用率低,回填堆场自燃、渗滤频发,严重危害生态环境和生命健康,因而迫切需要提高资源利用率,实现无害化处置。
程芳琴带领研究团队,咬定固体废弃物不放松,啃“最硬的骨头”,从根本上探索出一条资源清洁煤矸石利用新路。从山西到内蒙古、陕西、甘肃等地,程芳琴深入了解煤炭产业发展现状,扑下身子,集中力量,收集了很多一手资料,为解决难题提供了有力支持,把变废为宝的论文写在转型发展的企业里,把减碳增绿的科技成果写在高质量发展的祖国大地上。
功夫不负有心人。经过10余年联合攻关,她和科研团队开发出分质资源化利用——分类无害化填充技术,形成了煤矸石清洁燃烧发电、煤泥清洁型煤及配套炉具、灰渣高值化利用及协同矸石无害化处置等系列成果,在50兆瓦和300兆瓦机组应用后,煤矸石利用率提高至85%以上,炉内固硫率提高10%。煤泥和生物质制备环保型煤和配套炉具,使煤泥燃尽率大幅提高,减少了硫高温释放和一氧化碳中毒。一个又一个科技创新,填补了我国在煤矸石、煤泥污染控制和无害化处置领域的系列空白,技术应用推广于电力、建材、环保等行业,辐射北方十余省区,为相关资源型地区可持续发展提供典型案例。
其中,煤矸石煤泥清洁高效利用关键技术,为国家资源型地区可持续发展提供有力支撑,荣获2020年度国家科技进步二等奖。
铝锂是我国重要且紧缺的资源。高铝粉煤灰、煤矸石等固废中富含锂铝资源,但存在矿相稳定浸出条件苛刻、复杂体系选择性分离难及尾渣全利用受限等瓶颈问题。行业急需突破煤基固废中铝锂战略资源高值利用关键技术,实现固废的高值利用和规模消纳。
针对上述问题,程芳琴带领团队开发出稳定矿相解构—铝锂温和高效浸出、复杂酸性体系深度除杂与铝锂高效分离新技术、多固废协同胶凝的尾渣全量化利用技术,提高了铝锂资源利用率,破解了反应条件苛刻设备腐蚀严重的工程难题,实现了固废的全量化利用和规模化消纳,为煤基固废资源利用提供重大原创性技术支撑。目前,该技术已累计消纳工业固废百万吨,每年节约铝土矿2万吨,显著降低了碳排放。
完善废弃物循环利用体系
作为山西省政协委员,程芳琴表示,近年来,受资源禀赋、能源结构、发展阶段等因素影响,山西省高质量发展面临挑战。数据显示,2021年,山西产生固废4.26亿吨,填沟造地等处置占比大,综合利用量仅1.7亿吨;氧化铝每年产能2520万吨,排名全国第二;新能源装机容量到2025年达8300万千瓦以上。
“山西省煤电铝新能源产业集聚发展,循环经济产业链却尚未聚势成型,延链、补链、强链工作亟须加强。”程芳琴说。
为此,程芳琴建议,要建立新的省部科技会商机制,聚焦大型煤铝资源型地区废弃物循环利用,推进科技专项计划落地山西,助推一批关键技术在山西省成熟示范、落地生根、开花结果。她进一步表示,要统筹谋划废弃物循环利用体系,努力打造全链条循环利用。“通过全面系统布局,打通山西省循环经济发展的全链条,实现循环经济产业发展水平提升,充分释放资源利用潜力,为资源型地区高质量发展提供保障。”程芳琴如是说。