北大先锋领航气体分离技术 助力节能环保产业发展

北京北大先锋科技有限公司是国内最早从事变压吸附技术和成套装置，以及吸附剂和催化剂的研究开发与生产 销售的供应商之一，是北京大学直属的高新技术企业，拥有独立自主的变压吸附制氧技术、变压吸附分离一氧化碳技术、变压吸附制氢技术，为钢铁、化工、有色、 玻璃玻纤、造纸等行业建设了上百套大中型变压吸附设备，其中包括世界上第一套电石炉尾气提纯一氧化碳装置、世界上第一套高炉煤气提纯一氧化碳装置，国内规 模最大的变压吸附制氧装置等代表世界先进变压吸附水平的优秀工程业绩，为推动我国变压吸附气体分离行业积极创新与整体进步做出了尤为突出的贡献。

    北大先锋站在我国变压吸附技术的制高点，成功解决了一氧化碳与氮气分离的世界性难题，建设了电石尾气、高炉煤气分离提纯一氧化碳工业装置， 填补了国内工业尾气高附加值利用的空白，并在工业尾气高效利用的道路上坚持不懈、积极探索，致力于将这项独有技术在多个工业领域推广应用，为用户企业赢得 显著的经济效益和环保效益。

    科研成果孕育技术企业

    2014年10月，北大先锋公司成立即将满十五周年。对于根基深厚的世界强企而言，十五年只是企业发展进程的某一阶段；但是，对北大先锋公 司而言，这十五年浓缩了企业从成立到转型、从技术研发到成果转化、从站稳脚跟到迈向世界的发展巨变。北大先锋走过的15年，也正是中国变压吸附行业迅速发 展的关键时期。

    上世纪80年代，北京大学化学院谢有畅教授开发出对一氧化碳分子有很高吸附容量的高效铜系CO吸附剂——PU-1，以及高效锂基制氧吸附剂 ——PU-8。尽管在当时，国际间的信息交流不够畅通，但是吸附剂以其优异的性能在世界范围内引起了极大反响，高效铜系CO吸附剂、制氧吸附剂被业内专家 认为是目前世界上同类产品中性能最好的吸附剂，获得了国内外发明专利。

    为了将这些具有优异性能的吸附剂产品推广应用到化工、钢铁、有色等工业生产中去，1999年北京大学出资组建了北京北大先锋科技有限公司， 并且吸收了成功开发PU-1、PU-8吸附剂的研发小组作为北大先锋公司的研发团队和创业团队，不断改进和完善吸附剂产品。北大先锋通过反复实验，提高了 吸附剂性能和机械强度，增强耐硫性、抗腐蚀性，确保吸附剂使用寿命长达10年以上，在产品质量的把控上做到精益求精。即便性能指标处于世界领先水平，北大 先锋的吸附剂价格却远比国外进口的吸附剂便宜很多，未来的市场空间可见一斑。

    向成套设备供应商的成功转型

    唐伟总经理介绍，北大先锋创立之初主要是以研发、生产、销售高效吸附剂为核心业务。上世纪90年代国内的变压吸附技术正处于起步阶段，工艺 流程还不够成熟与完备，尽管北大先锋的吸附剂性能参数在国内市场上具有明显的领先优势，北大先锋的锂基制氧吸附剂、高效CO吸附剂与当时变压吸附技术条件 仍需要一段时间的磨合，技术优势无法充分显现。

    我国首次实现变压吸附气体分离技术的工业化应用是在1982年，用于H2的分离提纯。随着技术的不断更新，又逐步实现了变压吸附提纯 CO2、CH4、CO、O2、N2、C2H4等多种气体，每小时产气规模从几立方米到数万立方米不等，满足不同场合的需要。变压吸附技术与市场现有的几种 气体分离提纯方式相比，具有电耗低、投资小、操作方便灵活等优势，很快受到企业的青睐，促使我国变压吸附专家在这个领域逐渐活跃起来，北大先锋首当其冲地 加入了变压吸附技术研发的阵地。

    2001年，北大先锋公司审时度势，在承接业务方面做出了重大改变，不再以研发和销售单一的吸附剂产品为主营业务，而是转向变压吸附成套工 程技术的研发、制造。北大先锋瞄准自身优势，以吸附剂为核心，开发了独有的变压吸附气体分离O2、CO成套工艺，独立建设完成了第一套变压吸附空分制氧装 置并成功投产。同年，江苏丹化集团经多次考察走访，研究对比多种工艺后，最终选择了与北大先锋签订半水煤气PSA-CO装置供货合同，设计产量为1700 标方/小时。这个项目是北大先锋建设的第一套分离CO工业装置，也是当时国内规模最大的变压吸附分离CO装置。

    这是北大先锋调整发展战略关键性的一年，随后公司变压吸附气体分离工程业务进一步打开局面，在冶金、化工等领域积累了一定的业绩。

    唐伟回忆说，2005年是北大先锋公司发展史上的重要分水岭，北大先锋完成了第一个“五年计划”的挑战，同时也获得了全新的市场机遇。这一 年，公司扭亏为盈，承接项目总数达15个，签订合同总额突破1亿元。2006年，公司变压吸附提纯CO技术获得国家技术发明二等奖，变压吸附制氧技术获得 教育部科学技术进步一等奖，这些技术成果为北大先锋开拓新的应用领域奠定了良好的基础。

    2010年，北大先锋出口到非洲赞比亚的8000标方/小时的VPSA制氧装置是我国出口规模最大的变压吸附制氧装置，用于富氧炼铜。由于 装置运行情况良好，氧收率、纯氧电耗等各项指标均达到用户预期，售前、售中、售后服务体系完备，受到用户的频频赞许，随后，业主方顺利地与北大先锋签订了 第二套同等规模的制氧装置，并于2013年投产。多年来对产品质量与服务的高标准、严要求塑造了北大先锋细致严谨、专注品质的企业文化，事实证明，北大先 锋以领先技术为核心，以全面服务为保障，稳扎稳打，建立了持久的客户忠诚度——与赞比亚项目一样，很多客户在开展二期、三期项目时选择了与北大先锋再度合 作。

    截止2014年二季度，北大先锋总计建设超过200套大中型变压吸附工业装置，用户涉及冶金、化工、煤化工、水泥、造纸、玻璃玻纤等多个领 域。目前，北大先锋每年对外承接并实施的项目数逾20个，对内进行的工程技术和产品研发所涉及的方案优化、技术改造和技术创新等项目数达40多个，公司承 接大项目、多项目的能力随着业务扩张得到持续提升，技术与服务获得了用户的高度认可，已成为集产品技术、设计咨询、方案优化、售后服务于一体的变压吸附技 术整体解决方案供应商。

    北大先锋创业团队将百年北大的精神融入到企业经营当中，带领着先锋人开辟市场，兢兢业业。品质专业、诚信务实、客户为先的经营作风早已深入 人心。短短几年时间，北大先锋品牌犹如一面色彩鲜明的旗帜，稳稳地扎根在中国气体领域这片深厚的土壤里，引领着变压吸附先进技术前进的方向。

    从无到有：高炉煤气“变”天然气

    近几年来，我国钢铁行业产能严重过剩，钢厂盈利水平持续低迷，能源资源的紧缺与约束日渐增强。随着一系列节能减排政策的发布、标准规范的完 善及实施，钢铁企业将面临能源消费强度、能源消费总量以及更严格能效标准多重考核的挑战。这就决定了钢铁企业必须考虑从提高能源利用率的角度出发，形成符 合企业未来发展需要的生产模式，走可持续性发展的新型工业化道路。

    2013年，北大先锋在工业尾气提纯一氧化碳技术领域取得了重大突破，其中之一就是高炉煤气提纯项目的成功运行。

    钢铁厂“三气”（高炉气、转炉气、焦炉气）中，以高炉煤气量最大，但进行有效利用的难度也最大。这主要是因为高炉煤气中N2含量高达50% 以上，而CO和N2沸点相近，从高炉煤气中有效分离CO是一个世界性难题。只要攻克了这一技术难关，钢铁厂对高炉气利用的局限性就能彻底打破。例如，钢铁 厂可将富集的CO气体用来高效率燃烧，或者用作高炉炼铁的还原气，可大幅度减少碳排放。此外，还可将CO富集到99%以上，作为化工合成的原料气，为企业 创造可观的经济效益。

    北大先锋根据高炉煤气的组分及特点，开发了具有针对性的高炉煤气提纯工艺。这项世界唯一的高炉气分离CO技术，是以北大先锋成熟领先的变压吸附分离CO技术为核心，早期已奠定了充分的理论基础，经过这十多年实战工程的考验，顺利实现了工业化应用。

    华菱衡阳钢管有限公司（以下称“衡钢”）高炉煤气提纯CO项目一期装置自2013年6月正式投产以来，运行状况良好，取得了超预期的成效。 2014年2月，项目二期装置也相继完工并成功投用。该项目采用了北大先锋的变压吸附分离CO技术，两期工程合计从高炉煤气中提纯CO产品17500标方 /小时，将原有的高炉煤气（CO～25%）提纯为含70%CO的提纯气，高炉煤气的热值从原来的750千卡/立方米直接提升至2100千卡/立方米，用于 替代天然气燃烧。

    根据衡钢提供的实际开工数据，CO的收率达到了96%以上，在同等电耗条件下，这一指标达已到了国际领先水平。这标志着我国成为国际上少有 的完全掌握高炉煤气提纯CO技术并实现工业成果转化的国家。衡钢项目负责人透露，高炉煤气提纯CO项目每年可节约标准煤4万多吨，年直接创收可达4500 万元以上。

    此外，由于CO提纯气中N2含量减少，采用提纯气燃烧后的烟气与原来高炉煤气和天然气的混合气燃烧后的烟气相比，烟气量大幅度减少，提高了各工业炉内的辐射换热效果，节能降耗优势更为明显。

    衡钢副总经理刘光穆介绍，高炉煤气提纯技术具有较高的行业推广价值，对实现高炉煤气零排放、大幅提高能源综合利用率、降低碳排放具有重要意 义，将产生显著的经济效益和社会效益。该项目得到了国家、省、市相关部门的支持和肯定，已经获得了国家新型工业化振兴计划资金942万元的奖励，同时获批 国家清洁能源基金给予的3000万元低息贷款。

    截止2014年4月，钢铁行业仅完成“十二五”节能目标进度的59%，离目标相去甚远。专业人士表示，政府或将加大责罚力度，严格控制钢厂 碳排放。环保不达标的企业要限期治理整改，治理后仍不达标的将进入淘汰目录。我们有理由相信，发展循环经济，建立绿色钢铁厂，不断发展高新技术，减少排碳 放量，将成为钢铁企业的重大课题。

    开创电石尾气制乙二醇的先河

    电石炉尾气是我国工业尾气中利用率较低、排放量较大的一类排放气，而本身却含有丰富的CO资源，与高炉煤气一样具有相当大的挖掘潜力。电石 炉尾气中含CO约70%-90%，是业内人士公认的一种极为宝贵的资源。电石企业之所以迟迟没有找到合理的利用方式，是由于其组份复杂，净化提纯难度很 大，导致净化成本过高，压缩了利润空间，加重企业经营压力。

    北大先锋近几年对电石行业的发展始终保持密切关注，尤其是在电石尾气回收利用上，致力于依靠专有技术为电石企业提供、设计电石尾气综合利用 整体解决方案。北大先锋利用同样的原理，即变压吸附分离CO技术能高效分离N2和CO，针对电石尾气的组分和特征，形成了独有的电石炉尾气分离提纯CO工 艺，很快便在工业应用中推广开来。

    2013年初，北大先锋为新疆天业集团建设的电石炉尾气提纯CO一期工程投产，产品气CO作为合成乙二醇的原料气。根据天业集团网站公布的 消息，使用电石炉尾气提纯气生产的乙二醇产品纯度超过国标优等品标准，这一消息对电石行业发展意义重大，极大程度上开拓了电石尾气高附加值利用的途径。高 纯度的CO是煤制甲醇、煤制乙二醇等新型煤化工的重要原料，采用变压吸附分离CO技术实现直接对电石尾气的回收利用，一来可以节省造气费用，降低乙二醇的 单位成本，二来将尾气中的碳源转化为化工产品，可大幅减少碳排放，有利于电石企业减轻环保压力。

    随着一期工程的顺利开展，北大先锋与新疆天业现阶段正在着手建设电石炉尾气合成20万吨/年乙二醇、17万吨/年1,4丁二醇项目，预计将 于今年底投产。为了保证向下游化工产品供给高纯度的CO、H2原料，北大先锋承建的电石炉尾气提纯CO装置每小时生产CO产品24000标方/小时，纯度 达99.5%以上；H2产品86000标方/小时，纯度达99.9%以上。

    这套电石炉尾气提纯CO装置将刷新国内变压吸附提纯CO装置的最大规模记录，也将成为目前全世界规模最大的变压吸附提纯CO装置；此外，该 项目中电石炉尾气、甲醇弛放气制氢装置分别是相应领域内国内规模最大的PSA-H2装置之一。项目的成功签约再次有力证明了北大先锋变压吸附制氢技术和 CO分离技术的成熟、可靠。

    现场供气为业绩增长续航

    全面开展现场供气业务是北大先锋近年来调整战略部署的一项重点内容。现场供气是通过在用户场地投资建设变压吸附装置，向使用单位提供气体产 品的生产和供应模式。与传统的采购设备模式相比，现场供气可减少用户企业一次性投入，将设备投资转化为对气体产品的消费；而采购设备则能最大限度地保障企 业长期利益，从长远看，设备投资成本将小于购气成本。这就需要企业根据自身条件与长期规划，选择相应的模式，从而实现利润最大化。

    自供气业务开启以来，北大先锋取得了一系列成绩。截止2014年，北大先锋已承接了四川玻纤集团、江苏九鼎、福州耀隆化工等5个现场供气项 目，气体产品应用于多个基础工业领域。在工业增长受到环境制约的条件下，成套设备与供气业务齐头并进，促进服务形式多样化，广泛开拓市场，提供不同用户类 型的技术解决方案，形成强有力的市场竞争力。随着供气业务量的稳定增长，北大先锋将持续完善供气模式下的技术创新与服务，力求进一步降低单位产品的成本， 扩大市场领先优势，确保为用户提供稳定、廉价的工业气体。

    未来，将创新进行到底

    回顾历史，北大先锋从科技创新的成果中应运而生，因此，技术创新是公司的立业之本。在这十多年的快速发展时期，公司核心业务已占据了绝大部 分市场份额，这不仅得益于北大先锋具有世界先进水平的变压吸附制氧、分离一氧化碳和制氢等核心技术，还取决于北大先锋通过坚持创新，在工业尾气利用领域不 懈钻研，为我国节能减排事业不断尝试新方法，最终为高炉煤气、电石炉尾气的高效利用交出了满意的答卷，成为世界上唯一掌握高炉煤气、电石尾气提纯CO技术 并实现了产业化发展的气体分离设备供应商。

    不仅如此，北大先锋正在积极研发黄磷尾气提纯CO工艺，近期已取得了实质性进展。我国黄磷产量、出口量位居世界第一，而每生产1吨黄磷就副 产尾气2500-3000标方。黄磷尾气中CO含量高达85～95%，具有很高的工业应用价值，但尾气中同时存在硫、磷、氟及其氢化物等杂质组分，导致净 化难度大，绝大多数黄磷企业目前仅限于对尾气的初级利用，甚至直接放空，既浪费了宝贵资源，又造成了严重的环境污染。

    黄磷尾气净化的主要技术难点在于脱除硫和磷，找到一种经济可行、技术可靠的净化技术是解决黄磷尾气利用难题的关键。北大先锋很早就开始关注 我国黄磷尾气利用问题，成立了专门的黄磷尾气提纯科研项目组，成功开发新型的连续脱磷催化剂，形成专有的黄磷尾气连续脱磷技术，并结合已有的变压吸附分离 CO技术，最终实现了黄磷尾气提纯CO成套技术，使得提纯后的气体总磷含量小于1毫克/立方米。CO产品可用于燃烧发电，还可用于合成化工产品，资源化利 用程度大大提高。目前，北大先锋运用该项技术在黄磷厂建设的中试装置，运行平稳，各项指标均达到设计要求，取得了积极成果。

    北大先锋再一次用事实证明了企业价值观引导下的创新精神并非空喊，而是不断推动北大先锋攻克难关，完成技术革命的强大动力。

    技术创新成就了北大先锋在我国气体分离领域的领航者地位。随着市场经济体制改革的不断深化，市场环境日趋复杂，新产品和新技术、新的经营理 念和管理思想层出不穷，这是基于竞争和生存的压力以及发展的需要而导致的必然结果，只有通过思维创新、技术创新、体制创新才能保障企业在残酷的市场竞争中 生存与发展，才能在发展中充满活力与生机。因此，在中国经济增速明显放缓，工业品需求整体下滑的市场环境下，稳定可靠、工艺先进的气体分离技术在钢铁、有 色、化工等应用领域已经显现出巨大的优势，不符合市场需求的落后装备和技术将逐渐被淘汰。

    未来，北大先锋不仅重视技术的研发创新，还将创新活力贯穿落实到企业经营的各个环节，不断向全体员工强化创新意识，培养创新能力，增强企业综合实力。带动我国变压吸附行业整体技术水平的提升，保持国内领先水平和国际先进水平的同时，逐步迈向国际领先水平。