一、项目分类 显著效益成果转化 二、成果简介 南开大学（天津市生物质类固废资源化技术工程中心）的“生物质固废资源化技术研发及应用”项目属于生物质固体废弃物处理处置领域（环境保护专业）。该项目成果经天津市科学技术评价中心组织的以院士为主任的鉴定委员会鉴定，结论是“该项目达到国际领先水平”。 1、主要研究内容 （1）开发了可降解生物质固废（园林绿化垃圾、秸秆、禽畜粪便等）的微生物菌剂和除臭技术，可将生物质固废在5-10天内快速转化为复合微生物有机肥，其各项指标均达到或优于国家农业部标准（NY525-2012、NY884-2012）。 （2）研发的酵母菌剂能有效利用玉米芯、秸秆等农业固废，通过生物发酵技术提高了饲料中蛋白含量并改善饲料适口性。 （3）开发了能在6小时内将厨余垃圾减量化80%以上的无臭降解技术，该技术达到国际领先水平。 （4）开发了新型设施化蚯蚓养殖技术及装置，有效提高蚯蚓养殖效率，提高蚯蚓品质，降低人力成本。 （5）设计功能化离子液体用于提取秸秆、园林绿化垃圾等生物质固废中纤维素，以及离子液体催化水解纤维素生产化工基础原料5-羟甲基糠醛。 （6）研发了多种基于生物质的防结焦、防结渣添加剂和清洁燃料，开发了生物质锅炉系统，有效降低 SO2的排放。 （7）根据微生物降解菌群及酵母菌群的生长、代谢特征，开发了基于太阳能技术的生物反应装置，大幅提升了资源利用效率。 2、经济社会效益 本项目以生物质固废为原料，开发了有机肥生产技术、饲料生产技术、高效纤维素提取技术、绿色5-羟甲基糠醛合成技术。本项目的核心技术已被天津、山东、江苏、深圳等省市14家企业应用，近三年累计销售收入1.03亿元。 本项目的实施，对区域的循环经济产业示范和节能减排起到了积极的推动作用。

糠醛来源于自然界的C5糖，是已大规模工业化生产的生物质基化工产品，其原料来源是农业和林业的废料，包括玉米芯、稻壳、木材废料等。由于这些可再生资源数量非常庞大，且其综合利用不与人类竞争粮食，通过它们生产糠醛，进而发展生物质糠醛基化工产品具有非常大的潜力。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 随着碳中和概念的提出，生物基材料，乃至生物基可降解材料，凭借其良好的环保特性而受到人们的广泛关注。糠醛来源于自然界的C5糖，是已大规模工业化生产的生物质基化工产品，其原料来源是农业和林业的废料，包括玉米芯、稻壳、木材废料等。由于这些可再生资源数量非常庞大，且其综合利用不与人类竞争粮食，通过它们生产糠醛，进而发展生物质糠醛基化工产品具有非常大的潜力。关键挑战在于糠醛是单官能团化的化合物，在聚合物工业中难以发挥重要作用，因此尽管其生产原料广泛、工业生产技术成熟，但市场容量非常有限，严重限制了以糠醛为基础原料的聚合物工业应用。

人类在发展过程中目前面临能源危机和环境污染双重压力。在能源消费方面，目前世界能源消耗91%的是一次性矿物燃料能源，但矿物燃料是有限的，不可能成为人类的永久性能源。因此寻找可替代化石能源的新能源是人类可持续发展的必由之路。 据估计，全世界每年由光合作用而固定的碳达2×1011 吨，含能量达3×1018 千焦，可开发的能源约相当于全世界每年耗能量的10 倍；生成的可利用干生物质约为1700 亿吨，而目前将其作为能源来利用的仅为13 亿吨，约占其总产量的0.76％，生物质资源开发利用潜力巨大。据测算，我国拥有的生物质能资源为50 亿吨左右，是我国目前总能耗的4 倍左右[5]。生物质资源虽然丰富，但由于保存和转化的技术落后导致生物质资源浪费严重，如秸秆等农业废弃物在田间焚烧，林业产品加工产生的木屑、锯末等被直接丢弃，食品加工的壳、皮等被当作垃圾填埋，这不仅污染了环境，还造成了生物质资源的巨大浪费 利用生物质制备炭材料，在能源领域利用可以直接作为燃料使用，可以避免生物质原料本身能量密度低、体积庞大难于运输等弊端，同时相对于燃煤可以减少硫排放，从而减少对环境的污染，但目前制造成本高，只有在特定的场合才使用，目前生物质炭在能源方面主要作为高端的燃料电池正极材料。另一方面生物质炭本身的多孔性致使它具有巨大的比表面积、发达的孔隙结构以及较好的化学稳定性和机械强度，在环保领域对重金属良好的吸附性能，因此对重金属废水处理及土壤恢复与改良具有巨大的应用潜力[8-14]。 由于传统工艺制造活性炭成本高，因此限制了其应用范围。如何最大限度降低制造成本是科研工作必须努力的方向。 生物质炭的制备方法主要分为：热分解法，微波炭化法，水热炭化法。热分解炭化法是目前制备生物质炭的主要方法，热分解制备生物质炭是在隔绝空气条件下生物质的高温裂解成炭，一般需要炭化与活化两个过程且二者可分步或同步进行。首先炭化过程是在300 –1000 0C下使生物质中分子链中C-O、C-C键断裂成炭，随着温度的升高, 生物质炭的产量降低, 含碳量逐渐增加。活化的目的是利用气体或化学物质改变炭化料的内部结构, 扩大孔体积, 增加活性炭的吸附性能。物理活化采用如水蒸气、空气、CO2进行活化；化学活化则采用化学物质如NaOH，ZnCl2，KOH, K2CO3等在600~11000C下活化，得到活性生物质炭产品。热分解法的缺点在于反应时间长，反应耗能大，传热效率低和反应原料加热不均匀等。微波炭化法则是通过被加热体内部偶极分子的高频往复运动，使分子间相互碰撞产生大量摩擦热量，继而使物料内外部同时快速均匀升温从而达到裂解及炭化的目的。微波加热具有操作简单、升温速率快、反应效率高、可选择性均匀加热等优点。生物质通过微波炭化处理其活性炭得率较高(一般达到40%左右)且表面积大。但微波炭化的不足在于物料的反应温度不能精确控制，过量的微波辐射将对人体健康有损害且工业化放大过程比较困难。水热炭化法是在一定温度(一般200 ℃)和压强（下将水热反应釜内的生物质( 碳水化合物、有机分子和废弃生物质等) 、催化剂和水进行加热，实现对生物质炭化的过程。水热炭化一般制得的生物质表面积小一般500m2/g以下，同时反应时间长，因此生产成本较高。 总之制备生物质炭材料具有丰富的原料来源，同时在能源及环境方面具有广阔的应用前景，尤其在重金属污染治理及土壤恢复及改良前景更为广阔。但目前生物质转化为炭流程长，分解温度高，造成生产成本高而致使生物质的利用率低。如何更高效、成本更低廉实现生物质的炭转化，无论对于人类能源结构优化及环境保护均有十分重要的现实意义。 本项目提出了一种酸催化裂解炭化生物质原料的方法，采用酸催化直接将生物质分解及炭化，并在低温下(2000C左右)加速炭化及活化(6000C以下) 过程，吸收炭化及活化过程蒸发的酸及液态有机物，酸进行循环利用，实现生物质炭材料绿色制备。由此可以制备出生物质炭材料比表面在1000m2/g以上，得率达到50%以上，从而降低生物质炭的制造成本，拓宽其应用范围。二．技术路线酸催化生产技术路线见下图，生物质粉碎后，采用一定酸浸湿润，干燥后进行炭化及活化，控制在4000C下炭化完全冷却，炭化活化过程进行酸回收并返回使用，炭化完全后冷却，加粘结剂压块便得到生物质炭。  图1 酸催化制备生物质炭工艺流程三．技术开发内容及指标技术开发内容生物质原料的筛选及酸种类的筛选温度、时间工艺参数的优化；粘结剂的选择与添加工艺确定日处理1吨中试放大设备选择与设计；技术指标生物质炭得率大于50%；生物质炭的碳含量高于80%；生物质炭燃烧后的灰分小于5%；生物质炭材料比表面在1000m2/g以上。四．经济效益初步分析生物质炭售价按3000元/吨计算，原材料及处理成本约1500元/吨；按年生产1万吨计算，年效益为=（3000-1500）x10000=1500万元。 本项目作为生物质炭新工艺相对于传统工艺，大幅度提高了生物质炭的转化效率及降低了生产成本，因此经济效益非常显著，如果作为活性炭使用效益更加显著。同时具有很好的推广前景。

该项目应用领域：可替代现有各种管壳式换热器方案，尤其对贵重材料应用的经济性更好，如铜管干式蒸发器、钛管闭式冷却器等。

开发了一种新型微流控注射器“滤头”，通过简单将样品注入滤头即可实现微粒的“片上浓缩”

一、 项目简介并流湿式脱硫除尘一体化技术及设备是针对锅炉烟气处理、化工、制药、食品、废气处理等领域的含尘、含硫气体进行净化处理开发的一种运行费用低、脱硫、除尘效率高的环保技术与设备。设备内安装有自主研发的具有自主知识产权的旋风式气液接触元件，含尘、含硫气体与清洗液体同时从设备顶部并流进入，在高速通过旋风式高效接触元件时对产生强烈的破碎、搅拌、冲击作用，增强除尘效果，气体得到净化。并流湿式脱硫除尘流程如下图所示。二、 项目技术成熟程度已应用在实际工业生产中。应用实例包括：1. 在河北邢台英都化工厂含单质硫气体的净化工艺中，成功地解决了原有气体净化系统中气体单质硫含量不达标的问题，除尘效率达到99.8%；设备由原来的直径3米、高32米下降为直径1.6米，高14.64米，设备投资大大降低；运行可靠、操作简单；经河北省产品质量监督检验院检测，总湿板压降120Pa。  2. 本技术和设备在山东得克公司脱硫工程中应用，气量10000Nm3/h，设备直径φ1000，高6100mm，脱硫率达99.5%。三、 技术指标采用气液并流，空塔气速可达到5~15m/s，液气比达到5 L/m3；全塔总压降＜150Pa，脱硫率≥99.5%，总除尘效率可达到99%；对0~5μm粒径的微细粉尘分级效率达到85%；与气液逆流相比，处理相同气量和粉尘浓度时，能耗可降低25%，设备尺寸减小50%～60%，操作费用和设备投资可减少40%以上；操作时不会出现液泛、雾沫夹带或带水现象，塔板上无结垢；操作时不会产生粉尘的再飞扬问题。四、 市场前景并流湿式脱硫除尘一体化技术及设备是针对锅炉烟气处理、化工、制药、食品、废气处理等领域的含尘、含硫气体进行净化处理开发的一种运行费用低、脱硫、除尘效率高的环保技术与设备。氨法、双碱法、镁法、石灰石—石膏法等各种方法锅炉烟气脱硫除尘；钢铁行业烧结烟气的脱硫除尘；化工、制药、食品、建材等行业的工业除尘；烟气脱硫脱硝除尘一体化操作；有害气体的净化、冷却和增湿；处理高温、高湿和有爆炸危险的气体；H2S、HCl、NH3、HF等气体的吸收；恶臭气体的脱臭。五、 规模与投资需求根据不同需求可对应多种解决方案。六、 合作方式技术入股，技术转让等形式。七、 项目具体联系人及联系方式项目负责人及联系人：张少峰电话： 022-60204596 13132081566 邮箱： shfzhang@hebut.edu.cn

管壳式换热器在现代工业中占有十分重要的地位，特别是在动力、能源、化工、空调制冷、石油、冶金、核能等工业领域中应用极为广泛，它是工艺流程中的一种主要设备。传统的弓形折流板换热器存在流动死区，易结垢，无法充分利用传热面积从而导致传热系数低，压降大，管束易产生流体诱导振动等缺点。高效的管壳式换热设备能从多方面节省能源的消耗：一方面可以节省驱使换热器中冷热两种流体的运动所需的功耗，同时换热面积的缩小可以减少生产换热设备所需的能耗以及原材料，有效的结构形式还可以减少换热面结垢的可能性，延长运行周期。因此换热设备的高效强化是实现我国过程工业节能的关键因素之一。据统计，管壳式换热器大约占世界换热器市场总份额的35–40%，且在石油、化工领域管壳式换热器能占到高达70％的份额。因此对螺旋折流板管壳式换热器进行推广应用对于节能具有重要的意义，可以创造巨大的社会效益和经济效益。 上世纪末提出使用螺螺旋折流板支撑结构代替传统的弓形折流板支撑结构可以显著降低壳侧压降，也有利于强化换热，具有良好的综合性能，虽然近十余年中国内外对于螺旋折流板管壳式换热器开展了较多的研究，但现有的公开发表的资料中未见到有关螺旋折流板换热器的完整的设计方法介绍。本技术基于本课题组大量的试验与数值模拟研究并参考相关公开发表的文献，开发一套完整的热力设计方法和软件。 该项目是在教育部重点课题和“973”项目的大力支持下，经过多年的努力完成的。针对单壳程多管程单相介质流动换热的螺旋折流板管壳式换热器所开发的热力设计软件，该软件拥有完全的自主知识产权。本软件采用VB6.0、EXCEL2003和FORTRAN混合编程。VB形成可视化操作界面，可视化数据输入输出，实现数据传递功能；调用FROTRAN语言编制的可执行程序读取所需数据完成核心计算；调用EXCEL软件进行相关数据的保存和输入输出管理。

本实用新型提出了一种初期雨水弃流装置，包括井体、进水管、弃流管和出水管，井体侧壁上端设有进水口，井体内中部设有隔板，且隔板的最高端不高出进水口，隔板将井体内部分隔成过滤腔和弃流腔，且过滤腔设置在井体靠近进水口一侧，井体侧壁上设有与过滤腔连通的出水口以及与弃流腔连通的弃流口，过滤腔内填充有砂层，井体内靠近进水口处并位于砂层上方设有活性炭层；进水管与进水口连通，弃流管与弃流口连通，出水管与出水口连通。本实用新型能够将小流量的雨水资源通过过滤等方式净化其水质，加以利用；通过纱布网对活性炭层进行固定，以防止

该种新型煤粉旋流燃烧器的特点如下：⑴使用“变截面中心管”和“挡块”结合的可调煤粉浓缩器，将煤粉气流用惯性分离为内浓外淡的两股环状气流，以实现径向浓淡燃烧。⑵有扩口的外二次风使用较高流速，以强化后期混合。⑶有扩口的内二次风为强旋转射流，用于组织回流区和前期燃烧。⑷外一次风口和内二次风口之间有一个“双锥形喷口”，也就是内、外两侧呈相对的两个锥形的喷口，能辅助内二次风组织流场，形成稳定且有适当回流量的中心回流区；可延迟一、二次风的混合，以保证煤粉的着火和挥发分析出区的还原性气氛；将外一次风中的煤粉引向中心回流区方向，可强化着火；喷口后将形成一圈小的驻涡，帮助稳燃并挤压中心回流区使之变得狭长。⑸外一次风，即淡侧一次风具有隔离浓侧一次风与二次风的作用，使一次燃烧区为一个狭长的还原性区域。⑹内一次风使用了齿形稳燃环，齿后将形成一个个小驻涡，利于着火；齿状阻塞将加强浓一次风与回流区之间的湍流混合；齿状喷口会加大浓一次风的周界长度，也可强化混合，稳定着火。。