在工业副产气中“掘金”

——记2022年度石化联合会科技进步一等奖工业副产气分离纯化及资源化利用技术

  工业副产气主要来自炼油、化工、冶金、建材、燃煤发电等基础流程工业,直接排放会造成严重的大气污染,如何从“工业副产气矿”中挖掘出“黄金”,实现工业副产气资源化高值利用,一直是令行业关注的问题。经过20多年的潜心研究,由西南化工研究设计院有限公司等联合开发的“工业副产气分离纯化及资源化利用技术开发与应用”项目,实现了工业副产气有价组分分离回收、有害杂质的定向脱除,社会经济效益显著。日前,该技术获得2022年度中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖。

  “有价”物急寻“伯乐”

  “我国每年会产生大量的工业副产气,如炼厂副产氢、冶炼副产一氧化碳以及焦炉煤气、氯碱尾气等,其组分主要有氢气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳等‘有价’物,以及磷化物、砷化物、氟化物等对环境有害的杂质,若直接排放或燃烧会造成严重的资源浪费,也将产生一定程度的大气污染。”西南化工研究设计院有限公司总经理、成果主要完成人陈健介绍说。

  陈健表示,根据现有技术的处理水平,有相当一部分工业副产气未被回收利用,温室气体、有害组分等也未能有效去除。当前工业副产气未有效回收利用的原因主要表现在两方面:一方面,一些工业副产气“有价”组分含量低,回收利用成本高,经济性差;另一方面,工业副产气中含硫、磷、砷、氟等有毒有害杂质种类多、形态复杂、含量高、净化难度大,易导致下游工艺催化剂中毒、腐蚀设备、堵塞管道,进而使生产过程无法连续有效运行。

  “必须开发高效、高精度、低成本的工业副产气深度净化与高效提纯技术及高精度杂质分析检测技术,将有害杂质脱除、‘有价’组分提浓到可资源化利用的水平。” 陈健指出。

  催化+吸附成制胜法宝

  “根据实现‘双碳’目标和工业副产气高效利用等需求以及工业副产气的属性,研究团队提出了开发以催化转化+吸附为核心的工业副产气分离纯化及资源化利用成套技术的研究思路。”陈健表示。

  据介绍,该项目具体研究内容分为5方面:一是工业副产气主要组分特性分析,研究其主要类别和各自组分含量差异,对主体组分及杂质组分分别采取针对性的研究方案;二是开发痕量杂质检测技术;三是针对炼厂副产氢、冶炼副产一氧化碳、垃圾填埋气等几类副产气的特征杂质,采用多种纯化材料和方法进行定向脱除;四是开发“催化转化—吸附耦合”关键工艺技术,并进行模块功能识别及优化集成;五是开发“吸附—催化”净化提纯共性技术,杂质净化以吸附+催化为主,提纯以吸附为主,超纯化以催化为主。

  陈健指出,这套具有自主知识产权的技术主要拥有“超净化”“首创”“经济可靠”“优于国标”四大魅力。

  一是研制了催化—吸附关键净化材料,实现了工业副产气深度净化与超净化。焦炉气总硫可脱除至0.02毫克/标准立方米以下,工业副产气总硫可脱除至0.05×10-3微摩尔/摩尔以下,转炉气、电石炉气、黄磷尾气中的含磷、砷、氟、氯化物可脱除至0.1毫克/标准立方米以下;二氧化碳中总烃可脱至0.1毫克/升以下。

  二是开发工业副产气净化提纯和资源化利用新工艺技术,首创了垃圾填埋气变温变压吸附法生产城市燃气技术、燃煤烟道气变压吸附法浓缩二氧化碳技术、冶炼副产一氧化碳气深度净化技术,还率先开发了复杂组分的焦炉煤气深度净化工艺。

  三是开发了基于新工艺的工业副产气特征杂质净化模块和有效组分提纯模块,通过模块耦合集成与系统优化,实现了装置的柔性化与系列化,提高了工艺适应性、技术可靠性与经济性。

  四是研究设计了燃料电池级氢气痕量杂质组分分析方法及集成检测系统,各杂质检测限比国际标准或国家标准指标要求还低1~2个数量级。

  截至目前,该项目已获得授权发明专利23件、实用新型专利9件。研究团队依托该项目主持或参与制定国家标准8项、团体标准1项、企业标准3项,合编专著3部,发表论文14篇。

  效益可观“粉丝”多

  自2000年开展研究以来,该技术已应用于234套工业装置,其中有海外12套,每年可回收利用工业副产气558.9亿立方米。其中,回收提纯的氢气、一氧化碳、甲烷,可替代天然气128.8亿立方米/年,减排二氧化碳0.304亿吨/年,有力促进了相关产业绿色低碳发展,具有显著的社会经济效益。

  陈健表示,目前,该项目虽已取得了经济和社会效益双高的“成绩单”,但工业副产气仍存在利用途径少、资源化利用低等问题。下一步,该团队将加强工业副产气分离纯化及资源化利用技术推广,加大工业副产气的资源化利用力度、拓宽应用领域,以减少资源浪费和环境污染。同时,他们还将开发新型高效吸附剂、净化剂,并进行系统集成耦合优化,以提高回收利用装置的效率、降低运行成本。


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