钢铁行业二氧化碳捕集技术研究及应用进展

钢铁行业碳减排对我国实现双碳目标具有重要意义,也是国家实现碳中和承诺的主战场之一。系统综述了钢铁行业碳捕集技术的研究及应用进展,总结了钢铁行业碳排放特征,其中高炉炼铁工序是钢铁行业碳排放量最高的工序,其CO_(2)直接排放主要来源于高炉热风炉,占比高达30%左右。钢铁行业的碳捕集技术主要包括有机胺吸收技术、氨水吸收技术、变压吸附技术和钢渣矿化技术,但目前应用案例较少且规模普遍偏小。此外,还对新型有机胺吸收剂、改性分子筛材料等碳捕集材料的研究进展进行了系统总结。未来的研究应重点关注高炉煤气以及高炉热风炉烟气中的CO_(2)捕集,加强对相变吸收体系和催化辅助再生体系的研究,以解决吸收剂分相性能和黏度之间的平衡问题及催化剂稳定性问题,促进两者耦合应用;加强CO_(2)捕集利用一体化技术的研究,重点关注烟气-钢渣直接矿化技术和吸收-矿化一体化技术。

变压吸附分离技术在催化干气乙烯回收中的应用

介绍了深冷分离技术、吸收分离技术和变压吸附分离技术3种催化干气乙烯回收技术。某石化公司炼油结构调整,催化干气产能由15×10^(4) t/a扩至21×10^(4) t/a,考虑变压吸附分离技术操作简单、无需辅助原料,操作条件变化后装置运行能快速平稳,以及综合能耗低等优势,仍继续采用该技术。根据扩能改造设计原则,将原两段法工艺改为一段法工艺,并将同时处于抽空步骤的塔数由2塔增加为3塔,处于吸附步骤的塔数由4塔增加为5塔。结果表明,产品质量相当时,扩能改造后综合能耗降低约14%,运行指标优于改造前。在减少碳排放的背景下,变压吸附分离技术因综合能耗低于其他技术,更具应用优势。

粗氦精制技术应用及展望

粗氦气中含有少量的烃类、氮气、氢气以及微量氖气等杂质,为生产纯氦、高纯氦等合格的氦气产品,应对粗氦气进行精制处理。近年来随着中国氦气产业技术与装备的快速发展,粗氦精制技术发展迅速,实现了大规模的工业化应用。介绍了粗氦精制技术的应用场景;综述了粗氦精制中催化脱氢、变压吸附、低温吸附等技术的原理和指标以及典型工艺流程;详细分析了典型粗氦精制工业化应用的技术路线、流程设置和产品指标;最后展望了未来粗氦精制技术的发展方向。

高压变压吸附(PSA)技术在甲醇驰放气回收氢气中的运用研究

本文致力深入研究和探讨高压变压吸附(PSA)技术在甲醇驰放气回收氢气中的应用潜力与效果。通过理论分析、实验验证及经济成本考量,本文详细阐述了PSA技术如何有效提高氢气回收效率,降低能源消耗,减少环境污染,为相关企业带来显著的经济效益。此外,本文还展望了PSA技术在未来的发展前景和改进方向,旨在为推动清洁能源的发展和应用提供有价值的参考。

煤层气中的甲烷与氮气分离技术研究进展

煤层气等非常规天然气的开发与利用可有效缓解天然气不足且能降低其直接排放所造成的资源浪费与温室效应,其中甲烷(CH_(4))与氮气(N_(2))的分离技术已成为低浓度煤层气提浓的关键要素,因而对煤层气中的甲烷与氮气分离技术研究进展进行汇总分析,以期为该分离技术的实际应用奠定基础以及助力于推动规模化浓缩低浓度甲烷气的工业化进程。对近年CH_(4)与N_(2)分离技术的研究现状进行归纳分析,阐述CH_(4)与N_(2)主要分离技术的研究特点,具体探讨深冷分离、变压吸附分离、膜分离以及溶剂吸收分离等技术用于CH_(4)与N_(2)分离的国内外研究进展。研究表明:深冷分离技术具有技术成熟且产品气CH_(4)的纯度与回收率均高的特点,但仅在大型煤矿分离大规模煤层气时较适用;变压吸附技术具有耗能低、分离效果佳等特点,目前已成为最具工业化应用前景的CH_(4)和N_(2)分离技术,开发价格低廉、高性能的活性炭、碳分子筛、沸石分子筛、金属有机骨架材料(MOF)等吸附剂是变压吸附的核心,未来需调控吸附剂的孔道结构与优化其表面性质;膜分离技术用于CH_(4)与N_(2)分离时具有占地少、低能耗和污染小等优点,可提高聚合物膜、无机膜、MOF气体分离膜等的分离效率、经济性与使用寿命,注重提升膜分离性能以提高膜材料对复杂油气环境的适应性,即设计和筛选性能优异的底膜材料已成为膜分离CH_(4)/N_(2)工业化应用的重要方向;溶剂吸收分离技术由于存在CH_(4)和N_(2)在溶剂中的溶解度较小、再生解吸较困难、吸收剂的使用量大等问题,导致溶剂吸收分离技术用于CH_(4)/N_(2)的实际工业应用时受到一定的限制。

Cu(Ⅰ)/AC(HZSM)吸附剂的制备及变压吸附CO的性能研究

选择活性炭(AC)或分子筛(HZSM-5)为吸附剂载体,采用等体积浸渍法制备Cu(Ⅰ)/AC(HZSM)吸附剂,利用比表面积(BET)及H2程序升温还原(H2-TPR)表征手段,结合固定床评价了装置,研究了载体类型、预处理方法以及还原温度对吸附剂性能的影响。结果表明,以活性炭为载体时吸附性能优于分子筛为载体时的吸附性能;水洗处理降低了吸附剂的吸附能力;吸附剂原位活化还原温度过低不利于Cu2+→Cu+的还原,350℃时吸附剂的吸附性能最好。

中变气脱碳-变压吸附联合提取H_2和CO_2工艺中CO_2溶解度的测定

在模拟工业上采用N-甲基二乙醇胺(MDEA)脱除CO2(简称脱碳)装置的基础上,采取一系列改进措施,建立了一套实验室脱碳装置,弥补了工业脱碳过程中分析方法的不足,所得实验数据较为准确。在中变气脱碳-变压吸附(PSA)联合提取H2和CO2工艺条件下,测定了CO2在4.28mol/LMDEA水溶液中的溶解度。实验结果表明,实验值与文献值能够很好地吻合,实验装置及分析方法准确度较高,丰富了温度为70～120℃、压力为131～422kPa范围内CO2在MDEA水溶液中的溶解度数据;实验结果为中变气脱碳-PSA联合提取H2和CO2工艺提供了可靠的理论依据和设计参数,对该工艺的具体实施具有指导意义,并验证了提高解吸压力构想的可行性。

填埋气中二氧化碳净化技术及研究进展

填埋气中由于含有大量的甲烷,具有很高的能源利用价值,并逐渐应用于发电、生产可再生燃料和热电联产等过程中。但填埋气中主要的杂质成分CO2会降低填埋气的热值,影响填埋气的资源化利用,因此CO2的去除对于提高填埋气的品质是很关键的一步。文章主要综述了目前应用较广的填埋气中CO2的净化技术、物理化学吸收法、变压吸附等工艺的原理、特点和研究进展等,并对各工艺进行了对比分析。

气源温度与解吸过程对变压吸附制氧效果的影响

研究了气源温度和解吸条件对制氧效果的影响,结果表明:细长解吸管路会导致吸附塔内氧浓度波前沿在吸附周期内极易穿透床层,在产氧期及间歇期都会有低浓度氧流入储氧罐,造成氧浓度和流量下降;较高的气源温度有利于分子筛解吸再生,在15～65℃内,平均每升高10℃,产氧体积分数可以提高1.2%。

Sr改性椰壳炭吸附分离CH_4/N_2的试验研究

针对甲烷气体(煤矿乏风瓦斯)的富集与分离,研究Sr改性椰壳炭在变压吸附和变温吸附过程中的性能。结果表明:1)Sr改性椰壳炭的比表面积明显减小,主要是由于Sr在椰壳炭表面的负载导致孔道堵塞和高温焙烧产生的孔道坍塌;2)在常温变压吸附测试中,Sr改性椰壳炭对CH4的吸附量急剧降低,Sr(NO3)2改性椰壳炭下降了62%,SrCO3改性椰壳炭下降了67%,分离系数也由原来的4.7分别下降至3.0和2.7;3)在程序升温脱附测试中,Sr改性椰壳炭对CH4和N2的吸附峰都减弱,但S(CH4)/S(N2)从1.0升至3.2和4.4;4)Sr改性椰壳炭适合变温吸附分离CH4/N2。

活性炭变压吸附二氧化硫的传热传质规律

采用两床五步式变压吸附工艺,研究活性炭固定床变压吸附处理SO2过程中的传热传质规律和脱附状态下脱附气的浓缩率的变化规律。研究结果表明：不同吸附高度的温度曲线随变压吸附循环的周期数改变而变化。在实验条件下,传质区主要集中在高度H=0.08~0.15 m处;随着吸附柱高度的增加,气相组分物质质量浓度逐渐降低,并且在400个周期以后开始达到稳定。在床层高度0.60 m以上没有SO2气体存在。SO2在吹扫脱附阶段和真空脱附阶段的不同脱附时刻的脱附气浓缩率均随变压吸附过程先快速升高,然后趋于稳定,当达到稳定时,SO2的脱附气浓缩率随脱附时间的增加而降低。在实验条件下,变压吸附各阶段的最佳时长如下：均压段为3 s,吸附段为170 s,吹扫脱附设为15 s,真空脱附为180 s;脱附气的SO2平均浓缩率为2。

变压吸附在粗氦纯化工艺中的流程优化研究

目的针对需要生产液氦产品的粗氦纯化工艺,在调研国内外氦气纯化工艺技术的基础上,创新性提出了中压低温冷凝+常温中压变压吸附进行氦纯化的工艺路线。方法采用HYSYS模拟的方法,对3种工艺的特点和适应性进行了对比分析,同时还分析了冷凝温度、冷凝压力、变压吸附的主组分收率变化、原料气组成变化等关键参数对流程性能的影响。结果与传统粗氦纯化工艺相比,该组合工艺在提高氦收率的同时,装置能耗及液氮消耗明显降低,具有自动化程度高、工艺流程连续、可操作性强等特点,能较好地适应生产液氦的工况。结论该工艺对国内天然气提氦装置建设的工艺选择及应用提供了指导和数据支撑。

常温高效变压吸附提纯一氧化碳新技术

变压吸附(PSA)是一氧化碳分离中颇具吸引力的技术之一。四川天一科技股份有限公司开发了一种常温高效的变压吸附提纯CO新技术,可根据用户的气源状况和对CO产品的要求,以较低的能耗生产φ(CO)为95%～99.99%,杂质含量φ(CH4)<3×10-5、φ(O2)<5×10-6、φ(CO2)<1×10-5,露点低于-70℃的CO产品,产品回收率50%～90%。

煤制合成气中温变压吸附H_(2)/CO_(2)分离研究与示范

煤制合成气净化工段位于水气变换后,脱除H_(2)S、CO_(2)等气体杂质,获取较高纯度的工业H_(2)。目前成熟净化工艺为以低温甲醇洗、液氮洗为代表的湿法以及变压吸附脱碳为代表的干法技术。中温变压吸附(ET-PSA)技术在与来流变换气一致的中温温度区间运行,采用自行合成的疏水富氮活性炭吸附剂,将传统变压吸附操作温度提升至170~220℃,实现中温高湿环境下的硫碳共脱。引入N_(2)充洗和低压N_(2)清洗2个新变压吸附步序,可使H_(2)回收率提高至99%。以丰喜泉稷厂煤制变换气为中试侧线原料,搭建了原料气处理量5 000 m^(3)/h(标况下)的中温变压吸附H_(2)/CO_(2)分离中试试验装置,H_(2)经两级中温变压吸附纯度达到燃料电池H_(2)水平(含有效气N_(2)),中试装置已累计运行超过2 800 h。并以公用工程运行数据计算中试装置能耗,仅折算电耗,中试H_(2)净化运行成本相比丰喜泉稷厂内低温甲醇洗H_(2)净化电耗可节约成本约35%。该技术突破了常规固体吸附净化温度限制,采用中温下选择性吸附性能好的吸附剂实现H_(2)中杂质定向脱除,为实现高效高品质H_(2)净化提供新的工艺路线。

物理分离过程在天然气净化中的应用

目前天然气净化中广泛应用的工艺方法绝大多数立足于不同类型的化学反应,而从发展角度看,对若干类型较特殊的原料天然气还有必要开发新型的分离过程,以进一步改善装置投资、操作成本、净化度和环境保护等方面的指标。80年代以来,物理分离过程应用于天然气净化的势头方兴未艾,尤其是在其它工业中应用颇多的膜分离、低温分馏和变压吸附三大技术,在天然气净化中的应用也发展甚快。前两种技术的应用已实现了工业化,变压吸附技术的应用也有重大突破,这必将对天然气净化工艺的发展产生深远影响。文中将上述三种物理分离技术在天然气净化中的应用情况作扼要的介绍和评述。

煤矿瓦斯(煤层气)浓缩提纯技术及其应用

论述了不同浓度瓦斯的综合利用方式,分析了低浓度瓦斯未能得到有效利用的原因。根据市场上瓦斯提纯使用的吸附剂不同,提出了针对不同类型吸附剂采用不同的浓缩提纯工艺技术路线,并通过对技术路线的分析,解决了关键技术难题。阳泉神堂嘴瓦斯提纯工程运行结果表明,煤矿瓦斯(煤层气)浓缩提纯工艺流程二利用加压后原料气为动力,将二、三级返回气混合,系统更简单、投资更低、能耗更低。

采用新型吸附剂及变温变压吸附技术脱除氯乙烯单体中的水分

介绍了采用新型吸附剂及变温变压吸附技术脱除氯乙烯单体中水分的原理及工艺流程.该技术用于20万t/a氯乙烯单体装置的深度脱水处理后,氯乙烯单体的含水质量分数由700 μg/g下降到20～50μg/g.该技术脱水能力强、效率高,生产过程中无“三废”排放.

分子筛变压吸附制氧技术工作原理及医院应用

本文重点介绍了分子筛变压吸附制氧技术的发展历程、工作原理及其优越性和发展前景。它能够很好地替代高压钢瓶,极大地改善了医疗供氧方式。随着分子筛制氧设备广泛应用于医院,其供氧方式的优越性也逐渐显现出来,促进了现代医院的建设。

变压吸附制氢工艺及其技术进展

介绍了变压吸附制氢的原理,给出了氢气回收率的计算公式。通过分析氢气回收率的影响因素,总结了提高氢气收率的几种方法,最后简单介绍了近几年来出现的提高氢气回收率的新方法。

低浓度含氧煤层气提浓技术研究进展

介绍了变压吸附、直接深冷液化、溶液吸收法、膜分离法、水合物法等低浓度含氧煤层气提浓技术的进展情况。变压吸附技术在国内外已有较多成熟案例,直接深冷液化技术在国内也成功实现了工业化应用,而膜分离法、低温溶液吸收法、水合物法等仍在研究阶段,尚无重大突破及工业应用。对各项提浓技术的优缺点进行了对比分析,认为可根据其优缺点进行提浓技术耦合,形成更具经济性的低浓度含氧煤层气提纯利用工艺组合。