基于LNG冷能的膜-深冷分离碳捕集耦合系统工艺模拟与分析

开发经济、高效和节能的碳捕集工艺,是碳捕集、利用与封存技术的重点研究方向之一。针对低浓度(体积分数小于12%)CO_(2)烟气,提出了一种基于液化天然气(LNG)冷能的膜-深冷分离碳捕集耦合系统工艺,弥补了采用单一碳捕集技术的缺陷,并利用了LNG蕴含的冷能,有望实现更低能耗的CO_(2)捕集。利用Aspen Plus软件对该工艺进行了模拟,对影响系统性能的关键参数(液化温度、压缩压力和渗透气CO_(2)浓度等)进行了灵敏度分析,并开展了相关实验研究。结果表明,模拟结果与实验结果具有较好的一致性,利用该工艺可以得到符合工程或商业应用要求的液态CO_(2)产品;工艺CO_(2)捕集率与产品纯度随液化温度和压缩压力呈趋势相反的变化,即随着液化温度的降低或者压缩压力的提高,CO_(2)捕集率增加,但产品纯度降低;在达到工艺指标要求(CO_(2)捕集率大于等于85%、产品纯度大于等于90%)的前提下,工艺最低CO_(2)捕集能耗为2.183 MJ/kg(即捕集1 kg CO_(2)的能耗为2.183 MJ)。本研究为从低浓度CO_(2)烟气中分离回收CO_(2)提供了新思路。

二氧化碳捕集耦合工艺设计与优化

采用醇胺法工艺对高含碳天然气进行脱碳处理时,其能耗随着碳含量的增加而提高。为降低高含碳天然气的脱碳能耗,提出了一种醇胺法工艺(N-甲基二乙醇胺作吸收剂)与级间冷却、富液分流解吸、酸气再压缩热泵和蒸汽机械再压缩技术(MVR)热泵工艺耦合的二氧化碳(CO_(2))捕集耦合工艺流程(简称“耦合工艺”)。采用AspenHysys软件对影响耦合工艺节能效果的关键参数(级间物流冷却温度、贫液节流后压力、酸气再压缩压力和再生塔底重沸器温度)进行了分析,并通过响应面分析与遗传算法结合的方式对关键参数进行了优化。结果表明,优化后耦合工艺的级间物流冷却温度为58℃,贫液节流后压力为0.084MPa,酸气再压缩压力为0.195MPa,再生塔底重沸器温度为92℃。与联合工艺(膜分离+醇胺法)相比,耦合工艺的能耗明显降低,脱碳单位能耗(脱除1 t CO_(2)需要消耗的能量)由1.338 GJ/t下降至1.110 GJ/t。与优化前相比,耦合工艺优化后的净化气中CO_(2)含量(体积分数)由2.533%下降至2.326%,脱碳单位能耗由1.110GJ/t下降至1.074GJ/t。

膜分离与变压吸附耦合工艺提氦试验研究

我国氦气资源贫乏,主要依靠进口.近年来,已在多个盆地发现2种不同类型的氦气资源,其中含氦天然气资源丰富但品位低,地热水溶性伴生氦气品位高,但受限于地热水的开采,可采资源量较小,还未到工业化利用阶段.目前国内外氦气提取主要采用深冷法技术,应用在我国存在能耗高、经济性差的问题.在三普2号地热井开展地热水溶氦气的常温膜分离与变压吸附耦合工艺提取试验,将体积分数为3%左右的氦气利用膜分离工艺提浓至50%左右,提浓后的气体再利用变压吸附工艺提纯至99%以上,通过2种技术的联合运用,在国内首次完成了常温膜分离与变压吸附技术耦合工艺提氦试验.该技术也即将成果转化,应用到我国的天然气田提氦,对解决我国氦气供需矛盾、降低对外依存度具有重要的作用.

电芬顿耦合工艺氧化降解制药废水研究进展

电芬顿工艺通过Fe^(2+)和H_(2)O_(2)的反应生成活性高、氧化能力强的羟基自由基(·OH)降解制药废水中的有机污染物。通过介绍三维电极耦合电芬顿技术、臭氧耦合电芬顿技术、光耦合电芬顿技术、超声耦合电芬顿技术、微生物耦合电芬顿技术的原理和近年来的研究进展,探讨了各种耦合工艺的氧化效果,最后展望了电芬顿耦合工艺的不足与发展方向。

硫化物对厌氧氨氧化耦合自养脱硫反硝化工艺脱氮除硫效能的影响

以成熟Anammox颗粒污泥与产甲烷颗粒污泥作为接种物实现了硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化(SADA)工艺快速启动,探究了不同硫化物负荷对SADA工艺脱氮效能的影响及其脱硫机理.结果表明:较高硫化物负荷(>1.50g S/(L·d))对耦合系统中An AOB无显著抑制作用,相应的系统脱氮效率连续运行1.5个月后趋于稳定.当将硫化物浓度降为零,耦合系统的总氮去除率(TNRE)仍能达到88.1%,相应的化学计量比R_(s)(1.23±0.13)与R_(p)(0.33±0.08)亦与Anammox理论值近似,表明解除高硫化物负荷胁迫条件后SADA系统中Anammox颗粒污泥仍能实现生物脱氮过程.当解除高硫化物负荷胁迫1.5个月后,在较低硫化物负荷条件下(0.30g S/(L·d))恢复硫化物胁迫,耦合系统出水NO_(3)^(-)降低,相应的R_(p)降至0.21,表明SADA系统仍能较好地实现同步脱氮除硫,兼具硫自养反硝化和厌氧氨氧化的双重功效.系统存在的产甲烷颗粒污泥降低硫化物对An AOB抑制,缩短了SADA工艺启动时间,且能在重新引入硫化物后快速激活脱硫反硝化过程.通过颗粒污泥形态分析和高通量测序菌群解析可知:不同硫化物胁迫条件下,SADA系统中仍能实现An AOB(如Candidatus Kuenenia,16.9%)和硫氧化菌(如Thiobacillus,31.6%)的共存富集,且能实现高硫化物负荷条件下较高的TNRE(>60%)和硫单质产率(95.2%).

基于多级闪蒸与多塔蒸馏耦合的贫氦天然气低温提氦工艺

聚焦从低品位含氦天然气中提纯氦气这一工程问题,在分析已有深冷工艺发展现状与改进方向的基础上,针对原料天然气中氦气浓度低与提氦能耗高的问题,提出一种基于多级闪蒸与多塔蒸馏耦合的贫氦天然气低温提氦工艺,并借助ASPEN HYSYS软件模拟设计了新工艺流程。结果表明:采用设计工艺可从氦摩尔分数为0.05%的贫氦天然气中分离得到纯度(摩尔分数,下同)为99%的氦气,同时得到纯度为99.96%的甲烷和99%的氮气、液化天然气及燃料气,增强了提氦装置的产品方案灵活性;通过工艺内部流股节流膨胀制冷为分离系统提供冷量及工艺内部冷热物流间合理匹配换热,实现了系统的节能降耗;该多级闪蒸+多塔蒸馏耦合工艺的单位压缩功耗为0.058 kW·h kmol,远低于改进型ExxonMobil公司的提氦工艺(1.29 kW·h kmol);综合分析工艺产品纯度及能耗,说明设计的提氦工艺具有一定的应用潜力。

甲烷干重整与二氧化碳甲烷化的工艺耦合研究

甲烷干重整(DRM)与二氧化碳甲烷化(MCD)过程均具有较强的二氧化碳消纳效应,但其单独运行时需要分别消耗大量天然气与氢气,且二者能耗均较高,从而制约了两个工艺的发展与应用,因此探索研究该问题的解决方案对于低碳发展具有重要意义.本文分析了甲烷干重整与二氧化碳甲烷化两个独立工艺的特点,基于两个反应体系的原料与产物之间可互为利用及二者反应热效应可相互补偿的条件性,初步判断DRM与MCD工艺之间存在质量耦合与热量耦合的可能性.据此,首次创新性地设计了DRM-MCD可能的工艺耦合方案,从流程模拟角度证实了工艺耦合的可行性,并分析了不同情形下的耦合特性.结果表明,随着催化剂技术的发展与进步,DRM与MCD工艺之间可以实现质量、能量的高效双重耦合,耦合工艺具备可显著降低天然气、氢气消耗以及大幅节能降耗的效果,并具有优良的二氧化碳消减与资源化利用效应,且耦合工艺具有灵活的可调节性.研究结果可为DRM与MCD工艺耦合方案的设计与优化,以及未来该耦合工艺潜在的工程应用价值与可行性研究提供可参考的基础.

臭氧催化氧化耦合工艺处理VOCs研究进展

随着工业的发展,挥发性有机物(VOCs)排放量也随之变大,VOCs会对大气环境造成严重污染,国家和企业十分重视VOCs的治理。本文综述了臭氧催化氧化VOCs反应机理、催化剂种类、催化剂失活与再生及臭氧催化氧化耦合工艺(臭氧催化氧化-生物法耦合工艺、臭氧催化氧化-紫外光解法耦合工艺、臭氧催化氧化-低温等离子体法耦合工艺、臭氧催化氧化-吸收法耦合工艺、臭氧催化氧化-吸附法耦合工艺)处理VOCs的进展及未来展望,旨在实现臭氧催化氧化耦合工艺在VOCs废气处理领域的利用和推广。

短程反硝化强化脱氮的影响因素及其耦合工艺应用进展

短程反硝化(PD)工艺作为脱氮的前端工艺以其效率高、能耗低以及温室气体排放量少等优点而备受青睐,成为近年来研究热点。短程反硝化耦合厌氧氨氧化(PD/A)工艺是一种新型生物脱氮工艺,不仅在氮循环中发挥着重要作用,而且在节能和环保方面具有很高的经济和实用价值。基于已有研究成果,介绍了PD工艺的研究现状,分析了不同接种污泥对PD工艺启动的影响;从磁效应、碳源、碳氮比(C/N)以及铁炭比等方面进行评述,揭示了关键影响因子对PD工艺强化脱氮过程中微生物群落结构、关键酶活性和细胞代谢途径的影响机理;浅析了PD/A工艺不同耦合形式的特点,对耦合工艺处理城市生活污水、养殖废水和垃圾渗滤液等实际废水的研究与应用进展进行总结;最后,展望了PD/A工艺在污水脱氮处理方面的前景,并结合现有研究提出了PD/A工艺处理垃圾渗滤液的潜在工程应用方案,认为克服PD工艺的影响因素及优化PD/A的参数以提升工艺运行的高效性和稳定性是未来研究的重点方向。

AAO-IMABR耦合工艺在市政污水处理中的应用

针对市政污水COD浓度低,NH_(3)-N与TN浓度相对较高,碳氮比严重失衡的水质特点,采用AAO耦合重离子微孔膜曝气生物膜反应器(IMABR)工艺进行处理。工程运行结果表明:COD平均质量浓度从126 mg/L下降到12.2 mg/L,NH_(3)-N平均质量浓度从32.3 mg/L下降到0.05 mg/L,TN平均质量浓度从38.8 mg/L下降到7.75 mg/L,NH3-N与TN去除率分别高达99.8%和80%。AAO-IMABR耦合工艺不仅能实现同步硝化反硝化功能,脱氮效率高,而且运行成本较低,处理出水稳定达标。

MABR-AO耦合工艺处理乡镇低C/N比生活污水效果研究

本研究针对村镇生活污水低碳氮比导致碳源不足、硝化-反硝化工艺动能不足、脱氮难度高导致脱氮效果不理想的问题,通过设计搭建膜曝气生物反应器(MABR)与传统AO工艺的耦合工艺系统,对村镇进水条件下的挂膜启动,处理低碳氮比(COD/TN为4、3、2、1、0.5)污水,并对两种活性污泥的生物多样性检测分析。结果表明,MABR挂膜周期约30天,系统达到较为稳定的污染物去除效果;在低碳氮比进水条件下,MABR-AO耦合工艺比AO工艺有更好的脱氮能力,总氮(TN)平均去除率相比AO工艺提高17.9%;MABR生物膜中OUTs更高,且脱氮类微生物占比高于AO工艺活性污泥,是脱氮能力更强的主要原因。该工艺运维简单,低碳氮比条件下总氮去除能力较强。

铁质载体与生物耦合下污水低能耗处理工艺研究

为了降低污水处理工艺能耗,设计铁质载体与生物耦合下污水低能耗处理工艺。文章采集不同区域的污水作为研究样本,制备铁质载体与生物耦合反应器作为污水处理设备。测定初始输入污水水质,利用制备的耦合反应器实现污染物去除处理,计算并控制污水处理能耗,完成对污水的低能耗处理。经过测定污水处理结果,应用设计的处理工艺后总磷、总氮、汞离子污染物浓度分别减少约1.52 mg/L、4.68 mg/L、0.029 7 mg/L,能耗量控制在0.2 kWh/m^(3)以下。结论:提出工艺能够在保证处理效果的同时减少能源消耗量。

Power-Gas-Power可再生能源氢电耦合系统核心工艺设计

绿色、低碳是人类能源利用方式转变的发展趋势,但可再生能源的随机性、间歇性和波动性与电网在时间-空间维度的不协调限制了其充分利用。氢能是高效、绿色可持续的二次能源,电解水制氢技术是目前绿氢的主要来源。Power-Gas-Power氢电耦合系统是以氢储能为媒介,调节能量的储存和转化,是缓解弃风、弃光等问题的有效手段。系统总结了Power-Gas-Power可再生能源氢电耦合系统四个核心工艺的设计过程,包括可再生能源发电系统、绿氢制取系统、绿氢储存系统和燃料电池发电系统,最后指出了可再生能源氢电耦合应用过程面临的问题和相关对策。

ABR-MBR耦合工艺启动及优化反硝化除磷性能

探究ABR-MBR耦合工艺在无污泥回流及在ABR各隔室接种高浓度(25g·L^-1,以MLSS计)活性污泥条件下启动反硝化除磷性能的可行性以及反硝化除磷隔室内微生物群落特征.结果表明,通过逐步提升硝化液回流比(R)由0%至200%成功启动反硝化除磷性能.稳定运行过程中,系统对COD、PO3-4^-P和TN的平均去除率分别为88.28%、54.45%和61.93%.在ABR进水容积负荷(以COD计,下同)为0.8 kg·(m^3·d)^-1、R为150%、ABR和MBR的水力停留时间(HRT)分别为9h和3.3 h时,VFA平均产量为80.58mg·L^-1、回流硝化液的ρ(NO-2^-N)/ρ(NO-3^-N)平均为1.68,PO3-4^-P和TN的平均去除率分别为64.94%和62.95%,实现短程硝化和反硝化除磷耦合.批次实验证明反硝化除磷菌(DPAOs)为ABR中主要除磷功能菌,厌氧释磷量和缺氧吸磷量分别为3.73mg·L^-1和10.22mg·L^-1.高通量测序分析结果表明,除磷隔室内微生物的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),分别占23.49%~53.66%和16.55%~21.78%,与反硝化除磷有关的功能微生物主要是变形菌门下的索氏菌属(Thauera)、发硫菌属(Thiothrix)、假单胞菌属(Pseudomonas)、norankfRhodocyclaceae和unclassifiedfRhodocyclaceae,拟杆菌门中的鞘脂杆菌目(Sphingobacteriales).

臭氧-SiC陶瓷膜耦合工艺处理油田采出水实验研究

针对油田采出水成分复杂、油水难以分离的问题,采用Al_(2)O_(3)和SiC陶瓷膜对其进行处理,对比两种陶瓷膜的处理效果可知,SiC陶瓷膜出水的含油量低于Al_(2)O_(3)陶瓷膜,后续选定SiC陶瓷膜耦合O_(3)氧化处理油田采出水,考察油田采出水的处理效果,利用SEM、EDS对陶瓷膜的微观形貌和物相组成进行表征,分析膜表面由于油滴和颗粒物等杂质堆积对膜通量和出水浊度、含油量及COD去除的影响。耦合实验结果表明,在O_(3)氧化时间为4 min,跨膜压差为0.065 MPa,通量为4 669.63 L/(m^(2)·h)的条件下,COD、油含量和浊度的去除率分别可达75.51%、99.70%和99.90%,显著高于陶瓷膜或O_(3)单独运行时各污染物的去除率。可见O_(3)氧化耦合陶瓷膜过滤能够改善膜的性能,提高油水分离效率,促进油田采出水更高效的处理。

电絮凝+微气泡臭氧氧化耦合工艺深度处理压裂废水

采用电絮凝+微气泡臭氧氧化耦合工艺处理页岩气压裂废水,考察了不同工艺、初始pH、电流密度、臭氧投加量、反应时间等因素对压裂废水COD去除效果的影响。结果表明,电絮凝+微气泡臭氧氧化耦合工艺对页岩气压裂废水具有较好的处理效果,在初始pH为9.5、电流密度为15 mA/cm^(2)、臭氧投加量为80 mg/L和反应时间为60 min最优反应条件下,压裂废水COD去除率可达到85.96%。电絮凝与微气泡臭氧氧化之间存在协同作用,碱性环境更有助于页岩气压裂废水的电絮凝耦合微气泡臭氧氧化处理,过高的电流密度将出现显著的浓差极化现象和导致絮凝体与悬浮颗粒失稳脱附,适当增加臭氧投加量将有利于加快电絮凝+微气泡臭氧氧化耦合体系中·OH的生成速率和产生量,提高废水处理效果。

灵芝三萜真空耦合超声提取工艺优化及其抗帕金森病活性

目的优化灵芝三萜真空耦合超声提取工艺,并考察其抗帕金森病活性。方法在单因素试验基础上,以超声时间、超声温度、乙醇体积分数、料液比为影响因素,灵芝三萜得率为评价指标,正交试验优化真空耦合超声提取工艺。采用1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(MPTP)诱导的小鼠帕金森病模型评价灵芝三萜抗帕金森病活性。结果最佳条件为超声时间60 min,超声温度60℃,乙醇体积分数95%,料液比1∶20,灵芝三萜得率为0.887%。与模型组比较,灵芝三萜组小鼠转棒时间、悬挂时间延长(P<0.05,P<0.01),Nissl、TH阳性细胞数及TH阳性纤维数增加(P<0.05,P<0.01)。结论该方法稳定可靠,可用于真空耦合超声提取具有较强抗帕金森病活性的灵芝三萜。

基于热力耦合模型与原料退火模拟实验的立体卷铁心退火工艺优化

退火热处理是减小立体卷铁心(卷铁心)残余应力和降低空载损耗的必要手段。实际退火过程中,无法实时测量卷铁心内部温度和应力分布,难以准确制定退火工艺。根据卷铁心的材料特性和卷取工艺,建立了卷铁心的各向异性热力耦合模型,开展了卷铁心原料的退火模拟实验,获得了取向硅钢片的最优退火周期;基于卷铁心温度和实验结果,优化了退火周期,使退火时间缩短了约600 min;分析了应力、塑性应变与炉温间的关联性,并给出了卷铁心退火工艺的优化方案。

超声破乳-离心分离耦合工艺净化回收炼油厂乳化污油

针对中国石化中科(广东)炼化有限公司的炼厂乳化污油,当采用常规的长时间沉降切水回收后掺炼时,严重影响了常减压装置的安稳运行及其换热网络平衡。在实验基础上,设计出1套超声破乳-离心分离耦合主体工艺、处理量为400 L/h的乳化污油净化回收中试装置。运行结果表明:该装置连续稳定运行37 d,共处理炼厂高度乳化的清罐污油110 t,得到净化油72 t,乳化污油油料回收率为98.0%~98.4%;所得净化油的含水质量分数均小于0.1%,含盐质量浓度不超过15 mg/L,灰分低于0.04%,均达到净化油品质相应指标要求,净化油与蒸馏水的混合液无再次乳化现象发生,实现了乳化污油高品质回收。

传统铀水冶工艺对稀土元素分布模式的影响及其在核法证中的应用

从生产过程的角度研究了稀土元素分布模式在核法证溯源中的适用性。通过跟踪调查某传统铀水冶厂从铀矿石到重铀酸钠的生产过程,在低本底(<0.512 ng/mL)、低检出限(<0.007 5 ng/mL)的实验条件下,对铀矿石、澄清浸出液、萃余液和重铀酸钠样品进行了前处理后,采用TRU树脂分离稀土元素、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定稀土元素的含量,并绘制了稀土元素分布模式图。结果表明,上述4种样品整体上都是轻稀土富集,Eu亏损明显,稀土元素分布总体呈右倾斜深谷状。这说明经历了传统铀水冶工艺的铀材料仍会基本保留铀矿石的稀土特征,稀土元素分布模式有助于查明铀材料的来源和历史。