工業(yè)副產(chǎn)氣主要來自煉油、化工、冶金、建材、燃煤發(fā)電等基礎(chǔ)流程工業(yè)，直接排放會造成嚴(yán)重的大氣污染，如何從“工業(yè)副產(chǎn)氣礦”中挖掘出“黃金”，實現(xiàn)工業(yè)副產(chǎn)氣資源化高值利用，一直是令行業(yè)關(guān)注的問題。經(jīng)過20多年的潛心研究，由西南化工研究設(shè)計院有限公司等聯(lián)合開發(fā)的“工業(yè)副產(chǎn)氣分離純化及資源化利用技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用”項目，實現(xiàn)了工業(yè)副產(chǎn)氣有價組分分離回收、有害雜質(zhì)的定向脫除，社會經(jīng)濟(jì)效益顯著。日前，該技術(shù)獲得2022年度中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會科技進(jìn)步一等獎。

“有價”物急尋“伯樂”

“我國每年會產(chǎn)生大量的工業(yè)副產(chǎn)氣，如煉廠副產(chǎn)氫、冶煉副產(chǎn)一氧化碳以及焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣等，其組分主要有氫氣、一氧化碳、甲烷、二氧化碳等‘有價’物，以及磷化物、砷化物、氟化物等對環(huán)境有害的雜質(zhì)，若直接排放或燃燒會造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，也將產(chǎn)生一定程度的大氣污染。”西南化工研究設(shè)計院有限公司總經(jīng)理、成果主要完成人陳健介紹說。

陳健表示，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的處理水平，有相當(dāng)一部分工業(yè)副產(chǎn)氣未被回收利用，溫室氣體、有害組分等也未能有效去除。當(dāng)前工業(yè)副產(chǎn)氣未有效回收利用的原因主要表現(xiàn)在兩方面：一方面，一些工業(yè)副產(chǎn)氣“有價”組分含量低，回收利用成本高，經(jīng)濟(jì)性差；另一方面，工業(yè)副產(chǎn)氣中含硫、磷、砷、氟等有毒有害雜質(zhì)種類多、形態(tài)復(fù)雜、含量高、凈化難度大，易導(dǎo)致下游工藝催化劑中毒、腐蝕設(shè)備、堵塞管道，進(jìn)而使生產(chǎn)過程無法連續(xù)有效運(yùn)行。

“必須開發(fā)高效、高精度、低成本的工業(yè)副產(chǎn)氣深度凈化與高效提純技術(shù)及高精度雜質(zhì)分析檢測技術(shù)，將有害雜質(zhì)脫除、‘有價’組分提濃到可資源化利用的水平。” 陳健指出。

催化+吸附成制勝法寶

“根據(jù)實現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)和工業(yè)副產(chǎn)氣高效利用等需求以及工業(yè)副產(chǎn)氣的屬性，研究團(tuán)隊提出了開發(fā)以催化轉(zhuǎn)化+吸附為核心的工業(yè)副產(chǎn)氣分離純化及資源化利用成套技術(shù)的研究思路。”陳健表示。

據(jù)介紹，該項目具體研究內(nèi)容分為5方面：一是工業(yè)副產(chǎn)氣主要組分特性分析，研究其主要類別和各自組分含量差異，對主體組分及雜質(zhì)組分分別采取針對性的研究方案；二是開發(fā)痕量雜質(zhì)檢測技術(shù)；三是針對煉廠副產(chǎn)氫、冶煉副產(chǎn)一氧化碳、垃圾填埋氣等幾類副產(chǎn)氣的特征雜質(zhì)，采用多種純化材料和方法進(jìn)行定向脫除；四是開發(fā)“催化轉(zhuǎn)化—吸附耦合”關(guān)鍵工藝技術(shù)，并進(jìn)行模塊功能識別及優(yōu)化集成；五是開發(fā)“吸附—催化”凈化提純共性技術(shù)，雜質(zhì)凈化以吸附+催化為主，提純以吸附為主，超純化以催化為主。

陳健指出，這套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)主要擁有“超凈化”“首創(chuàng)”“經(jīng)濟(jì)可靠”“優(yōu)于國標(biāo)”四大魅力。

一是研制了催化—吸附關(guān)鍵凈化材料，實現(xiàn)了工業(yè)副產(chǎn)氣深度凈化與超凈化。焦?fàn)t氣總硫可脫除至0.02毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米以下，工業(yè)副產(chǎn)氣總硫可脫除至0.05×10-3微摩爾/摩爾以下，轉(zhuǎn)爐氣、電石爐氣、黃磷尾氣中的含磷、砷、氟、氯化物可脫除至0.1毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米以下；二氧化碳中總烴可脫至0.1毫克/升以下。

二是開發(fā)工業(yè)副產(chǎn)氣凈化提純和資源化利用新工藝技術(shù)，首創(chuàng)了垃圾填埋氣變溫變壓吸附法生產(chǎn)城市燃?xì)饧夹g(shù)、燃煤煙道氣變壓吸附法濃縮二氧化碳技術(shù)、冶煉副產(chǎn)一氧化碳?xì)馍疃葍艋夹g(shù)，還率先開發(fā)了復(fù)雜組分的焦?fàn)t煤氣深度凈化工藝。

三是開發(fā)了基于新工藝的工業(yè)副產(chǎn)氣特征雜質(zhì)凈化模塊和有效組分提純模塊，通過模塊耦合集成與系統(tǒng)優(yōu)化，實現(xiàn)了裝置的柔性化與系列化，提高了工藝適應(yīng)性、技術(shù)可靠性與經(jīng)濟(jì)性。

四是研究設(shè)計了燃料電池級氫氣痕量雜質(zhì)組分分析方法及集成檢測系統(tǒng)，各雜質(zhì)檢測限比國際標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求還低1～2個數(shù)量級。

截至目前，該項目已獲得授權(quán)發(fā)明專利23件、實用新型專利9件。研究團(tuán)隊依托該項目主持或參與制定國家標(biāo)準(zhǔn)8項、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)1項、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3項，合編專著3部，發(fā)表論文14篇。

效益可觀“粉絲”多

自2000年開展研究以來，該技術(shù)已應(yīng)用于234套工業(yè)裝置，其中有海外12套，每年可回收利用工業(yè)副產(chǎn)氣558.9億立方米。其中，回收提純的氫氣、一氧化碳、甲烷，可替代天然氣128.8億立方米/年，減排二氧化碳0.304億噸/年，有力促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展，具有顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。

陳健表示，目前，該項目雖已取得了經(jīng)濟(jì)和社會效益雙高的“成績單”，但工業(yè)副產(chǎn)氣仍存在利用途徑少、資源化利用低等問題。下一步，該團(tuán)隊將加強(qiáng)工業(yè)副產(chǎn)氣分離純化及資源化利用技術(shù)推廣，加大工業(yè)副產(chǎn)氣的資源化利用力度、拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，以減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。同時，他們還將開發(fā)新型高效吸附劑、凈化劑，并進(jìn)行系統(tǒng)集成耦合優(yōu)化，以提高回收利用裝置的效率、降低運(yùn)行成本。（中國化工報 劉冰逸 管英富）