在工業副產氣中“掘金”——記科技進步一等獎工業副產氣分離純化及資源化利用技術
工業副產氣主要來自煉油、化工、冶金、建材、燃煤發電等基礎流程工業，直接排放會造成嚴重的大氣污染，如何從“工業副產氣礦”中挖掘出“黃金”，實現工業副產氣資源化高值利用，一直是令行業關注的問題。經過20多年的潛心研究，由西南化工研究設計院有限公司等聯合開發的“工業副產氣分離純化及資源化利用技術開發與應用”項目，實現了工業副產氣有價組分分離回收、有害雜質的定向脫除，社會經濟效益顯著。日前，該技術獲得2022年度中國石油和化學工業聯合會科技進步一等獎。
“有價”物急尋“伯樂”
“我國每年會產生大量的工業副產氣，如煉廠副產氫、冶煉副產一氧化碳以及焦爐煤氣、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、氟化物等對環境有害的雜質，若直接排放或燃燒會造成嚴重的資源浪費，也將產生一定程度的大氣污染?！蔽髂匣ぱ芯吭O計院有限公司總經理、成果主要完成人陳健介紹說。
陳健表示，根據現有技術的處理水平，有相當一部分工業副產氣未被回收利用，溫室氣體、有害組分等也未能有效去除。當前工業副產氣未有效回收利用的原因主要表現在兩方面：一方面，一些工業副產氣“有價”組分含量低，回收利用成本高，經濟性差;另一方面，工業副產氣中含硫、磷、砷、氟等有毒有害雜質種類多、形態復雜、含量高、凈化難度大，易導致下游工藝催化劑中毒、腐蝕設備、堵塞管道，進而使生產過程無法連續有效運行。
“必須開發高效、高精度、低成本的工業副產氣深度凈化與高效提純技術及高精度雜質分析檢測技術，將有害雜質脫除、‘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
“根據實現‘雙碳’目標和工業副產氣高效利用等需求以及工業副產氣的屬性，研究團隊提出了開發以催化轉化+吸附為核心的工業副產氣分離純化及資源化利用成套技術的研究思路?！标惤”硎?。
據介紹，該項目具體研究內容分為5方面：一是工業副產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，對主體組分及雜質組分分別采取針對性的研究方案;二是開發痕量雜質檢測技術;三是針對煉廠副產氫、冶煉副產一氧化碳、垃圾填埋氣等幾類副產氣的特征雜質，采用多種純化材料和方法進行定向脫除;四是開發“催化轉化—吸附耦合”關鍵工藝技術，并進行模塊功能識別及優化集成;五是開發“吸附—催化”凈化提純共性技術，雜質凈化以吸附+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權的技術主要擁有“超凈化”“首創”“經濟可靠”“優于國標”四大魅力。
一是研制了催化—吸附關鍵凈化材料，實現了工業副產氣深度凈化與超凈化。焦爐氣總硫可脫除至0.02毫克/標準立方米以下，工業副產氣總硫可脫除至0.05×10-3微摩爾/摩爾以下，轉爐氣、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/標準立方米以下;二氧化碳中總烴可脫至0.1毫克/升以下。
二是開發工業副產氣凈化提純和資源化利用新工藝技術，首創了垃圾填埋氣變溫變壓吸附法生產城市燃氣技術、燃煤煙道氣變壓吸附法濃縮二氧化碳技術、冶煉副產一氧化碳氣深度凈化技術，還率先開發了復雜組分的焦爐煤氣深度凈化工藝。
三是開發了基于新工藝的工業副產氣特征雜質凈化模塊和有效組分提純模塊，通過模塊耦合集成與系統優化，實現了裝置的柔性化與系列化，提高了工藝適應性、技術可靠性與經濟性。
四是研究設計了燃料電池級氫氣痕量雜質組分分析方法及集成檢測系統，各雜質檢測限比國際標準或國家標準指標要求還低1～2個數量級。
截至目前，該項目已獲得授權發明專利23件、實用新型專利9件。研究團隊依托該項目主持或參與制定國家標準8項、團體標準1項、企業標準3項，合編專著3部，發表論文14篇。
效益可觀“粉絲”多
自2000年開展研究以來，該技術已應用于234套工業裝置，其中有海外12套，每年可回收利用工業副產氣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，有力促進了相關產業綠色低碳發展，具有顯著的社會經濟效益。
陳健表示，目前，該項目雖已取得了經濟和社會效益雙高的“成績單”，但工業副產氣仍存在利用途徑少、資源化利用低等問題。下一步，該團隊將加強工業副產氣分離純化及資源化利用技術推廣，加大工業副產氣的資源化利用力度、拓寬應用領域，以減少資源浪費和環境污染。同時，他們還將開發新型高效吸附劑、凈化劑，并進行系統集成耦合優化，以提高回收利用裝置的效率、降低運行成本。（劉冰逸 管英富）
