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煤气化渣理化特性及其所含重金属迁移规律综述

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煤炭科学技术 2024年

作者：廖昌建王晶金平刘志禹徐婉怡王坤中石化(大连)石油化工研究院有限公司

煤气化渣的资源化利用现已成为煤基固废的研究热点，气化渣的理化特性及其所含重金属迁移规律对其资源化利用至关重要。首先介绍并对比了气流床、流化床与固定床三种煤气化技术，然后总结了煤气化渣的理化性质，包括气化粗渣与细渣的粒... 详细信息

煤气化渣的资源化利用现已成为煤基固废的研究热点，气化渣的理化特性及其所含重金属迁移规律对其资源化利用至关重要。首先介绍并对比了气流床、流化床与固定床三种煤气化技术，然后总结了煤气化渣的理化性质，包括气化粗渣与细渣的粒度组成、表观形貌与微观形貌、无机物与晶相矿物组成和残炭的含量等，最后分析了气化粗渣与细渣中重金属的迁移行为、风险评估指数及浸出行为。气化粗渣与细渣的理化特性及重金属迁移规律均具有一定的差异，从理化特性来看：细渣粒径远低于粗渣粒径，约60%以上细渣的粒径小于0.250 mm，约50%以上粗渣的粒径大于0.500 mm；细渣的比表面积大于粗渣，平均孔径小于粗渣；粗渣与细渣的无机组分均以SiO2、Al2O3、CaO与Fe2O3为主，其中酸性氧化物约占总组分的35%～80%，碱性氧化物约占总组分的20%～65%，且粗渣具有较多的碱性氧化物，细渣具有较多的酸性氧化物；粗渣与细渣中的晶相矿物质与非晶态物质并不是简单的煤气化残留物，而是在气化过程中经历了一系列复杂的物理化学反应后形成的，粗渣与细渣的主要晶相矿物均为石英、方解石和莫来石，但其他晶相矿物的种类与含量差别较大，这主要受煤种与气化温度等因素的影响；粗渣中的残炭量多为3%～20%，而细渣中的残炭量多为20%～40%，粗渣中的残炭含量低于细渣，但粗渣的反应活性高于细渣；不同粒径气化粗渣或细渣中的残炭含量分布不均，0.250 mm左右的中等粒度级粗渣具有较高的残炭含量，而细渣中最高残炭含量对应的粒度级约为0.125～0.250 mm或大粒径，且细渣中的残炭量多随粒度级的增大而增加；气化渣中的残炭为多孔结构，具有较多且连通性较好的大孔结构，气化粗渣中的残炭多是无定型态，而气化细渣中的残炭具有明显的芳香结构、具有较多的芳香族C-C键或C-H键。在重金属迁移规律方面：重金属在粗渣与细渣中存在不同程度的富集情况，富集因子与重金属元素的挥发性密切相关；与粗渣相比，细渣具有更大的环境风险，气化渣中的Cd、Ni、Cu、Zn、As、Co、Mo、Se、Pb与Cr等重金属存在较高环境风险，应予以重点关注；气化渣中重金属的浸出行为与浸出方案、浸出时间及气化渣颗粒尺寸因素密切相关，在强酸或/与强碱条件下大部分重金属会出现较高的浸出浓度，且重金属的浸出浓度多随时间的增加而增大直至趋于稳定，同时小尺寸气化渣中重金属的浸出浓度通常高于大尺寸气化渣。

关键词：煤气化渣理化特性重金属迁移规律环境风险

我国石化储罐VOCs安全高效深度减排、回收和热氧化技术进展

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化工进展 2024年第4期43卷 2063-2076页

作者：刘世达王海燕侯栓弟刘忠生廖昌建王宽岭中石化(大连)石油化工研究院有限公司辽宁大连116045 大连理工大学化工海洋与生命学院辽宁大连116081

全面总结了石化储罐VOCs产排机理、排放特征以及VOCs减排、回收和热氧化技术进展,并提出了意见和建议,希望对我国石化储罐VOCs深度减排有所裨益。石化储罐除大小呼吸产气外,还有高温重油储存热裂解等产气现象。在计算储罐排气中可燃物... 详细信息

全面总结了石化储罐VOCs产排机理、排放特征以及VOCs减排、回收和热氧化技术进展,并提出了意见和建议,希望对我国石化储罐VOCs深度减排有所裨益。石化储罐除大小呼吸产气外,还有高温重油储存热裂解等产气现象。在计算储罐排气中可燃物浓度时不应忽视硫化氢、甲烷、氢气、氨等组分。目前,中美储罐VOCs管控都以选择浮顶罐等源头减排为主,以储罐使用过程控制和排放气末端治理为辅,我国应适时修订现行标准,以适应越来越严的环保要求。核算得出2019年我国有机液体储罐VOCs排放量为(39.2~90.4)×10^(4)t,主要来自石化企业,建议将粗柴油、粗汽油、粗航煤、蜡油、燃料油、渣油等中间产品罐或重油罐与苯、甲苯、二甲苯、甲醇等储罐一起列为优先管控对象。建议我国开展石化储罐VOCs深度减排,包括源头减排、过程控制和末端治理,内浮顶罐内置气袋有可能成为继浮盘之后又一重要的源头减排技术;低温柴油吸收与吸附、冷凝相比,在处理含硫量较高的粗汽油、粗柴油、高温重油等储罐废气上具有优势。总体上,我国石化储罐外排VOCs治理正在从回收向回收+热氧化(催化氧化、蓄热氧化、焚烧炉、工艺加热炉、锅炉)转变,控制热氧化单元出口非甲烷总烃小于20mg/m^(3)。

关键词：石化储罐挥发性有机物产气机理减排回收氧化安全

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直接空气捕集二氧化碳技术研究进展

化工进展 2024年第4期43卷 2031-2048页

作者：廖昌建张可伟王晶曾翔宇金平刘志禹中石化(大连)石油化工研究院有限公司辽宁大连116045 中国石油化工股份有限公司北京100728

直接空气捕集(DAC)二氧化碳技术作为负碳排放技术的一种,可助力实现“双碳”目标,是一项极具发展前景的碳捕集技术。本文简述了DAC的发展历史与现有DAC项目的运行及发展情况,介绍了碱性氢氧化物溶液、胺溶液、氨基酸盐溶液/BIGs与碱度... 详细信息

直接空气捕集(DAC)二氧化碳技术作为负碳排放技术的一种,可助力实现“双碳”目标,是一项极具发展前景的碳捕集技术。本文简述了DAC的发展历史与现有DAC项目的运行及发展情况,介绍了碱性氢氧化物溶液、胺溶液、氨基酸盐溶液/BIGs与碱度浓度变化四种液体DAC技术,以及固体碱(土)金属、固态胺、金属有机框架MOFs材料及变湿吸附等固体DAC技术。对各种DAC技术的工艺流程及相关设备进行了综述,详述了各种DAC技术的原理、二氧化碳捕集方法及吸附/吸收剂再生方式,重点分析了每种DAC技术在吸附/吸收剂性能、再生温度、再生能耗及循环稳定性等方面的优缺点。指出需进一步研发低成本、高吸附/吸收性能且循环稳定性好的DAC吸附/吸收剂,优化或开发吸附/吸收剂再生工艺,同时开发适用于DAC技术的过程强化技术,为DAC的后续规模化与商业化应用奠定基础。

关键词：二氧化碳直接空气捕集吸附吸收法解吸

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煤气化粗渣特性分析及利用技术研究进展

洁净煤技术 2024年第7期30卷 13-29页

作者：张可伟廖昌建王晶金平王坤徐婉怡中国石油化工集团公司化工事业部北京100728 中石化(大连)石油化工研究院有限公司辽宁大连116000

煤气化是实现煤炭清洁高效利用的核心技术,我国煤气化渣产量大、利用率低,通常采用堆存与填埋方式处置,造成严重的土地资源浪费与环境污染。气化渣的资源化利用已成为煤化工行业的研究重点,尤其是占气化渣总排放量70%~80%的气化粗渣。... 详细信息

煤气化是实现煤炭清洁高效利用的核心技术,我国煤气化渣产量大、利用率低,通常采用堆存与填埋方式处置,造成严重的土地资源浪费与环境污染。气化渣的资源化利用已成为煤化工行业的研究重点,尤其是占气化渣总排放量70%~80%的气化粗渣。介绍了3种主要煤气化工艺及气化粗渣的形成过程,总结了气化粗渣的理化特性与环境风险,归纳了气化粗渣在建材化利用、土壤改良及高值化利用方面的研究进展。受煤种、煤气化工艺等主要控制因素影响,不同来源气化粗渣的理化特性与环境风险不尽相同,但具有一定共同性。从理化特性看,粗渣粒径远高于细渣,约50%以上粗渣粒径超过0.5 mm,且小于0.5 mm各粒度级粗渣含量随粒径减小而降低,粗渣还具有较小的比表面积和较大的平均孔径。粗渣中残炭含量低于细渣,粗渣残炭质量分数在3%~20%且在各粒度级内分配不均,0.25 mm左右中等粒度级粗渣残炭含量较高。粗渣中无机组分均以SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3为主,其中酸性氧化物占45%~75%,碱性氧化物占20%~45%。从环境风险看,气化粗渣中存在一定重金属富集现象,富集较多的重金属包括Ba、Co、Cs、Th等亲石元素与Cr、Ni等难挥发或半挥发性元素。此外,粗渣中Ni、Cd、As、Cu与Zn等重金属的酸可提取态含量较高,具有较大环境风险,需特别关注。粗渣的理化特性及其环境风险对适用的资源化利用方式影响较大:粗渣由于残炭含量较低、硅铝等无机组分含量较高,可广泛应用于矿井回填、筑路、水泥与混凝土、陶粒与墙体材料等建材化利用领域;残炭含量较高的气化粗渣具有更疏松多孔的结构特征,可用于土壤改良;粗渣的特殊结构和丰富的硅铝组分使粗渣在制备多孔吸附材料及制备陶瓷方面潜力很大;粗渣还可用于制备催化剂或提取回收氧化铝等其他高值化利用。气化粗渣中含有一定种类重金属,具有一定环境风险,制约了粗渣的综合利用。因此,粗渣资源化利用前,要全面分析粗渣中各种重金属的富集情况与赋存状态,严格把控粗渣环境风险评价,避免粗渣资源化利用带来的二次污染。

关键词：煤气化粗渣理化特性重金属资源化利用建材化土壤改良高值化

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CFB锅炉掺烧气化细渣技术研究进展

化工环保 2024年第3期44卷 329-337页

作者：王坤金平廖昌建刘志禹赵清孟凡飞中石化(大连)石油化工研究院有限公司辽宁大连116045 中国石油青海油田分公司格尔木炼油厂青海格尔木816000

煤气化渣产量大、存量多,常规的填埋和堆积处理不但占用大量土地资源,而且还存在严重的污染风险和安全隐患。本文介绍了气化细渣的组成、结构和燃烧特性,综述了残碳富集、脱水干化等气化细渣预处理方法的研究进展,从气化细渣的含水率、... 详细信息

煤气化渣产量大、存量多,常规的填埋和堆积处理不但占用大量土地资源,而且还存在严重的污染风险和安全隐患。本文介绍了气化细渣的组成、结构和燃烧特性,综述了残碳富集、脱水干化等气化细渣预处理方法的研究进展,从气化细渣的含水率、灰分、掺烧比例及污染物排放情况等方面分析了气化细渣掺烧对循环流化床(CFB)锅炉燃烧的影响,指出CFB锅炉掺烧气化细渣具备显著的环保和经济效益,是气化细渣实现减量化、无害化和资源化利用的主要途径之一。

关键词：气化细渣 CFB锅炉掺烧资源化利用

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基于沸石分子筛的无机膜渗透蒸发和气体分离技术进展

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炼油技术与工程 2024年第9期 13-16+21页

作者：余稷韩昕宏徐婉怡廖昌建中石化(大连)石油化工研究院有限公司

相较于传统分离技术，膜分离技术具有分离效率高、能耗低、便于与其他技术集成等优点。与有机分离膜相比，无机膜具有稳定性高、机械强度大、分离效率高、耐微生物侵蚀等优势。针对基于沸石分子筛的无机膜分离技术，介绍了当前常用分子... 详细信息

相较于传统分离技术，膜分离技术具有分离效率高、能耗低、便于与其他技术集成等优点。与有机分离膜相比，无机膜具有稳定性高、机械强度大、分离效率高、耐微生物侵蚀等优势。针对基于沸石分子筛的无机膜分离技术，介绍了当前常用分子筛膜的种类；探讨了分子筛膜的主要制备方法；详细阐述了分子筛膜在渗透蒸发以及气体分离领域中的应用进展，如氢气回收、天然气净化、二氧化碳捕集和烃混合物分离。对当前存在的问题进行了分析并对今后的发展进行了展望，强调了在降低制造成本、提升分子筛膜制备技术、应对多组分分离挑战等方面的研究重点。

关键词：沸石分子筛无机膜气体分离渗透蒸发氢气回收天然气净化二氧化碳捕集烃混合物分离

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石化污水处理场有机废气分类治理技术应用

炼油技术与工程 2024年第7期54卷 61-64页

作者：谢泽明许秋碧何晓礼廖昌建赵磊刘志禹中科(广东)炼化有限公司广东省湛江市524139 中石化(大连)石油化工研究院有限公司辽宁省大连市116045

根据不同废气源排放的废气流量与浓度的差异,将污水处理场有机废气分为5类,并采用低温柴油吸收-碱液吸收脱硫→脱硫及总烃浓度均化-催化氧化→洗涤-吸附→再生气催化氧化技术进行废气治理。废气1为中浓度VOCs(挥发性有机物)废气,密闭收... 详细信息

根据不同废气源排放的废气流量与浓度的差异,将污水处理场有机废气分为5类,并采用低温柴油吸收-碱液吸收脱硫→脱硫及总烃浓度均化-催化氧化→洗涤-吸附→再生气催化氧化技术进行废气治理。废气1为中浓度VOCs(挥发性有机物)废气,密闭收集后输送至脱硫及总烃浓度均化-催化氧化段处理;废气2和废气3为高浓度VOCs废气,需经过柴油吸收-碱液吸收脱硫预处理后再与废气1一同输送至催化氧化段处理;废气4和废气5为低浓度VOCs废气,送入洗涤-吸附处理,吸附尾气达标后排放,吸附剂饱和后使用催化氧化的高温净化气进行热再生,再生产生的高浓度尾气进入脱硫及总烃浓度均化-催化氧化单元进行处理。治理后净化气中非甲烷总烃质量浓度小于15 mg/m^(3),苯、甲苯与二甲苯浓度均满足排放限值要求,H_(2)S质量浓度低于10 mg/m^(3),净化气污染物排放浓度满足环保排放标准要求。

关键词：石化污水处理场有机废气低温柴油吸收碱液吸收脱硫总烃浓度均化催化氧化吸附

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炼化企业罐顶油气低温相变吸附技术

炼油技术与工程 2024年第9期 60-64页

作者：刘志禹廖昌建孟凡飞王坤中石化(大连)石油化工研究院有限公司

针对炼化企业储罐VOCs(挥发性有机物)废气特点，开发了适用于高浓度罐顶VOCs废气处理的罐顶气低温流化相变吸附浓缩技术。制备了适用的VOCs吸附剂，其介孔占比达57%,机械强度为普通商用活性炭的5倍。开展了流化吸附流场模拟，得到吸附... 详细信息

针对炼化企业储罐VOCs(挥发性有机物)废气特点，开发了适用于高浓度罐顶VOCs废气处理的罐顶气低温流化相变吸附浓缩技术。制备了适用的VOCs吸附剂，其介孔占比达57%,机械强度为普通商用活性炭的5倍。开展了流化吸附流场模拟，得到吸附剂颗粒粒径0.7 mm、流速1.7 m/s时整个床层压力分布较为均匀，吸附工况处于稳定状态。低温流化试验验证：采用低温吸附可提高吸附剂吸附容量；采用所研制的低温吸附剂，达到相同NMHC(非甲烷总烃)排放浓度，吸附温度可提升15℃以上，大大降低运行能耗；解吸气中氧体积分数小于2%,可安全排入全厂燃料气管网；流化状态下，吸附剂颗粒间相互磨蚀去除了表面冰晶，吸附剂吸附能力未受低温影响。该技术可应用于无大量吸收剂的场景，预处理效率高、能耗低，回收的有机气体可安全排入低压燃料气管网，可作为目前预处理待选技术。

关键词：炼化企业罐顶油气 VOCs 低温吸附相变吸附剂介孔流态化

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影响尾气脱臭设施长周期运行的因素及对策

当代化工 2024年第6期53卷 1491-1494页

作者：许帅廖昌建袁强范华宇中国石化九江石化公司江西九江332000 中石化(大连)石油化工研究院有限公司辽宁大连116045

针对中国石化九江石化公司尾气脱臭设施运行2个生产周期内出现的一些异常情况,分别从设计、原料性质、操作3个因素进行简要原因分析,并对不同因素的影响进行风险分析,结合生产实际提出相应的解决方案,实现尾气脱臭设施长周期安全平稳运行。

关键词：恶臭气体酸性水罐治理方法长周期