工業(yè)副產(chǎn)氣資源化利用

《工業(yè)副產(chǎn)氣資源化利用》系統(tǒng)地介紹了我國工業(yè)副產(chǎn)氣排放的特點與現(xiàn)狀、副產(chǎn)氣綜合利用需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題以及對碳減排的影響。涉及的副產(chǎn)氣主要包括焦爐煤氣、低階煤熱解氣、煉廠氣、轉(zhuǎn)爐氣、高爐氣、電石爐尾氣與黃磷尾氣、氯堿與氯酸鈉副產(chǎn)氣、沼氣、填埋氣與煤層氣、化工合成排放氣、含硫工業(yè)尾氣、煙道氣與發(fā)酵氣等，全面闡述了工業(yè)副產(chǎn)氣資源化利用，如制氫、制甲醇、制天然氣、合成氨、制乙醇、制合成氣等涉及的凈化、分離、提純、催化轉(zhuǎn)化、合成等相關(guān)技術(shù)的研究和工程應用最新進展。
本書可供高等院校與科研院所的煉油、化工、冶金、能源、建材、環(huán)境保護等專業(yè)的教師、學者、學生以及相關(guān)領(lǐng)域的科研人員、工程技術(shù)人員、項目規(guī)劃與生產(chǎn)管理人員參考。

1.工業(yè)副產(chǎn)氣綜合利用關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化應用，可供節(jié)能減排領(lǐng)域，資源化領(lǐng)域，化工冶金相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考閱讀。 2.作者及其單位西南化工研究院長期從事工業(yè)副產(chǎn)氣的資源化利用及關(guān)鍵技術(shù)研究，圖書內(nèi)容涵蓋了工業(yè)排放氣綜合利用國家重點實驗室的研究和工業(yè)化利用成果，對我國主要工業(yè)企業(yè)的節(jié)能減排和資源綜合利用有重要的參考價值。 3.在介紹副產(chǎn)氣資源特點和利用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，涵蓋關(guān)鍵技術(shù)：副產(chǎn)氣變壓吸附與分離，氣體資源轉(zhuǎn)化技術(shù)（制氫、制甲（乙）醇、制天然氣、合成氨），富氫氣體變壓吸附制氫等。 4.工業(yè)副產(chǎn)氣制氫關(guān)鍵技術(shù)，所含技術(shù)的應用為我國制氫行業(yè)貢獻燃料電池級高純氫氣。

工業(yè)副產(chǎn)氣(也稱工業(yè)尾氣、工業(yè)排放氣)是工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各類氣體的總稱。我國工業(yè)門類齊全、產(chǎn)能巨大，其中煉油、化工、焦化、冶煉、建材、電力等行業(yè)的產(chǎn)能均居世界第一。這些行業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的副產(chǎn)氣，不同的副產(chǎn)氣除含有對環(huán)境有害的組分外，也含有不同量的氫氣、一氧化碳、二氧化碳、烴類(甲烷、乙烯)等寶貴資源。副產(chǎn)氣如不能得到有效的回收利用，將會對環(huán)境造成污染，增加碳排放，同時也會造成資源的巨大浪費。以我國焦炭行業(yè)為例，每年副產(chǎn)約2100億立方米焦爐煤氣，其中含氫約1155億立方米、甲烷約525億立方米、一氧化碳約168億立方米，將焦爐煤氣中有用資源有效回收利用，不僅可以節(jié)約大量化石能源，同時可以減少二氧化碳排放。
目前，國內(nèi)對富含氫氣的工業(yè)副產(chǎn)氣利用較為成熟，如將焦爐煤氣、煉廠氣、甲醇弛放氣、氯堿生產(chǎn)尾氣等用于制氫和提氫，已形成近700萬噸/年的氫產(chǎn)能;富含一氧化碳的工業(yè)副產(chǎn)氣利用近十多年也得到較快發(fā)展，用于生產(chǎn)乙醇、乙酸、乙二醇等化工產(chǎn)品;富含烴類、硫等物質(zhì)的工業(yè)副產(chǎn)氣得到了一定范圍的應用;含二氧化碳的工業(yè)副產(chǎn)氣的利用程度較低，一般化工企業(yè)(如合成氨、煤制氫、煤制甲醇、煤制天然氣等)中含較高濃度二氧化碳的副產(chǎn)氣，有較成熟且經(jīng)濟的捕集和利用技術(shù)，而煤電、鍋爐、冶金、建材等含低濃度二氧化碳副產(chǎn)氣的利用率很低，是二氧化碳排放的主要來源?？傮w而言，目前仍有相當數(shù)量的工業(yè)副產(chǎn)氣直接排放，對環(huán)境造成了一定程度的污染，也有一定比例的副產(chǎn)氣直接燃燒，未得到高附加值利用。工業(yè)副產(chǎn)氣資源化利用技術(shù)主要包含凈化、分離純化、轉(zhuǎn)化、合成等。工業(yè)副產(chǎn)氣中含有粉塵、焦油、萘、苯、氨、氰化物、硫化物、磷化物、砷化物、氟化物、氯化物、氮氧化物等諸多雜質(zhì)組分，組分復雜，含量較高且波動大，各組分之間干擾性強，開發(fā)有針對性的凈化劑及凈化技術(shù)與工藝是解決工業(yè)副產(chǎn)氣凈化難題的關(guān)鍵。凈化后的工業(yè)副產(chǎn)氣需要經(jīng)過凈化分離得到氫氣、甲烷、一氧化碳、乙烯等高價值資源，如果后續(xù)產(chǎn)品需要，還可經(jīng)過催化轉(zhuǎn)化合成甲醇、甲烷等。因此，研究開發(fā)高效且成本低廉的凈化和分離提純技術(shù)是工業(yè)副產(chǎn)氣資源化利用過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。分離技術(shù)可根據(jù)副產(chǎn)氣的組成和分子特性，采用吸附、吸收、膜分離、低溫精餾等技術(shù)以及多種技術(shù)的耦合工藝來實現(xiàn)。對于氫氣、甲烷、一氧化碳、乙烯等資源的回收，目前應用最多的是變壓吸附分離技術(shù)，可以根據(jù)需要將目標組分分離提純至90.0%~99.999%。變壓吸附技術(shù)具有工藝流程簡捷高效，裝置自動化程度高且運行穩(wěn)定、開停車方便，產(chǎn)品氣純度高且成本較低，過程低碳節(jié)能、適用氣源廣等特點。
數(shù)十年來，以西南化工研究設計院為代表的研究機構(gòu)深耕于工業(yè)副產(chǎn)氣資源化技術(shù)的研究開發(fā)與工業(yè)化應用，形成了以吸附-分離-轉(zhuǎn)化-合成為核心的工業(yè)副產(chǎn)氣資源化利用系列技術(shù)，包括工業(yè)副產(chǎn)氣高效制氫(含燃料電池用氫)、電石爐尾氣等提純一氧化碳、焦爐煤氣(補二氧化碳)制甲醇、轉(zhuǎn)爐煤氣制甲醇、焦爐煤氣(補二氧化碳)制天然氣、煉廠氣回收低碳烴、煙道氣變壓吸附捕集二氧化碳、垃圾填埋氣提純甲烷等多項成套技術(shù)，推廣建成各類工業(yè)副產(chǎn)氣資源化利用裝置1000余套，為我國工業(yè)副產(chǎn)氣的資源化利用與碳減排作出了積極的貢獻。
本書系統(tǒng)介紹了我國在工業(yè)副產(chǎn)氣資源化利用的研究開發(fā)和工程應用方面取得的技術(shù)進步和主要成果。全書共11章，第1章介紹了工業(yè)副產(chǎn)氣排放及利用情況，對其資源化利用的碳減排效應進行了分析和計算，指出工業(yè)副產(chǎn)氣資源化利用具有較大的碳減排效應和經(jīng)濟價值。第2章介紹了焦爐煤氣資源化利用的技術(shù)及工業(yè)應用，較全面地闡述了焦爐煤氣制氫、制甲醇、制天然氣等技術(shù)特點和主要工業(yè)應用。第3章介紹了低階煤熱解氣的利用，主要是蘭炭尾氣的資源化利用，給出了翔實的計算與應用數(shù)據(jù)。第4章介紹了煉廠氣的利用技術(shù)，重點描述了煉廠重整氣等副產(chǎn)氣提氫和催化裂化干氣、焦化干氣等回收低碳烴的技術(shù)及工業(yè)應用。第5章介紹了轉(zhuǎn)爐氣和高爐氣的利用技術(shù)，主要是轉(zhuǎn)爐氣和高爐氣中一氧化碳的高值利用，配合焦爐煤氣調(diào)節(jié)氫碳比，生產(chǎn)甲醇、天然氣等化學品。第6章介紹了電石爐尾氣和黃磷尾氣的利用技術(shù)，重點介紹了這類氣體的凈化技術(shù)，以及分離提純一氧化碳技術(shù)及工業(yè)應用。第7章介紹了氯堿與氯酸鈉副產(chǎn)氣的利用技術(shù)，主要是氯堿與氯酸鈉副產(chǎn)氫氣提純工藝技術(shù)與氫能應用、氯乙烯尾氣中回收氫氣與氯乙烯技術(shù)特點及其較好的經(jīng)濟效益。第8章介紹了沼氣、填埋氣以及煤層氣的利用技術(shù)，著重介紹了從這類含甲烷氣體中分離提純甲烷的工藝以及工業(yè)應用。第9章介紹了甲醇弛放氣、合成氨弛放氣、丙烷脫氫尾氣的高價值利用技術(shù)，以分離制氫為主，同時也介紹了甲醇弛放氣制甲醇的獨特工藝及工業(yè)應用。第10章介紹了各類含硫工業(yè)尾氣的利用技術(shù)，主要有尾氣凈化、硫回收及硫的下游利用等技術(shù)。第11章介紹了煙道氣、發(fā)酵氣等富二氧化碳氣體的捕集、利用技術(shù)，較系統(tǒng)地闡述了各類副產(chǎn)氣二氧化碳分離、提純等捕集技術(shù)以及二氧化碳轉(zhuǎn)化利用技術(shù)，為碳減排提供了技術(shù)支持。
書中列舉了大量工業(yè)副產(chǎn)氣資源化利用的工程實例，可供教學、科研、工程設計、項目規(guī)劃、生產(chǎn)管理人員參考。
本書由陳健負責全書內(nèi)容策劃、設計、組織、審稿和定稿，并參與第1章、第2章、第4章、第5章、第6章、第8章等部分章節(jié)的撰寫。本書撰寫人員還有王嘯(第7章及全書校審)、鄭珩(第2章)、王良輝(第3章及第2章部分章節(jié)的編寫和校審)、李克兵(第4章、第8章)、張新波(第10章、第11章)、林必華(第9章)、張劍鋒(第6章)、姬存民(第1章)、蹇守華(第5章)。
孫炳、王鍵、張崇海、楊云、王大軍、喬莎、鄭建川、李揚、郭繼奎、陶濤、卜令兵、蘇敏、李旭、張俊、熊波、陶宇鵬、吳魏、張明勝、金顯杭、吳路平、馬磊、楊先忠、龍雨謙、楊寬輝、張俊杰、趙明正、張樹楊、劉艷艷、劉永、胡志彪、葛德翠、周君等參與了資料收集、部分撰稿、校審和圖表繪制等工作，在此表示感謝!
最后，還要特別感謝為工業(yè)副產(chǎn)氣資源化利用技術(shù)研究和工程開發(fā)作出貢獻的西南化工研究設計院老一輩技術(shù)專家和工程技術(shù)人員以及相關(guān)合作單位的專家!
由于知識面和水平有限，書中難免有不足和疏漏之處，敬請讀者批評指正。

陳健
2023年10月

第1章緒論 001
1.1工業(yè)副產(chǎn)氣的來源與種類 002
1.1.1工業(yè)副產(chǎn)氣的來源 002
1.1.2工業(yè)副產(chǎn)氣的種類 002
1.2工業(yè)副產(chǎn)氣的排放與利用狀況 003
1.2.1國內(nèi)工業(yè)副產(chǎn)氣的排放與利用狀況 003
1.2.2國外工業(yè)副產(chǎn)氣的排放與利用狀況 010
1.3工業(yè)副產(chǎn)氣利用的相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策 011
1.4工業(yè)副產(chǎn)氣利用與碳減排 011
1.4.1工業(yè)副產(chǎn)氣碳排放概況 012
1.4.2工業(yè)副產(chǎn)氣資源化利用與碳減排分析 013
1.4.3工業(yè)副產(chǎn)氣資源化利用與碳減排展望 015
參考文獻 016

第2章焦爐煤氣 018
2.1焦爐煤氣的性質(zhì)特點與現(xiàn)狀 019
2.1.1焦爐煤氣的性質(zhì)特點 019
2.1.2我國焦爐煤氣現(xiàn)狀 020
2.2焦爐煤氣利用關(guān)鍵技術(shù) 022
2.2.1凈化技術(shù) 022
2.2.2壓縮技術(shù) 034
2.2.3轉(zhuǎn)化及變換工藝 036
2.2.4分離技術(shù) 041
2.3焦爐煤氣制氫 043
2.3.1氫氣提純與標準要求 043
2.3.2焦爐煤氣變壓吸附制氫工藝 044
2.4焦爐煤氣制甲醇 048
2.4.1甲醇制備技術(shù) 048
2.4.2焦爐煤氣制甲醇工藝 054
2.5焦爐煤氣制天然氣 056
2.5.1焦爐煤氣制天然氣工藝 057
2.5.2焦爐煤氣制天然氣路線優(yōu)勢與產(chǎn)業(yè)展望 068
2.6焦爐煤氣制合成氨 070
2.6.1合成氨生產(chǎn)技術(shù) 070
2.6.2焦爐煤氣制合成氨工藝 072
2.6.3焦爐煤氣制合成氨路線優(yōu)勢與展望 075
2.7焦爐煤氣制乙醇 075
2.7.1乙醇合成技術(shù) 075
2.7.2焦爐煤氣制乙醇工藝 081
2.7.3乙醇下游產(chǎn)業(yè)鏈展望 090
2.8焦爐煤氣綜合利用 092
2.8.1焦爐煤氣多聯(lián)產(chǎn)利用技術(shù) 092
2.8.2焦爐煤氣制合成氣及下游高值化學品展望 094
2.9焦爐煤氣與二氧化碳綜合利用 098
2.9.1焦爐煤氣補二氧化碳重整制合成氣 098
2.9.2焦爐煤氣補二氧化碳制甲醇 101
2.9.3焦爐煤氣補二氧化碳制LNG 103
2.9.4焦爐煤氣補二氧化碳技術(shù)路線意義及展望 104
參考文獻 105

第3章低階煤熱解氣 110
3.1低階煤熱解氣的種類、性質(zhì)特點及排放利用現(xiàn)狀 111
3.1.1高氮低階煤熱解氣（蘭炭尾氣） 111
3.1.2低氮低階煤熱解氣 112
3.1.3低階煤熱解氣的特點 113
3.1.4我國低階煤熱解氣的排放和利用現(xiàn)狀 113
3.2低階煤熱解氣資源化綜合利用途徑 114
3.3低階煤熱解氣制氫 115
3.3.1低階煤熱解氣直接提氫 115
3.3.2低階煤熱解氣變換提氫 118
3.3.3低階煤熱解氣轉(zhuǎn)化制氫 120
3.3.4熱解氣制氫綜合計算數(shù)據(jù)比較 123
3.4低階煤熱解氣制天然氣 124
3.4.1低階煤熱解氣制天然氣典型工藝路線 124
3.4.2低階煤熱解氣完全甲烷化制天然氣 125
3.4.3低階煤熱解氣部分甲烷化制天然氣 128
3.4.4低階煤熱解氣無甲烷化制天然氣 130
3.5低階煤熱解氣制低碳化學品合成氣 133
3.5.1低階煤熱解氣常規(guī)轉(zhuǎn)化制化學品合成氣 133
3.5.2低階煤熱解氣帶CO2 循環(huán)的轉(zhuǎn)化制化學品合成氣 136
3.6低階煤熱解氣制合成氨 139
3.6.1低階煤熱解氣變換工藝制合成氨 140
3.6.2低階煤熱解氣轉(zhuǎn)化工藝制合成氨 142
3.6.3低階煤熱解氣制合成氨綜合計算數(shù)據(jù)比較 145
3.7結(jié)語與展望 145
參考文獻 146

第4章煉廠氣 147
4.1煉廠氣的種類及特點 148
4.1.1催化裂化干氣 148
4.1.2延遲焦化尾氣 149
4.1.3催化重整尾氣 150
4.1.4其他富氫氣源 152
4.2我國煉廠氣排放現(xiàn)狀 153
4.2.1排放情況 153
4.2.2利用情況 154
4.3煉廠氣制氫 155
4.3.1煉廠氣制氫工藝 155
4.3.2煉廠氣制燃料電池用氫氣工藝 158
4.3.3煉廠氣制氫工業(yè)應用 158
4.4煉廠氣回收碳二資源 161
4.4.1碳二回收技術(shù) 161
4.4.2吸附法回收碳二工藝 162
4.4.3煉廠氣回收碳二工業(yè)應用 165
4.5煉廠氣綜合利用展望 167
4.5.1煉廠氣制氫發(fā)展與展望 167
4.5.2煉廠氣回收碳二發(fā)展與展望 168
4.5.3水合物分離技術(shù) 169
參考文獻 170

第5章轉(zhuǎn)爐氣、高爐氣 172
5.1轉(zhuǎn)爐氣、高爐氣的性質(zhì)及特點 173
5.1.1轉(zhuǎn)爐氣 173
5.1.2高爐氣 174
5.2我國轉(zhuǎn)爐氣、高爐氣排放及利用現(xiàn)狀 175
5.2.1排放量綜述 175
5.2.2排放分布現(xiàn)狀 176
5.2.3利用現(xiàn)狀 177
5.3轉(zhuǎn)爐氣、高爐氣資源化利用 178
5.3.1凈化技術(shù) 178
5.3.2轉(zhuǎn)爐氣分離提純一氧化碳 182
5.3.3轉(zhuǎn)爐氣制化學品 184
5.3.4高爐氣富化技術(shù) 186
5.3.5高爐氣制合成氨 187
5.4轉(zhuǎn)爐氣、高爐氣應用展望 189
5.4.1探索氫冶金等新興的低碳技術(shù) 189
5.4.2通過技術(shù)耦合制備化學品 190
5.4.3開發(fā)優(yōu)質(zhì)吸附劑或吸收劑，高收率提取高價值氣體 190
5.4.4開發(fā)低能耗、低成本的新技術(shù) 191
參考文獻 192

第6章電石爐尾氣、黃磷尾氣 193
6.1電石爐尾氣、黃磷尾氣的來源及特點 194
6.1.1電石爐尾氣的來源及特點 194
6.1.2黃磷尾氣的來源及特點 196
6.2我國電石爐尾氣、黃磷尾氣排放現(xiàn)狀 197
6.2.1電石爐尾氣排放及分布情況 197
6.2.2黃磷尾氣排放及分布情況 199
6.3電石爐尾氣、黃磷尾氣利用關(guān)鍵技術(shù) 201
6.3.1電石爐尾氣利用關(guān)鍵技術(shù) 201
6.3.2黃磷尾氣利用關(guān)鍵技術(shù) 204
6.4電石爐尾氣、黃磷尾氣的工業(yè)應用 205
6.4.1典型的CO 利用技術(shù) 207
6.4.2電石爐尾氣制甲醇工程案例1 208
6.4.3電石爐尾氣制甲醇工程案例2 211
6.4.4黃磷尾氣制甲酸工程案例 216
6.5電石爐尾氣、黃磷尾氣利用展望 218
參考文獻 219

第7章氯堿副產(chǎn)氣、氯酸鈉副產(chǎn)氣 221
7.1氯堿副產(chǎn)氣、氯酸鈉副產(chǎn)氣的特點及現(xiàn)狀 222
7.1.1氯堿副產(chǎn)氣、氯酸鈉副產(chǎn)氣的種類與特點 223
7.1.2氯堿副產(chǎn)氣、氯酸鈉副產(chǎn)氣現(xiàn)狀 224
7.2氯堿副產(chǎn)氣、氯酸鈉副產(chǎn)氣利用的關(guān)鍵技術(shù) 225
7.2.1凈化技術(shù) 225
7.2.2分離技術(shù) 226
7.3氯乙烯精餾尾氣回收氯乙烯、乙炔和氫氣 228
7.3.1氯乙烯尾氣回收技術(shù)的發(fā)展 228
7.3.2典型氯乙烯精餾尾氣回收工藝 229
7.3.3氯乙烯精餾尾氣資源化利用的經(jīng)濟評價 232
7.4副產(chǎn)氣中氫氣的純化與工業(yè)應用 232
7.4.1氯堿副產(chǎn)氫氣的純化 233
7.4.2氯酸鈉副產(chǎn)氫氣的純化 235
7.5副產(chǎn)氫氣資源化利用與碳減排的展望 237
7.5.1發(fā)展規(guī)?；臍淠墚a(chǎn)業(yè) 237
7.5.2副產(chǎn)氫氣與一氧化碳合成有機化學品 237
7.5.3實現(xiàn)二氧化碳化學利用與碳減排 238
參考文獻 239

第8章沼氣、填埋氣、煤層氣 240
8.1沼氣、填埋氣、煤層氣的組成特點及利用現(xiàn)狀 241
8.1.1沼氣、填埋氣、煤層氣的組成特點 241
8.1.2沼氣、填埋氣、煤層氣的利用現(xiàn)狀 242
8.2沼氣、填埋氣、煤層氣利用關(guān)鍵技術(shù) 244
8.2.1凈化技術(shù) 244
8.2.2分離技術(shù) 245
8.3沼氣、填埋氣提濃制天然氣工業(yè)應用 247
8.3.1典型工藝流程 247
8.3.2工業(yè)應用實例 248
8.4煤層氣工業(yè)應用 249
8.4.1典型工藝流程 249
8.4.2煤層氣工業(yè)應用實例 249
8.5沼氣、填埋氣、煤層氣利用展望 250
參考文獻 251

第9章甲醇弛放氣、合成氨弛放氣、丙烷脫氫尾氣 252
9.1排放氣的種類及特點 253
9.1.1甲醇弛放氣 253
9.1.2合成氨弛放氣 255
9.1.3丙烷脫氫尾氣 256
9.2甲醇弛放氣利用 259
9.2.1甲醇弛放氣制氫 259
9.2.2甲醇弛放氣合成甲醇 260
9.2.3甲醇弛放氣合成氨 260
9.3合成氨弛放氣利用 261
9.3.1合成氨弛放氣制氫技術(shù) 261
9.3.2典型案例 263
9.4丙烷脫氫尾氣利用 263
9.5排放氣利用展望 264
9.5.1富氫排放氣耦合多級高效利用 264
9.5.2富氫排放氣大型化開發(fā)和應用 265
參考文獻 266

第10章含硫工業(yè)尾氣 267
10.1含硫工業(yè)排放氣現(xiàn)狀及特點 268
10.2含硫工業(yè)尾氣凈化 269
10.2.1含硫工業(yè)尾氣凈化技術(shù) 269
10.2.2含硫工業(yè)尾氣凈化展望 288
10.3含硫工業(yè)尾氣資源化利用 289
10.3.1硫黃生產(chǎn)技術(shù) 289
10.3.2合成化學品技術(shù) 293
10.3.3含硫工業(yè)尾氣資源化利用展望 297
參考文獻 297

第11章煙道氣、發(fā)酵氣等富二氧化碳氣 299
11.1富二氧化碳氣體排放現(xiàn)狀及特點 300
11.2二氧化碳捕集技術(shù) 301
11.2.1物理吸收法 301
11.2.2膜分離法 302
11.2.3低溫精餾法 303
11.2.4化學吸收法 303
11.2.5變壓吸附法 306
11.3二氧化碳利用技術(shù) 313
11.3.1化學品合成技術(shù) 313
11.3.2采油應用 319
11.4二氧化碳捕集與利用展望 321
參考文獻 321