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石油和天然氣廢水的復(fù)合處理工藝

Chemical Engineering，2012，119（11）：14

美國New Sky Energy公司與212 Resources公司合作，將兩公司的技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于從石油和天然氣鉆井廢水中回收純水及有用無機(jī)化學(xué)品。

212 Resources公司開發(fā)了一種蒸氣壓精餾工藝，可將不同總可溶性固體濃度（TDS）的鹽溶液進(jìn)行濃縮并生產(chǎn)出純水，回用于鉆井、完井及油氣生產(chǎn)中。濃縮后鹽溶液的TDS高達(dá)300 000 mg/L，作為進(jìn)料用于New Sky Energy公司的工藝。該工藝包括一個(gè)專利的電化學(xué)反應(yīng)器及一個(gè)化學(xué)沉淀器，可將高濃度的鹽溶液有效轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)品。New Sky Energy公司的電化學(xué)反應(yīng)器可將鹽溶液分解為酸、堿、氫氣、氧氣或氯氣。氫氧根可與二氧化碳廢氣反應(yīng)生成碳酸鈉和碳酸氫鈉，而氯氣可用于制造鹽酸和漂白劑。在該過程中，料液在加入反應(yīng)器之前要用軟水劑事先除去鈣離子和鎂離子。

New Sky Energy公司及212 Resources公司將于2013年冬在美國德克薩斯啟動(dòng)一套該聯(lián)合工藝的工業(yè)化中試裝置。

一種新型揮發(fā)性有機(jī)化合物降解用光催化劑

Chemical Engineering，2012，119（12）：14

日本昭和電工集團(tuán)的子公司Showa Titanium公司開發(fā)了一項(xiàng)具有高水平催化活性的二氧化鈦微粒的生產(chǎn)工藝。該工藝與日本北海道大學(xué)的Bunsho Ohtani教授合作開發(fā)，并得到日本新能源與工業(yè)技術(shù)開發(fā)組織的資助。Showa Titanium公司目前正在該公司的中試工廠進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)試驗(yàn)，預(yù)計(jì)于2013年底實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

作為催化劑，這些二氧化鈦微粒在紫外光下可導(dǎo)致強(qiáng)烈的氧化和還原反應(yīng)，從而分解一系列的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）。這些二氧化鈦微粒還具有極端的親水性，使水伸展成薄膜，該性能可使其成為利用太陽能凈化空氣的有用材料，應(yīng)用于防霧玻璃及建筑物外表面的抗污涂層等方面。

雖然眾所周知，二氧化鈦的光催化活性隨顆粒變小而增強(qiáng)，但常規(guī)的二氧化鈦微粒制造方法經(jīng)常造成晶體缺陷，從而降低其光轉(zhuǎn)化率及催化活性。為了避免該問題，Showa Titanium公司開發(fā)了一種氣相生產(chǎn)工藝，可制造出極小缺陷的十面體的二氧化鈦微粒。除了具有更好的光催化性能以外，這些低缺陷二氧化鈦微粒作為功能材料還具有其他方面的應(yīng)用潛力，如制造陶瓷電容器。

微生物法用廢氣生產(chǎn)醋酸的放大試驗(yàn)

Chemical Engineering，2012，119（12）：13

馬來西亞國營石油公司根據(jù)與工藝發(fā)明方LanzaTech公司的協(xié)議，將在其位于吉隆坡的一座工廠建設(shè)一套利用工業(yè)廢氣中二氧化碳生產(chǎn)醋酸的示范裝置。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)于2013年后期啟動(dòng)，規(guī)模上與采用LanzaTech工藝從廢氣中一氧化碳生產(chǎn)乙醇及2，3-丁二醇的一套示范裝置相似。后者已于2012年4月在上海寶鋼集團(tuán)有限公司啟動(dòng)，每年生產(chǎn)300 t乙醇。

該工藝與一氧化碳技術(shù)的相似之處在于二者都是采用含有經(jīng)優(yōu)化的自然菌群的發(fā)酵培養(yǎng)基生產(chǎn)產(chǎn)品。廢氣被噴入培養(yǎng)基溶液中，在35~40 ℃條件下二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成醋酸及水。廢氣中的剩余成分穿過反應(yīng)器，不參與反應(yīng)。

與一氧化碳不同，二氧化碳易溶于水，因此使該二氧化碳工藝更為高效。LanzaTech公司計(jì)劃采用逆流萃取法從溶液中回收醋酸（而一氧化碳工藝是采用蒸餾法制取乙醇）。二氧化碳在許多工業(yè)廢氣中都存在，可占原料天然氣的50%~60%。而該工藝所需的氫氣可從不同的低值原料得到，如焦?fàn)t煤氣、氫氣生產(chǎn)廢氣及煉廠氣。這些氣源的特點(diǎn)是不能滿足化工廠及煉油廠對(duì)氫氣濃度及壓力的要求，而且為此而升級(jí)的成本將會(huì)很高。

（以上由葉晶菁供稿）

用人工濕地處理廢水

Chem Eng，2014-02-01

目前，美國A lcoa公司的一項(xiàng)用于廢水處理的采用自然植被的人工濕地技術(shù)已首次實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。與常規(guī)的槽式廢水處理系統(tǒng)相比，該人工濕地技術(shù)可降低投資及運(yùn)行費(fèi)用，還可降低能耗。

A lcoa公司自2004年開始開發(fā)其濕地技術(shù)，并與德國Bauer Resources公司合作，將該技術(shù)在全世界推廣?，F(xiàn)在，它們正使該技術(shù)應(yīng)用于A lcoa公司以外的領(lǐng)域，以代替陳舊的市政或工業(yè)廢水處理設(shè)施。Bauer Resources公司負(fù)責(zé)安裝、設(shè)計(jì)及施工，Alcoa公司負(fù)責(zé)技術(shù)開發(fā)。

該技術(shù)由3步驟組成。首先，經(jīng)沉淀池和厭氧池去除廢水中的固體、金屬及有機(jī)物。然后，廢水流入生長有濕地植被的人工設(shè)計(jì)的區(qū)塊。在表層下的水流中，含氮和磷化合物隨著外加有機(jī)物一同被去除。這些區(qū)塊中的濕地植物的品種是根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚝铜h(huán)境而特殊挑選的，而且這些區(qū)塊還能根據(jù)停留時(shí)間（通常為1～3 d）的要求而建造。最后，廢水進(jìn)入一個(gè)鋁礬土過濾池，進(jìn)行最后的澄清和消毒處理。

該系統(tǒng)出水的水質(zhì)與常規(guī)處理系統(tǒng)的水質(zhì)相當(dāng)或更好，適于作為灌溉或工藝用水。此外，該人工濕地技術(shù)所需要的場地面積與常規(guī)廢水處理系統(tǒng)一樣，而費(fèi)用和能耗卻降低了。

（以上由葉晶菁供稿）

Graboplast公司投資PVC回收裝置

Eur Plast News，2013-12-23

匈牙利乙烯基地板制造商Graboplast公司近期在匈牙利西部Tatabánya推出其新的耗資272萬歐元的聚氯乙烯（PVC）回收裝置，將使生產(chǎn)成本大幅降低。據(jù)報(bào)道，由于該新建的PVC再生工廠的產(chǎn)能為1 kt/a，待新廠正式投產(chǎn)運(yùn)營后，公司位于Tatabánya和Gy?r地區(qū)的兩座PVC地板生產(chǎn)廠每年將節(jié)約6%～8%的原材料消耗。產(chǎn)品特性沒有任何變化。

該P(yáng)VC再生加工廠采用的是Graboplast公司的專利技術(shù)，總占地面積600 m2，借助于歐盟和匈牙利政府提供的80萬歐元資金而建造。據(jù)該公司報(bào)道，該技術(shù)采用了一種特殊的研磨工藝，把PVC地板打成碎片，然后將其冷卻到-100 ℃，將所得的玻璃狀的PVC片材通過氣化重新用于新產(chǎn)品的生產(chǎn)。

同時(shí)，設(shè)在Gy?r的該公司已經(jīng)著手進(jìn)一步擴(kuò)大項(xiàng)目的工作，已開始在Tatabánya建設(shè)一套新的耗資2千萬歐元的PVC地板生產(chǎn)裝置，用于生產(chǎn)高檔乙烯基地磚（ LVT ）地板。該產(chǎn)品在市場中的占有率將以每年15%的速度增長。

（以上由彭琳供稿）

自清潔電池將廢水轉(zhuǎn)化為消毒劑

Chem Eng，2014-02-01

對(duì)煉油及石油化工廢水的處理處置常常是一項(xiàng)令人頭痛的任務(wù)——因?yàn)榄h(huán)境、經(jīng)濟(jì)、后勤保障等方面的法規(guī)，特別是對(duì)于廢水中含鹽量的規(guī)定，非常嚴(yán)格。然而，許多廢水實(shí)際上含有許多有用成分，如氯化物可通過電解轉(zhuǎn)化為次氯酸鈉等氧化劑或消毒劑，用于下游的其他廢水處理工序中。

美國M IOX公司正在進(jìn)行一項(xiàng)中試研究，用一種新型電池處理高濃度含氯廢水，并生成含氯氧化劑。生成了含氯氧化劑的處理出水可回用于處理過程，以去除其他污染物并進(jìn)行消毒。通過采用該工藝，處理費(fèi)用和原料費(fèi)用都會(huì)有大幅下降。

用人工濕地處理廢水

Chem Eng，2014-02-01

目前，美國A lcoa公司的一項(xiàng)用于廢水處理的采用自然植被的人工濕地技術(shù)已首次實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。與常規(guī)的槽式廢水處理系統(tǒng)相比，該人工濕地技術(shù)可降低投資及運(yùn)行費(fèi)用，還可降低能耗。

A lcoa公司自2004年開始開發(fā)其濕地技術(shù)，并與德國Bauer Resources公司合作，將該技術(shù)在全世界推廣?，F(xiàn)在，它們正使該技術(shù)應(yīng)用于A lcoa公司以外的領(lǐng)域，以代替陳舊的市政或工業(yè)廢水處理設(shè)施。Bauer Resources公司負(fù)責(zé)安裝、設(shè)計(jì)及施工，Alcoa公司負(fù)責(zé)技術(shù)開發(fā)。

該技術(shù)由3步驟組成。首先，經(jīng)沉淀池和厭氧池去除廢水中的固體、金屬及有機(jī)物。然后，廢水流入生長有濕地植被的人工設(shè)計(jì)的區(qū)塊。在表層下的水流中，含氮和磷化合物隨著外加有機(jī)物一同被去除。這些區(qū)塊中的濕地植物的品種是根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚝铜h(huán)境而特殊挑選的，而且這些區(qū)塊還能根據(jù)停留時(shí)間（通常為1～3 d）的要求而建造。最后，廢水進(jìn)入一個(gè)鋁礬土過濾池，進(jìn)行最后的澄清和消毒處理。

該系統(tǒng)出水的水質(zhì)與常規(guī)處理系統(tǒng)的水質(zhì)相當(dāng)或更好，適于作為灌溉或工藝用水。此外，該人工濕地技術(shù)所需要的場地面積與常規(guī)廢水處理系統(tǒng)一樣，而費(fèi)用和能耗卻降低了。

（以上由葉晶菁供稿）

日本東麗公司開發(fā)出超低壓耐久性反滲透膜

化學(xué)工業(yè)時(shí)報(bào)（日），2014（ 2856）：4

日本東麗公司采用其獨(dú)有的微細(xì)構(gòu)造控制技術(shù)，開發(fā)出具有高透水性及耐久性的“超低壓耐久性反滲透（RO）膜”。

濃水溶液與稀水溶液用半透明膜隔離，使之相接觸，利用濃度差形成滲透壓，稀水溶液的水向濃水溶液轉(zhuǎn)移。而如果在濃水溶液一側(cè)施加比滲透壓還大的壓力，水將通過半透明膜向稀水溶液轉(zhuǎn)移。利用這種現(xiàn)象的膜分離法稱之為反滲透法，反滲透所使用的膜稱之為RO膜。為了解決全球水資源不足和水質(zhì)惡化等問題，RO膜作為水處理材料在全球的水處理裝置上廣泛使用。但為了得到高標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)，希望RO膜要具有除去有害物質(zhì)、節(jié)能及透水率高的性能。并且，近年來，隨著市政污水等各種各樣的廢水需要處理，RO膜的用途不斷擴(kuò)大。對(duì)此東麗公司開發(fā)出上述“超低壓耐久性RO膜”。

該RO膜主要通過控制交聯(lián)聚酰胺分子間的相互作用，擴(kuò)大了一般水分子無法透過的聚酰胺分子間的細(xì)微空隙，并增加了透水性細(xì)孔的數(shù)量，以此實(shí)現(xiàn)了在低壓運(yùn)行條件下的高透水性，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能30%。另外，該膜的核心分離機(jī)能層對(duì)酸堿、微量氯等化學(xué)藥劑也具有高耐久性。

（以上由張司苒供稿）

利用藻類處理廢水

Chem Eng，2014-06-01

A lgal科學(xué)公司開發(fā)了一項(xiàng)技術(shù)，可以利用藻類經(jīng)單一步驟，從中濃度到高濃度的廢水中除去可溶性有機(jī)物、氮和磷。該技術(shù)是涉及使用細(xì)菌和化學(xué)處理的多步處理工藝的一種替代。

該公司的Hypertrophic水處理工藝從根本上說是在緊湊的生長池中建立可控的藻類過量繁殖。經(jīng)篩選及馴化的藻類可降低廢水的BOD5和營養(yǎng)物質(zhì)的量，使出水滿足監(jiān)管要求或減少廢水附加費(fèi)。

A lgal科學(xué)公司的CEO稱，因?yàn)樵孱惪赏瑫r(shí)處理有機(jī)污染物和營養(yǎng)物質(zhì)，免去了反硝化和磷去除工藝步驟， 因此降低了投資和運(yùn)營成本。此外，藻類處理過程產(chǎn)生的副產(chǎn)物生物質(zhì)還可用作肥料或熱鍋爐的燃料。

隨著藻類品種的開發(fā)并使之適應(yīng)工藝環(huán)境，該公司已開發(fā)用于藻類種植和收獲的專利方法，最大限度地減少該工藝所需的物理空間。A lgal科學(xué)公司現(xiàn)在可提供其廢水處理技術(shù)的許可證。

（以上由趙淑戰(zhàn)供稿）

陶瓷膜過濾及臭氧氧化聯(lián)用技術(shù)處理廢水

Chem ical Engineering，2013，120（9）：11，12

為了考察陶瓷膜及臭氧對(duì)澳大利亞Melbourne Water’s公司東方處理廠廢水的處理性能，建立了一套2.5 m3/h的中試裝置，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)高通量、微污染廢水的處理。該項(xiàng)目于近期完成，目的是檢驗(yàn)荷蘭PWN技術(shù)公司的CeraMac技術(shù)。盡管該技術(shù)已應(yīng)用于荷蘭、英國、美國及新加坡，該項(xiàng)澳大利亞的中試試驗(yàn)因?yàn)樯婕岸纬鏊蚨仟?dú)特的。該試驗(yàn)的結(jié)果還顯示對(duì)大腸桿菌的去除有促進(jìn)作用。

高水平的廢水處理技術(shù)通常包括3個(gè)步驟：微濾、反滲透、深度氧化。與大多數(shù)地表水的處理僅通過膜過濾即可完成相比，這是昂貴的。目前的項(xiàng)目可通過單一步驟達(dá)到相同的處理效果。CeraMac技術(shù)的關(guān)鍵在于，多達(dá)192個(gè)陶瓷組件置于同一個(gè)不銹鋼容器中，而不是將陶瓷膜模塊放在各自獨(dú)立的不銹鋼箱體中。這使得陶瓷膜系統(tǒng)比聚合物膜系統(tǒng)更有成本競爭性。臭氧可直接作用于膜表面，降解微小污染物，這使得該系統(tǒng)可在很高的流速（通量）下工作而幾乎不損失水。

根據(jù)PWN公司的數(shù)據(jù)，該技術(shù)比聚合物膜節(jié)省約30%的成本。該公司介紹，新加坡進(jìn)行的一項(xiàng)長達(dá)18個(gè)月的處理地表水的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)顯示出很好的處理效果，與聚合物膜系統(tǒng)相比節(jié)省了40%的費(fèi)用，且由于與臭氧氧化技術(shù)聯(lián)用（即采用CeraMac技術(shù)），該廠的日處理能力從1.2×106L/d提高到3×106L/d。

增加水泥強(qiáng)度并減少碳排放的新技術(shù)

Chem ical Engineering， 2013，120（9）： 12

水泥生產(chǎn)企業(yè)是綠色氣體的主要排放源之一，這緣于兩個(gè)原因：1）在水泥生產(chǎn)過程中，當(dāng)CaCO3經(jīng)煅燒轉(zhuǎn)化為石灰（CaO）時(shí)會(huì)釋放CO2；2）石灰窯的操作溫度達(dá)1 500 ℃，因此需要消耗相當(dāng)多的燃料。

美國Solidia Technologies公司開發(fā)了一項(xiàng)技術(shù)，通過在混凝土固化過程中使用CO2作為反應(yīng)物，以及采用更低窯溫（1 200 ℃）的化學(xué)合成法生產(chǎn)水泥，可使終產(chǎn)物混凝土的CO2排放量與常規(guī)混凝土相比減少70%。

普通的Portland水泥是靠CaO（來自石灰石）與Si（來自黏土）之間的鍵合形成二鈣或三鈣硅酸鹽。當(dāng)加入水后，這些化合物變成水合物，使混凝土變硬。在Solidia Technologies公司的混凝土中，采用一項(xiàng)稱為活性水熱液相增稠法（rHLPD）的專利技術(shù)促進(jìn)硅酸一鈣（CaSiO3）與CO2的鍵合，從而使材料固化，而不是依賴水合物的形成。為了使混凝土硬化，CO2被引入含水的水泥泥漿中，CO2氣體溶解后開始將Ca從CaSiO3中浸出。該過程形成的CaCO3從溶液中沉淀出來，與顆粒物原位結(jié)合，有效地將CO2固定在水泥中。

在美國Rutgers大學(xué)的研究基礎(chǔ)上，Solidia Technologies公司工藝生產(chǎn)的水泥與傳統(tǒng)水泥相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。除了能從本質(zhì)上降低碳足跡，Solidia Technologies公司工藝制成的混凝土比傳統(tǒng)混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度和更好的耐腐蝕性。在熱力學(xué)上，碳酸鹽比水合物更為穩(wěn)定，同時(shí)，硬化時(shí)間也從3周縮短至8 h。此外，該工藝使用與傳統(tǒng)Portland水泥同樣的原料和主要設(shè)備，不需要對(duì)現(xiàn)有的混凝土供應(yīng)鏈進(jìn)行任何改變。

Solidia Technologies公司已與Rutgers大學(xué)就該技術(shù)簽署了獨(dú)家授權(quán)協(xié)議，并正將該技術(shù)首次用于混凝土預(yù)鑄件的工業(yè)化生產(chǎn)。

（以上由葉晶菁供稿）

CO2捕集的新思路：鳥肺法

Chemical Engineering，2013，120（10）： 11

美國California Irvine大學(xué)的研究人員從自然界得到啟發(fā)，發(fā)明了一種從煙氣中去除CO2的新方法。他們根據(jù)鳥類肺臟的結(jié)構(gòu)和功能開發(fā)了一種合成膜。

鳥類的肺臟是自然界中非常有效的物質(zhì)交換器，且是已知的具有最大比表面積的結(jié)構(gòu)之一。其原因是肺臟嚴(yán)格地、持續(xù)地驅(qū)使氣體通過成百上千的微孔。肺臟內(nèi)有許多較大的氣管分級(jí)地與較小的氣管相連，從而使比表面積最大化而壓力最小化。這樣的層次在肺臟內(nèi)一共有3級(jí)。

研究人員制造合成膜的方法是在兩塊黃銅板間穿入兩種不同直徑的聚乳酸纖維。兩種不同直徑的作用是使纖維集束更加堅(jiān)固和有效。將這種組件制成模塊，然后再注滿聚二甲基硅氧烷（PDMS）。PDMS凝固后，將模塊在適當(dāng)真空度下加熱至大約200 ℃，使纖維解聚，得到一種類似管殼熱交換器的結(jié)構(gòu)。

在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，研究人員將CO2通入較大直徑的通道中，而將乙醇胺（MEA）逆向通入較小直徑的通道中。CO2擴(kuò)散滲出膜后被MEA帶走。研究人員說采用MEA只是因?yàn)榉奖?，但?duì)于大規(guī)模裝置可能需要使用另一種載氣。迄今為止，該裝置的物質(zhì)交換水平低于工業(yè)化中空纖維膜，但該方法提供了一種新思路。此外，還有望通過開發(fā)更細(xì)的毛細(xì)管增加比表面積，從而提高交換性能。

可減少NOx排放的短火焰燃燒器

Chemical Engineering，2013，120（7）： 12

為了遵守越來越嚴(yán)格的NOx排放法規(guī)，企業(yè)經(jīng)常改用NOx排放較低的燃燒器，以避免更為昂貴的如選擇性催化還原（SCR）等燃燒后處理方法。但低NOx排放的燃燒器卻受困于效率及生產(chǎn)能力的明顯損失。

美國ClearSign Combustion公司為了解決這一問題，開發(fā)了一系列新技術(shù)，現(xiàn)正在申請(qǐng)專利。該技術(shù)可在不損失燃油效率的條件下將燃燒時(shí)的NOx產(chǎn)生量有效減少至5×10-6（φ）以下。ClearSign Combustion公司的電子燃燒控制系統(tǒng)（ECC）采用計(jì)算機(jī)調(diào)控電場，操縱帶電粒子的運(yùn)動(dòng)，使其進(jìn)入或環(huán)繞著燃燒器火焰。高壓、低功率的脈沖電場可對(duì)火焰進(jìn)行物理的和化學(xué)的精確控制，包括火焰形狀、熱交換性能等。該ECC系統(tǒng)可應(yīng)用于新型或現(xiàn)有的燃燒器。

ClearSign Combustion公司還開發(fā)了一種新型的具有上層和下層構(gòu)造的燃燒器，允許調(diào)節(jié)火焰的位置，從而使大量煙氣被夾帶進(jìn)燃燒氣中。夾帶煙氣的作用是稀釋可產(chǎn)生NOx的離子及自由基的數(shù)量。這樣可使產(chǎn)生NOx的物質(zhì)更不容易相互接觸而反應(yīng)，因此燃燒過程中產(chǎn)生的NOx更少。這種被稱為Duplex的燃燒器可在從天然氣到丙烷的很大操作范圍內(nèi)保持火焰的穩(wěn)定性，而且還因過剩氧含量較低（φ=1%~3%）而極大地縮短了火焰長度。

通過采用ClearSign Combustion公司的ECC和Duplex技術(shù)，企業(yè)可獲得20%~30%的總?cè)加托室约吧儆?×10-6（φ）的NOx排放量。此外，燃燒時(shí)產(chǎn)生的顆粒物聚結(jié)成團(tuán)，易于去除。該技術(shù)主要應(yīng)用于煉油、發(fā)電、乙烷裂解及其他烴加工過程。

ClearSign Combustion公司已在Duplex燃燒器上進(jìn)行了ECC技術(shù)的規(guī)模為250，000 Btu/h（1 Btu=1055.056 J）的示范試驗(yàn)，目前正尋找燃燒器生產(chǎn)場地的合作者，以幫助實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的工業(yè)化。