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1. 煤基产业的资源循环利用与低碳流程再造

许文娇成怀刚程芳琴

过程工程学报 2023, 23 (3): 323-336. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222158

摘要（151）

HTML （215）

PDF （1394KB）（93）

面向碳中和与碳达峰的战略目标，立足于富煤工业区偏重煤的能源经济结构，讨论了煤基产业在资源循环及低碳生态环境中面临的挑战。首先，基于工业生态与循环经济的路线，从去产能与国土空间规划减排，到过程工业再造减排，再到零碳技术园区的建设，对煤电、化工和过程工业等煤基产业的发展提出了一些建议。其次，介绍了煤基废弃资源循环利用的具体措施，包括焦化废水的深度处理与回用、固体废弃物的材料化/能源化利用，以及低品位资源综合利用的途径等。最后，总结了二氧化碳减排与资源化利用的多种方式，以二氧化碳的矿化固定与绿色转化为主，在实现煤基产业的绿色转型发展的同时，实现超低碳排放。

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2. 面向“双碳”目标流程的离子膜电渗析：机遇与挑战

王皝莹闫军营蒋晨啸陈秉伦汪耀明徐铜文

过程工程学报 2023, 23 (3): 337-349. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222150

摘要（192）

HTML （13）

PDF （2515KB）（98）

逐渐加剧的温室效应以及高盐废水的大量排放给环境带来了很大的负担，碳达峰和碳中和政策要求形成绿色生产生活方式以及加强对资源综合利用，这对实现碳减排具有积极指导作用。而选择对高盐废水进行资源化回收的方式以及开发高效的碳捕捉技术有利于增强碳减排过程。离子膜电渗析因其独特的分离特性可实现对高盐废水的浓缩淡化、分离回用。为了降低温室效应，可采用淡化回收高盐废水和高效捕捉CO2相结合的方式降低CO2浓度，实现碳达峰和碳中和的目标以及对废水的零排放。本工作综述了以离子膜电渗析为基础的传统电渗析、双极膜电渗析、反向电渗析、置换电渗析、选择性电渗析和冲击电渗析等六种电渗析技术的工作原理，以及他们在碳捕捉转化和废水资源化方面的应用进展。展望了新型离子膜电渗析在处理高盐废水的应用前景，同时指出新型离子膜电渗析技术在降低碳排放方面的限制与挑战，最后为新型电渗析技术实现低碳排放提供新思路。

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3. 高炉煤气/转炉煤气低碳高效合成氨工艺流程

刘福建郑勇曹彦宁江莉龙

过程工程学报 2023, 23 (3): 350-358. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222289

摘要（229）

HTML （13）

PDF （24052KB）（153）

作为钢铁生产大国，我国的钢铁年产量已超过10.3亿吨，位居世界第一位。高炉煤气/转炉煤气是以煤炭为原料的高炉炼铁行业的副产品，其年产量高达1.8万亿立方米，实现对高炉煤气/转炉煤气的清洁高效再利用是国家的重大需求。目前，钢铁企业实现高炉煤气及转炉煤气的综合利用主要包括：一种是直接给锅炉、热风炉和加热炉等作为燃料使用；另一种是利用高炉煤气的余压发电，再将发电用后的高炉煤气作为燃料供锅炉、热风炉和加热炉等使用。随着我国能源结构及环保要求的不断完善，综合利用高炉煤气/转炉煤气并按照工业合成氨的原料工艺要求进行净化、配比后制取绿氢，并作为原料用于合成氨，不仅能够满足区域经济发展对绿色合成氨产能的需求，还能够实现高炉煤气/转炉煤气资源重整，促进区域经济绿色发展，符合当前国家对合成氨及钢铁行业提出的节能减排的要求。基于此，本综述对高炉煤气/转炉煤气低碳高效合成氨工艺流程及其优势进行系统分析与展望。

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4. 煤间接液化费托合成浆态床反应器的研究进展

张丽杨勇高军虎张煜张丽丽杨超李永旺

过程工程学报 2023, 23 (3): 359-374. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222151

摘要（166）

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PDF （4445KB）（104）

：随着煤炭间接液化技术在百万吨级商业示范装置上的成功应用，作为其核心设备的费托合成浆态床反应器，涉及气液固三相湍流流动、传热传质及反应，其随反应器直径放大及内构件结构布局的变化而发生改变，进而影响反应器性能的多个复杂过程，导致在反应器设计、放大及操作优化上面临巨大挑战，科研及工业界仍然持续重视。本综述分析了影响浆态床反应器流体力学性能的主要因素，对浆态床反应器的流型、气含率、气泡行为、传热等研究进行了总结。介绍了浆态床反应器核心内构件的结构特点及发展状况，回顾了浆态床在费托合成反应过程中的工业应用历程，并展望了费托合成浆态床的研究趋势。

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5. 二氧化碳甲烷化催化剂及反应机理研究进展

田郡博古芳娜苏发兵张战国许光文

过程工程学报 2023, 23 (3): 375-395. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222027

摘要（661）

HTML （28）

PDF （12772KB）（349）

在“双碳”目标的背景下，明确碳处理路径至关重要。利用可再生能源制得的氢，将二氧化碳(CO2)通过甲烷化反应制备合成天然气(SNG)被广泛认为是一种高效、有前景的碳捕集利用技术，有望实现碳循环利用。近年来，二氧化碳甲烷化催化剂及相关反应机理均取得了许多新进展。鉴于此，本工作对该反应进行了系统的综述。首先，介绍了CO2甲烷化反应的热力学研究中不同反应条件的影响；随后从活性金属、载体、制备方法及辅助技术等四方面介绍了CO2甲烷化催化剂的研究进展，其中活性组分包括非贵金属基(Ni, Fe, Co和Mo)和贵金属基(Ru, Rh, Pt和Pd)，载体包括传统氧化物(Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2和CeO2)和新型载体材料(金属有机框架和碳基材料)，催化剂制备方法包括传统制备方法(浸渍法、共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法和固相合成法)和合成辅助技术(超声波、微波和等离子体等)；总结了CO2甲烷化反应遵循的两条机理路径(甲酸盐路径和CO路径)，并指出CO2甲烷化的具体反应途径与催化剂表面特性(如羟基丰富度和O2-位点)和反应条件(如反应温度和压力)相关；最后提出了当前研究存在的挑战，并对研究前景作出展望。

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6. 离子液体中铝的电沉积及精炼

杨晓晴郑勇王倩杨倩李玉李涛任保增

过程工程学报 2023, 23 (3): 396-410. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222141

摘要（184）

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PDF （8639KB）（105）

国家的“双碳”目标对铝冶炼工业提出了新要求。针对传统Hall-héroult法生产铝存在高能耗、高排放的问题，我国将严守电解铝4500万吨“天花板”，积极开发铝再生技术，2025年实现再生铝产量由2020年的690万吨增至1150万吨。不论是电解制铝还是铝的再生精炼都需要在高温下进行，亟需低碳节能新技术的开发。离子液体中铝的电沉积能在<100℃下进行，能耗大大降低，且没有二氧化碳以及其他污染气体的排放，有望发展成为铝工业生产的一种新型绿色工艺。本综述按照阳离子结构对用于铝电沉积的离子液体体系进行分类，分别论述了相关研究进展，总结了以不同铝基材料作为阳极在离子液体中电解精炼铝的研究。最后，概括了铝电沉积用离子液体电解质体系的特性，并指出了存在的一些问题。

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7. 基于膜一体化技术的中药制药流程再造

郭立玮王永香钟文蔚李鹏彭文博曾浩然

过程工程学报 2023, 23 (3): 411-420. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222079

摘要（125）

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PDF （1035KB）（62）

中药制造业属于高能耗、高物耗(特别是水资源)、以热加工为主的过程工业。“双碳”目标下，中药制药流程的精制、浓缩、挥发油富集、制药工艺用水及注射剂安全保障、溶媒回收与废水处理等工序都面临严重的挑战。膜科技具有重大国家科技战略需求，是我国中药制药工业亟需推广的高新技术，多种膜过程的集成，几乎可与中药制药流程的各主要工序兼容。本工作提出面向中药绿色制造过程的特种膜系列概念，并就“双碳”目标下，采用中药特种“膜一体化”绿色制造技术，再造中药制药流程的有关科学技术问题开展讨论，其中涉及基于本课题组提出的中药“溶液环境”特征参数监控技术的浓缩能耗计算模式，以玉屏风散为模型药物，所获取的膜(反渗透、膜蒸馏)浓缩与蒸发浓缩的能量效率对比结果。提出了中药制药流程“全生命周期碳中和”的概念；以膜科技为核心的分离技术集成是实现中药工业生态园的重要途径。

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