过程工程学报

封面和目录

过程工程学报. 2023, 23(3): 0.

摘要 ( )

PDF (1958KB) ( )

相关文章 | 计量指标

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 ( )

HTML ( )

PDF (1394KB) ( )

相关文章 | 计量指标

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。

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 ( )

HTML ( )

PDF (2515KB) ( )

相关文章 | 计量指标

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。

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 ( )

HTML ( )

PDF (24052KB) ( )

相关文章 | 计量指标

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。

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 ( )

HTML ( )

PDF (4445KB) ( )

相关文章 | 计量指标

：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。

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 ( )

HTML ( )

PDF (12772KB) ( )

相关文章 | 计量指标

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。

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 ( )

HTML ( )

PDF (8639KB) ( )

相关文章 | 计量指标

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。

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 ( )

HTML ( )

PDF (1035KB) ( )

相关文章 | 计量指标

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。

压缩机润滑油雾滤芯过滤性能分析与改进研究

张云德王龙侯亚龙安卫兵畅斌陈锋

过程工程学报. 2023, 23(3): 421-429. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222392

摘要 ( )

HTML ( )

PDF (4469KB) ( )

相关文章 | 计量指标

利用现场高压和实验室常压滤芯性能评价装置，对比了不同工况下的滤芯过滤性能，分析了液体物性和油雾浓度对滤芯过滤性能的影响规律，提出了滤芯改进方法并进行了效果验证。结果表明，由于气液相互作用改变，高压下滤芯过滤效率相比常压略低，但常压工况过滤性能变化规律能反映现场实际运行性能。与气体流量相比，液体黏度对中效滤芯的过滤效率影响更大，且滤芯在过滤高黏度液体时才会出现压降的显著上升。油雾浓度对中效滤芯的压降影响受液体黏度控制，高黏度时压降随油雾浓度升高而升高，但低黏度时压降基本不随油雾浓度变化。由于流量对液滴扩散捕集作用的影响，低流量时滤芯对高黏度液体的过滤效率随油雾浓度降低反而升高。通过调整滤芯内部的滤材组成及排布方式，可实现小尺寸液滴的高效捕集，对癸二酸二辛酯液滴的过滤效率相比原滤芯至少提升50%。研究结果对于指导天然气储运过程中滤芯性能提升与机理认识具有重要意义。

玻纤滤材结构特性及过滤性能的数值模拟研究

游天乐潘政源陆丽莉唐敏梁云

过程工程学报. 2023, 23(3): 430-437. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222064

摘要 ( )

HTML ( )

PDF (2373KB) ( )

相关文章 | 计量指标

基于通量实验优化滤材的方法已经无法快速应对社会、工业对高性能滤材的需求，为了提高新型滤材的研制效率，迫切需要开展纤维滤材结构设计和过滤性能的模拟研究。以往的研究多集中在微米级尺度的纤维滤材模型，而鲜有以亚微米玻璃纤维滤材为对象的研究。本工作以实际多分散的亚微米玻璃纤维及玻纤滤材为基础，从玻璃纤维的表征、滤材的制备及其结构参数的确定，建立更加接近实际滤材结构的三维模型，充分对比了湿法成型工艺抄造的滤材性能与模拟结果的相关性，探究纤维结构模型和性能计算的数学模型对玻纤滤材性能预测的适用性。结果表明，滤材结构模型的平均孔径与实验测量结果趋势一致；过滤阻力和过滤效率比经验模型计算结果更接近于实验测量结果，3种滤材过滤效率实验测量值分别为60.5%, 99.1%, 99.96%，模拟计算结果分别为61%, 99.6%, 100%，两者误差小于1%。采用的滤材结构模型和计算性能的数学模型在玻纤滤材的性能模拟研究中具有较广的适用范围，这将为高性能玻纤滤材的研制提供一种高效的方法。

鼓风式燃气灶低氮燃烧数值模拟研究

徐顺生于东港鞠澄源王京冉伟铃

过程工程学报. 2023, 23(3): 438-450. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222047

摘要 ( )

HTML ( )

PDF (2691KB) ( )

相关文章 | 计量指标

合适的结构、运行参数能显著降低燃烧器的氮氧化物(NOx)和CO排放。基于数值计算的方法建立了35 kW鼓风式燃气灶的数学模型，通过实际运行数据与模拟结果的对比验证了该数值模型的可靠性。采用模拟计算与正交试验相结合的方法，验证了旋流燃烧的合理性，研究了燃烧室高度、空气系数、一、二次风配比以及二次风入射角度对旋流燃气灶燃烧性能的影响。结果表明，上述因素对NOx和CO排放的影响程度不同，影响NOx和CO排放的最主要因素分别为空气系数和一、二次风配比，根据正交数值实验分析，当燃烧室高度为330 mm，空气系数为1.15，一、二次风配比为2:1，二次风入射角度α为60°时，燃烧器NOx和CO排放量最少，计算值分别为13.6和308 mg/m3，较优化前对应的33.0和898 mg/m3分别降低19.4和590 mg/m3。

微量镁对Incoloy825耐蚀合金力学性能的影响

李秋寒龚伟姜周华王鹏飞

过程工程学报. 2023, 23(3): 451-459. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222126

摘要 ( )

HTML ( )

PDF (2236KB) ( )

相关文章 | 计量指标

Incoloy825合金作为一种耐蚀合金应用于海洋工程、石油气等行业，由于此类行业环境较为恶劣，不仅需要材料具有出色的耐蚀性能，对力学性能也有较高的要求。本工作利用25 kg真空感应炉冶炼4炉镁含量分别为0wt%, 0.0012wt%, 0.0030wt%和0.0065wt%的Incoloy825合金，使用金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪，分别对合金中非金属夹杂物的尺寸、数量进行统计，对夹杂物的形貌和成分进行观察和分析，同时对组织和碳化物进行观察，并对合金进行室温拉伸实验和室温冲击实验，结合实验结果揭示了微量镁改善Incoloy825合金力学性能的机理。研究结果表明，镁的加入使合金中氧和硫的含量减少，夹杂物数量减少，夹杂物成分得到改善，合金洁净度提高，减小了夹杂物对力学性能的影响，同时，晶粒得到细化。合金的屈服强度、抗拉强度、断面收缩率和伸长率均有一定程度的提高，即夹杂物和组织的改善提高了合金的强度和塑性。研究还发现，镁的加入可以将Cr, Fe和Mo等元素从合金的晶界处驱逐，从而减少了晶界处硬脆性碳化物M23C6的析出，显著提高合金的冲击韧性。与未加入镁的合金相比，镁含量达到0.0065wt%时，合金的脱硫率为37.19%，脱氧率为15.71%，单位面积夹杂物数量由75降低至53，大尺寸块状的Al2O3转化为小尺寸的镁铝尖晶石和二维形貌为近圆形的MgO，合金的冲击功由262.5 J提升至384.7 J，提升幅度高达46.55%。杂质元素减少、夹杂物数量减少、晶粒细化、碳化物尺寸减小和晶界碳化物数量减少的综合作用提高了合金的力学性能。

从棕刚玉烟灰中高效提取镓的研究

常雨微张菊花惠旭杰梁月

过程工程学报. 2023, 23(3): 460-471. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222059

摘要 ( )

HTML ( )

PDF (3060KB) ( )

相关文章 | 计量指标

棕刚玉烟灰作为一种常见的二次资源，其主要成分为Si, Al和K；次要成分包括Ga, Fe, Mn, Ca和Mg等，具有很高的回收价值。镓金属需求量逐年攀升，市场价格近年来呈现大幅增长，研究如何从棕刚玉烟灰中回收镓这一方向具有重要意义。通过对棕刚玉烟灰进行常规酸浸、常规碱浸以及钠盐焙烧后浸出试验，确定较佳的棕刚玉烟灰中提镓工艺为钠盐焙烧-酸浸。研究了添加剂种类、焙烧温度、添加剂添加量对镓浸出率的影响，同时探究了提镓过程中三种主要杂质元素Si, Al, K的溶出行为。结果表明，采用常规酸浸时镓的浸出率仅约10%，采用直接碱浸于90℃下浸出3 h，其浸出率可达71.24%。通过焙烧处理后，镓的浸出率远高于直接酸浸和直接碱浸。碳酸钠焙烧时的镓浸出率高于氯化钠焙烧。焙烧样品的浸出方式对镓的浸出率影响显著，由高到低的顺序为酸浸>碱浸>>水浸，最佳的提镓路线为碳酸钠焙烧-酸浸，且焙烧温度和碳酸钠添加量对镓的提取率影响显著，在焙烧温度为850℃，碳酸钠与烟灰质量比为1.0，焙烧时间为2 h，采用浓度为25vol%的硫酸溶液在80℃下浸出3 h时，镓浸出率为98.38%。

O型口蹄疫病毒衣壳蛋白VP1的可溶表达及抗原活性鉴定

王闰年张纯吴佳奇张耀张宇翔张路遥余蓉刘永东

过程工程学报. 2023, 23(3): 472-479. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222065

摘要 ( )

HTML ( )

PDF (1807KB) ( )

相关文章 | 计量指标

口蹄疫(Foot-and-mouth Disease, FMD)是由口蹄疫病毒(Foot-and-mouth Disease Virus, FMDV)引起的急性、高度传染性疾病，一旦大规模爆发会给畜牧业造成巨大的经济损失。接种灭活病毒疫苗是目前防控口蹄疫的最有效手段，但传统灭活疫苗存在病毒逃逸、生产成本高等诸多局限。重组亚单位蛋白疫苗免疫原性好且安全性高，是发展新型口蹄疫疫苗的重要方向。口蹄疫病毒结构蛋白VP1因含主要抗原表位，而成为口蹄疫亚单位疫苗及诊断试剂的开发热点。与真核系统相比，原核表达系统生产周期短、易于放大生产、成本低廉，更适于动物疫苗的开发，但VP1采用原核系统表达会形成无活性的不溶包涵体。本工作中首次同时融合小分子泛素相关修饰物(Small Ubiquitin-related Modifier, SUMO)和RNA作用结构域(RNA-interacting Domain, RID)两种助溶标签来实现FMDV VP1 (O型/MYA/98)在原核系统中的高效可溶表达。首先采用PCR (聚合酶链反应)重叠技术，以pET-28a(+)为载体构建了RID-SUMO-VP1重组质粒，将重组质粒转化至E. coli BL21(DE3)，在18℃下通过1 mmol/L IPTG (异丙基-β-D-硫代半乳糖苷)诱导4 h后，融合蛋白RID-SUMO-VP1高效表达，可溶表达比例达79%，而融合SUMO或RID单一标签的VP1仍主要表达为不溶的包涵体。然后采用硫酸铵两步沉淀法对工程菌的破碎上清进行纯化，得到纯度为93%的RID-SUMO-VP1，酶联免疫吸附测定(ELISA)实验表明其能够与O型FMDV阳性小鼠血清反应。研究结果表明，采用RID及SUMO双标签融合策略能极大提高VP1在原核系统中的可溶表达效率，且表达的VP1具备良好的抗原性，这为开发新型FMDV免疫诊断试剂和安全高效的亚单位疫苗奠定了良好基础。

无机-有机杂化材料用于胶体类悬浮物的絮凝脱除

刘娅程彬彬王雪清朱光锦郭宏山李宝忠

过程工程学报. 2023, 23(3): 480-488. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222096

摘要 ( )

HTML ( )

PDF (2684KB) ( )

相关文章 | 计量指标

胶体类悬浮物一直以来均是废水处理的难点，不仅消耗大量的絮凝剂，且常需多种药剂组合使用，造成水处理成本高、固体废渣产生量大、工艺流程冗长等一系列问题。为了克服物理共混法导致无机与有机材料复合不均匀的弊端，借助有机单体在无机组分中的原位聚合反应，成功研制出无机-有机杂化材料聚(硅酸氯化铝-丙烯酰胺)[P(SAC-AM)]。选择煤气化废水作为研究对象，并与常用市售絮凝剂聚合硅酸氯化铝，聚丙烯酰胺以及聚二甲基二烯丙基氯化铵进行对比，考察了P(SAC-AM)对胶体类悬浮物的絮凝性能。结果表明，P(SAC-AM)可充分发挥电中和与吸附架桥的协同作用，在低投加量条件下，获得比市售絮凝剂单独或组合使用时均较优的絮凝效果，并可形成粒径较大且密实的絮体，有利于悬浮物后续的沉降与分离。此外，P(SAC-AM)可同时实现废水中COD, Ca2+, Mg2+等的少量去除。

当期目录