工业副产气资源化利用 工业大宗副产气的资源化利用关键技术 工业副产气制氢关键技术 高等院校炼油化工冶金能源等专业应用教材

1.工业副产气综合利用关键技术与产业化应用，可供节能减排领域，资源化领域，化工冶金相关行业领域的工程技术人员参考阅读。
2.作者及其单位西南化工研究院长期从事工业副产气的资源化利用及关键技术研究，图书内容涵盖了工业排放气综合利用国家重点实验室的研究和工业化利用成果，对我国主要工业企业的节能减排和资源综合利用有重要的参考价值。
3.在介绍副产气资源特点和利用现状的基础上，涵盖关键技术：副产气变压吸附与分离，气体资源转化技术（制氢、制甲（乙）醇、制天然气、合成氨），富氢气体变压吸附制氢等。
4.工业副产气制氢关键技术，所含技术的应用为我国制氢行业贡献燃料电池级高纯氢气。

《工业副产气资源化利用》系统地介绍了我国工业副产气排放的特点与现状、副产气综合利用需要解决的关键技术问题以及对碳减排的影响。涉及的副产气主要包括焦炉煤气、低阶煤热解气、炼厂气、转炉气、高炉气、电石炉尾气与黄磷尾气、氯碱与氯酸钠副产气、沼气、填埋气与煤层气、化工合成排放气、含硫工业尾气、烟道气与发酵气等，全面阐述了工业副产气资源化利用，如制氢、制甲醇、制天然气、合成氨、制乙醇、制合成气等涉及的净化、分离、提纯、催化转化、合成等相关技术的研究和工程应用最新进展。
本书可供高等院校与科研院所的炼油、化工、冶金、能源、建材、环境保护等专业的教师、学者、学生以及相关领域的科研人员、工程技术人员、项目规划与生产管理人员参考。

无

第1章绪论 001
1.1工业副产气的来源与种类 002
1.1.1工业副产气的来源 002
1.1.2工业副产气的种类 002
1.2工业副产气的排放与利用状况 003
1.2.1国内工业副产气的排放与利用状况 003
1.2.2国外工业副产气的排放与利用状况 010
1.3工业副产气利用的相关产业政策 011
1.4工业副产气利用与碳减排 011
1.4.1工业副产气碳排放概况 012
1.4.2工业副产气资源化利用与碳减排分析 013
1.4.3工业副产气资源化利用与碳减排展望 015
参考文献 016

第2章焦炉煤气 018
2.1焦炉煤气的性质特点与现状 019
2.1.1焦炉煤气的性质特点 019
2.1.2我国焦炉煤气现状 020
2.2焦炉煤气利用关键技术 022
2.2.1净化技术 022
2.2.2压缩技术 034
2.2.3转化及变换工艺 036
2.2.4分离技术 041
2.3焦炉煤气制氢 043
2.3.1氢气提纯与标准要求 043
2.3.2焦炉煤气变压吸附制氢工艺 044
2.4焦炉煤气制甲醇 048
2.4.1甲醇制备技术 048
2.4.2焦炉煤气制甲醇工艺 054
2.5焦炉煤气制天然气 056
2.5.1焦炉煤气制天然气工艺 057
2.5.2焦炉煤气制天然气路线优势与产业展望 068
2.6焦炉煤气制合成氨 070
2.6.1合成氨生产技术 070
2.6.2焦炉煤气制合成氨工艺 072
2.6.3焦炉煤气制合成氨路线优势与展望 075
2.7焦炉煤气制乙醇 075
2.7.1乙醇合成技术 075
2.7.2焦炉煤气制乙醇工艺 081
2.7.3乙醇下游产业链展望 090
2.8焦炉煤气综合利用 092
2.8.1焦炉煤气多联产利用技术 092
2.8.2焦炉煤气制合成气及下游高值化学品展望 094
2.9焦炉煤气与二氧化碳综合利用 098
2.9.1焦炉煤气补二氧化碳重整制合成气 098
2.9.2焦炉煤气补二氧化碳制甲醇 101
2.9.3焦炉煤气补二氧化碳制LNG 103
2.9.4焦炉煤气补二氧化碳技术路线意义及展望 104
参考文献 105

第3章低阶煤热解气 110
3.1低阶煤热解气的种类、性质特点及排放利用现状 111
3.1.1高氮低阶煤热解气（兰炭尾气） 111
3.1.2低氮低阶煤热解气 112
3.1.3低阶煤热解气的特点 113
3.1.4我国低阶煤热解气的排放和利用现状 113
3.2低阶煤热解气资源化综合利用途径 114
3.3低阶煤热解气制氢 115
3.3.1低阶煤热解气直接提氢 115
3.3.2低阶煤热解气变换提氢 118
3.3.3低阶煤热解气转化制氢 120
3.3.4热解气制氢综合计算数据比较 123
3.4低阶煤热解气制天然气 124
3.4.1低阶煤热解气制天然气典型工艺路线 124
3.4.2低阶煤热解气完全甲烷化制天然气 125
3.4.3低阶煤热解气部分甲烷化制天然气 128
3.4.4低阶煤热解气无甲烷化制天然气 130
3.5低阶煤热解气制低碳化学品合成气 133
3.5.1低阶煤热解气常规转化制化学品合成气 133
3.5.2低阶煤热解气带CO2 循环的转化制化学品合成气 136
3.6低阶煤热解气制合成氨 139
3.6.1低阶煤热解气变换工艺制合成氨 140
3.6.2低阶煤热解气转化工艺制合成氨 142
3.6.3低阶煤热解气制合成氨综合计算数据比较 145
3.7结语与展望 145
参考文献 146

第4章炼厂气 147
4.1炼厂气的种类及特点 148
4.1.1催化裂化干气 148
4.1.2延迟焦化尾气 149
4.1.3催化重整尾气 150
4.1.4其他富氢气源 152
4.2我国炼厂气排放现状 153
4.2.1排放情况 153
4.2.2利用情况 154
4.3炼厂气制氢 155
4.3.1炼厂气制氢工艺 155
4.3.2炼厂气制燃料电池用氢气工艺 158
4.3.3炼厂气制氢工业应用 158
4.4炼厂气回收碳二资源 161
4.4.1碳二回收技术 161
4.4.2吸附法回收碳二工艺 162
4.4.3炼厂气回收碳二工业应用 165
4.5炼厂气综合利用展望 167
4.5.1炼厂气制氢发展与展望 167
4.5.2炼厂气回收碳二发展与展望 168
4.5.3水合物分离技术 169
参考文献 170

第5章转炉气、高炉气 172
5.1转炉气、高炉气的性质及特点 173
5.1.1转炉气 173
5.1.2高炉气 174
5.2我国转炉气、高炉气排放及利用现状 175
5.2.1排放量综述 175
5.2.2排放分布现状 176
5.2.3利用现状 177
5.3转炉气、高炉气资源化利用 178
5.3.1净化技术 178
5.3.2转炉气分离提纯一氧化碳 182
5.3.3转炉气制化学品 184
5.3.4高炉气富化技术 186
5.3.5高炉气制合成氨 187
5.4转炉气、高炉气应用展望 189
5.4.1探索氢冶金等新兴的低碳技术 189
5.4.2通过技术耦合制备化学品 190
5.4.3开发优质吸附剂或吸收剂，高收率提取高价值气体 190
5.4.4开发低能耗、低成本的新技术 191
参考文献 192

第6章电石炉尾气、黄磷尾气 193
6.1电石炉尾气、黄磷尾气的来源及特点 194
6.1.1电石炉尾气的来源及特点 194
6.1.2黄磷尾气的来源及特点 196
6.2我国电石炉尾气、黄磷尾气排放现状 197
6.2.1电石炉尾气排放及分布情况 197
6.2.2黄磷尾气排放及分布情况 199
6.3电石炉尾气、黄磷尾气利用关键技术 201
6.3.1电石炉尾气利用关键技术 201
6.3.2黄磷尾气利用关键技术 204
6.4电石炉尾气、黄磷尾气的工业应用 205
6.4.1典型的CO 利用技术 207
6.4.2电石炉尾气制甲醇工程案例1 208
6.4.3电石炉尾气制甲醇工程案例2 211
6.4.4黄磷尾气制甲酸工程案例 216
6.5电石炉尾气、黄磷尾气利用展望 218
参考文献 219

第7章氯碱副产气、氯酸钠副产气 221
7.1氯碱副产气、氯酸钠副产气的特点及现状 222
7.1.1氯碱副产气、氯酸钠副产气的种类与特点 223
7.1.2氯碱副产气、氯酸钠副产气现状 224
7.2氯碱副产气、氯酸钠副产气利用的关键技术 225
7.2.1净化技术 225
7.2.2分离技术 226
7.3氯乙烯精馏尾气回收氯乙烯、乙炔和氢气 228
7.3.1氯乙烯尾气回收技术的发展 228
7.3.2典型氯乙烯精馏尾气回收工艺 229
7.3.3氯乙烯精馏尾气资源化利用的经济评价 232
7.4副产气中氢气的纯化与工业应用 232
7.4.1氯碱副产氢气的纯化 233
7.4.2氯酸钠副产氢气的纯化 235
7.5副产氢气资源化利用与碳减排的展望 237
7.5.1发展规模化的氢能产业 237
7.5.2副产氢气与一氧化碳合成有机化学品 237
7.5.3实现二氧化碳化学利用与碳减排 238
参考文献 239

第8章沼气、填埋气、煤层气 240
8.1沼气、填埋气、煤层气的组成特点及利用现状 241
8.1.1沼气、填埋气、煤层气的组成特点 241
8.1.2沼气、填埋气、煤层气的利用现状 242
8.2沼气、填埋气、煤层气利用关键技术 244
8.2.1净化技术 244
8.2.2分离技术 245
8.3沼气、填埋气提浓制天然气工业应用 247
8.3.1典型工艺流程 247
8.3.2工业应用实例 248
8.4煤层气工业应用 249
8.4.1典型工艺流程 249
8.4.2煤层气工业应用实例 249
8.5沼气、填埋气、煤层气利用展望 250
参考文献 251

第9章甲醇弛放气、合成氨弛放气、丙烷脱氢尾气 252
9.1排放气的种类及特点 253
9.1.1甲醇弛放气 253
9.1.2合成氨弛放气 255
9.1.3丙烷脱氢尾气 256
9.2甲醇弛放气利用 259
9.2.1甲醇弛放气制氢 259
9.2.2甲醇弛放气合成甲醇 260
9.2.3甲醇弛放气合成氨 260
9.3合成氨弛放气利用 261
9.3.1合成氨弛放气制氢技术 261
9.3.2典型案例 263
9.4丙烷脱氢尾气利用 263
9.5排放气利用展望 264
9.5.1富氢排放气耦合多级高效利用 264
9.5.2富氢排放气大型化开发和应用 265
参考文献 266

第10章含硫工业尾气 267
10.1含硫工业排放气现状及特点 268
10.2含硫工业尾气净化 269
10.2.1含硫工业尾气净化技术 269
10.2.2含硫工业尾气净化展望 288
10.3含硫工业尾气资源化利用 289
10.3.1硫黄生产技术 289
10.3.2合成化学品技术 293
10.3.3含硫工业尾气资源化利用展望 297
参考文献 297

第11章烟道气、发酵气等富二氧化碳气 299
11.1富二氧化碳气体排放现状及特点 300
11.2二氧化碳捕集技术 301
11.2.1物理吸收法 301
11.2.2膜分离法 302
11.2.3低温精馏法 303
11.2.4化学吸收法 303
11.2.5变压吸附法 306
11.3二氧化碳利用技术 313
11.3.1化学品合成技术 313
11.3.2采油应用 319
11.4二氧化碳捕集与利用展望 321
参考文献 321

能源是人类活动的要素之一。化石能源(煤炭、石油和天然气)是地球上容易获取的能源，也是全球最主要的能源。化石能源的开采与利用推动了工业革命、科技革命的产生与发展。自19世纪中叶以来，化石燃料消耗产生了大量的工业副产气(又称工业排放气)，大气中温室气体(二氧化碳、甲烷等)含量快速增长，已超过地球自我碳循环所能承受的负荷。近年来，极端天气与次生灾害显著增加，气候变暖已成为全球最关注的话题之一。
化石能源为全球发展提供了廉价的动力和原料，但也给人类带来了亟待解决的难题。为应对温室气体引起的全球气候问题，2020年我国提出了“双碳”目标：二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。面对我国化石能源消耗总量巨大、能源消费结构受限的现实，加快可再生能源(风能、太阳能等)开发利用，减少对化石能源的依赖已成为共识。同时，持续开展节能减排，深化工业副产气资源化利用，减少温室气体排放也是现实需要。另外，开发可工业化、规模化的“减碳、零碳、负碳”等技术，是实现碳减排乃至碳中和的技术保障。
工业副产气的减排及其资源化利用是长期的课题，涉及的关键技术有工业副产气的净化、分离、催化转化、合成等。我国工业副产气主要集中在热电、冶金、建材、炼油、化工、供热等领域。副产气中的二氧化碳、一氧化碳、甲烷等还是重要的碳资源，可用于甲醇等多种有机化学品的生产。西南化工研究设计院从20世纪60年代开始进行天然气催化转化与碳一化工技术的研究开发，70年代初将吸附分离技术用于以天然气为原料的合成氨弛放气中分离提纯氦气，并于80年代实现工业化应用，同时该技术也满足了化肥生产中变换气脱碳与合成氨弛放气提氢、焦炉煤气提氢等需要。从20世纪90年代至今，西南化工研究设计院依托工业排放气综合利用国家重点实验室、国家碳一化学工程技术研究中心等国家级研究平台，对不同种类工业副产气资源化利用开展了研究和工程开发，主要包括焦炉煤气、炼厂气、转炉煤气、兰炭尾气、电石炉尾气、黄磷尾气、甲醇弛放气、合成氨弛放气、氯碱尾气、垃圾填埋气、沼气、煤层气、烟道气、发酵气、含硫工业尾气等，在主要副产气的污染物控制、有效组分回收与资源化利用、温室气体减排等方面开发出有自主知识产权的技术，并实现了工业化应用，产生了显著的经济效益与社会效益。
另外，国内还有众多企业、研究机构也在从事工业副产气的治理、利用方面的研究。特别是在努力实现“双碳”目标的大背景下，对二氧化碳捕集和利用的研究得到了广泛的重视。低能耗、低成本的二氧化碳捕集技术，二氧化碳地质封存和驱油技术，二氧化碳转化制化学品等碳资源高值化利用技术已成为研究开发的热点。西南化工研究设计院开发的二氧化碳加氢制甲醇工艺技术已于2023年在鲁西化工集团完成5000吨/年规模的中试，相信今后相关突破性的技术将会不断涌现。
该书系统介绍了主要工业副产气的资源化利用工艺技术与工程应用，是国内目前工业副产气分离净化、催化转化、合成技术及其工程应用成果的集中展现，可读性、实用性强。该书由西南化工研究设计院陈健团队组织撰写，历时三年完成。期待该书能为从事低碳技术研究、分离净化技术研究的学者和工程开发技术人员提供帮助和参考。

中国工程院院士
浙江大学教授
任其龙
2023年10月