当前,我国化学工业面临资源和环境等方面的重大挑战,绿色化工技术对于环境的保护和经济的发展具有至关重要的作用,是化工行业可持续发展的必然选择。本文指出绿色化程度需用原子经济性、综合能耗以及全生命周期低碳等指标进行衡量,总结了实现绿色化的3个基本途径:低碳化、清洁化和节能化,并从生物质低碳可再生资源的化工利用、绿色反应工艺、高效反应与分离设备、绿色溶剂、低温均相催化、绿色制氢以及CO₂利用技术等方面,综述了近年来我国绿色化工技术创新上的主要进展。最后,对我国绿色化工技术发展的未来进行了展望,建议以绿色碳科学理念为基础,应重视直接转化技术、输入端和过程中能量的管理以及输出端CO₂的集中转化技术等方面的研究开发。

离子液体是一种结构可调的绿色溶剂,在催化、分离和电化学等领域具有广泛应用,特别是在有机物萃取分离方面,由于其低挥发性及功能可调,避免了传统有机溶剂可能导致的VOCs二次污染,有望成为绿色高效的新型萃取剂。本文系统地综述了离子液体在萃取分离烃类化合物、有机酸、醇类、酚类以及天然产物中的应用研究进展,详细论述了离子液体萃取分离有机物的萃取机理和影响因素,离子液体与溶质分子之间强的氢键、π-π、范德华力以及静电作用使其具有良好的萃取分离能力,表明离子液体是一类可替代有机溶剂实现高效萃取分离有机化合物的潜在溶剂。针对实际工作应用,还需解决其高黏度、高成本等问题,此外萃取后离子液体的回收仍是其大规模应用而需要亟待解决的难题。

精馏是化学工业中应用最广泛的关键共性技术,广泛应用于石油、化工、化肥、制药、环境保护等行业。精馏具有应用广泛、技术成熟等优点,但存在设备投资大、分离能耗高等问题,因此研究开发新型高效传质元件、开发新型节能精馏技术,具有重要的社会意义和经济价值。本文从精馏塔类型、流体力学性能、传质性能、塔器大型化、过程节能、过程强化等方面,介绍了精馏技术的研究进展与工业应用。对于板式塔,从气液两相流动状态、压降、漏液和雾沫夹带方面研究了塔板的流体力学性能;对于填料塔,从压降、液泛和持液量方面研究了填料塔的流体力学性能,但目前的研究仍以经验关联式为主,缺乏严谨的的理论模型。对于气液两相的传质性能研究,简述了气液两相传质理论,但科学、精准的传质模型尚未提出。对于塔器大型化的应用研究,介绍了塔板、气液分布器和支撑装置等大型化关键技术的工业应用。从精馏过程典型节能技术、耦合节能技术、流程节能技术、低温余热回收和特殊精馏等方面,介绍了精馏过程节能与强化的应用进展。文章最后对精馏过程的传质、强化和集成进行了展望。

近红外光谱(NIR)是制药工业领域应用最为广泛的过程分析技术(PAT),在中药产品质量的在线实时检测和控制中越来越受到重视。和化学药相比,由于中药组成的复杂性和生产加工过程的特殊性,对利用化学计量学建立NIR预测模型,提出了新的挑战。本文对NIR在中药质量控制应用中的化学计量学建模方法和技术进行了综述并对未来发展做了展望。综述涉及到NIR数据的采集、预处理、分组,特征波段自动选取,建模以及模型的验证和评价。讨论了平滑、导数、标准化算法、数据增强算法和主元分析等预处理方法对模型影响。特征波段的选取述及间隔偏最小二乘、遗传算法、无信息变量消除、随机蛙跳法、竞争自适应重加权采样和重要变量投影法等;建模方法论及线性和非线性技术包括主元回归、偏最小二乘回归、人工神经网络和支持向量机回归等。未来的NIR建模平台应该是一个在后台集成各种复杂的数学算法和实现数据的无缝共享,面向用户的前台则是友好、简单、智能的半自动界面环境。论述结合具体的实例进行。

人类筑城而居,物质与文化得以快速提升,但也伴之以火灾等事故。进入工业文明以后,蒸汽机的发明、电力的应用使工业系统变得日益复杂,局部的失效便可能导致系统损坏和整个生产过程中断。20世纪能源危机的出现,导致工业装置向着更高的操作参数和更大的规模发展以提高能源与生产效率,这使得工业安全事故更具有突发性、灾难性、中断性以及社会性。安全已成为人们安逸、诗意生活的首要考虑。本文回顾了人类文明发展过程中安全技术的演进,提出与工业4.0适配的安全4.0的概念。它以全寿命过程安全保障为目标,包括安全(健康)监测、网络化监控、智能安全评价系统等主要内容。同时对目前成功的工业案例和研究进展进行了分析,提出了实施安全4.0今后应重点解决的科学与技术问题。

近些年,大数据技术在金融、贸易和医疗健康等行业也得到了较好的应用,但大数据技术在过程工业中的应用还处于起步阶段。本文分别从过程工业大数据的特点、分析方法以及应用现状3个方面进行介绍,简述了过程工业数据除了具有一般大数据海量性、多样性、高速性和易变性的4V特点外,还具有高维度、强非线性、样本分布不均和低信噪比的特点。基于过程工业数据的分析方法,按照功能划分可以分为降维分析、聚类和分类分析、相关性分析和预测分析四大类。在此基础上,综述了近些年大数据技术在过程工业上的应用,分别从过程工业优化、过程监测与故障诊断以及产品性能和产率预测3个方面介绍了其在过程工业中的应用情况,并指出未来应该将企业内部的生产数据和原料与产品的市场数据等相结合进行分析和挖掘,这样能够更大程度地发挥大数据的价值。

表面活性剂较高分子聚合物在流体管道输运中具有可逆机械降解特性的优点,更适用于存在高剪切的场合以及封闭的循环回路进行减阻,但存在对其复杂流变特性及减阻机理认识不完善的问题,使得其在减阻领域的应用受到了限制。本文回顾了作者近年来在表面活性剂溶液微观结构、复杂流变学特性、湍流结构以及其与减阻和传热性能之间的内在联系方面的研究进展;介绍了表面活性剂减阻和壁面微沟槽协同作用减阻的研究成果;指出通过拉伸流的方式能够在压损较小的情况下更有效地提高表面活性剂溶液的传热性能。针对表面活性剂现有研究的不足,本文提出4条建议作为表面活性剂的未来研究方向,分别为开发环境友好型高效表面活性减阻剂、强化换热装置的优化设计及优化布置、表面活性剂与其他减阻方式耦合特性的深入研究以及表面活性剂在尺度放大、防腐和减阻持久性方面的实际工业应用研究。

概述了热等离子体超高温化学转化的原理、研发和应用进展。热等离子体可提供超高温反应条件,以及具有可调控的氧化、还原或惰性的气体氛围的优点,因而是一种独特的化工外场强化手段,可为劣质化石化原料以及一些工业中间产物及废弃物的清洁、高效转化提供新的技术方式,也成为现代反应工程的重要前沿领域之一。同时,热等离子体化学转化过程反应条件苛刻,是传递和反应强耦合的复杂过程,如何将热等离子独特的反应性质与物质转化需求合理结合,实现过程的清洁、高效、可控,并保证过程的经济性,是科研探索和工业实践中必须面对的问题。本文以典型热等离子体化学转化过程展开讨论,包括等离子体法乙炔、固废物处理、纳米材料制备等,展望了热等离子体技术在能源、化工、环境、材料等领域独特的发展前景。

准确测试气-固反应特性、求算动力学参数和推导反应机理是能源、化工、冶金等过程工程领域的重要研究课题。通过分析现有气-固反应分析测试方法与测试仪器优缺点,本文作者提出了利用微型流化床(MFB,micro fluidized bed)实现低扩散、快速升温条件下的反应微分化和等温分析的测试方法,系统研究了反应器内的流体力学特性,研制了微型流化床反应分析仪(MFBRA,micro fluidized bed reaction analyzer),验证和展示了其对热解、燃烧(氧化)、气化、还原、催化、吸收等典型气-固反应的应用,充分揭示了微型流化床反应分析仪强化传热传质、降低扩散抑制、实现实时在线微分分析的特性,尤其为快速复杂反应提供了有效的研究分析手段,并且拓展了水蒸气气氛、在线颗粒采样、串联反应解耦等系列气-固反应研究与表征功能,形成了与热重分析互补的气-固反应分析方法和分析仪。

综述了多孔介质表征体元尺度(REV)格子Boltzmann模型的研究进展,根据对多孔介质处理方式主要分为部分反弹模型和阻力模型两类,分析归纳了各类模型的优缺点。由于阻力模型中渗流的广义格子Boltzmann方程(GLBE)的作用力是基于GUO等的作用力模型,可以准确得到宏观方程,不存在离散误差,且模型的平衡分布函数和作用力项中都包含反应介质特性的孔隙率,因而应用最为广泛。本文还重点介绍了REV尺度多孔介质LBE模型在流动、传热、传质、化学反应及相变等过程中的具体应用,认为REV尺度多孔介质内的三传一反数学模型中需要加入孔隙尺度因素,在更大工程尺度上应该考虑过程参数的各向异性,展望了REV尺度多孔介质LBE模型的发展和应用前景。

电化学可充的锌-空气电池具有能量密度高、水系电解液安全和成本低等特点,是电能高效转换和储存的重要技术方向,无论作为动力电池用于纯电动汽车等移动交通工具,还是用于新能源发电过程储能,都具有广阔发展前景。但正极存在电极结构设计和催化剂开发问题,负极存在抑制枝晶、控制析氢和提高锌循环性能等挑战,严重阻碍了锌空气电池的商业化进程。本文详细分析了锌-空气电池的关键科学问题,尤其是关于空气电极的催化剂、电极结构、锌枝晶等问题,结合电池性能进行详尽讨论。归纳现有研究后认为:开发新型电催化剂和空气电极,发展循环寿命长、成本低的锌负极制造技术与工艺,是锌空气电池所面临的亟需解决问题和未来的发展趋势。

热化学储能技术因为其储能密度高、热损小、能长距离运输等优点而成为保证太阳能长久稳定供应的关键技术。本文对基于甲烷二氧化碳重整反应的太阳能热化学储热系统研究现状进行了回顾,重点讨论了甲烷重整催化剂、重整反应器以及储能系统整体的传热特性等3个方向的研究进展。指出新型高效催化剂以及反应器开发和性能测试是目前该领域的主要研究方向。发现辐射热损失、非均匀温度分布特性、辐射热流的时变波动特性,以及由此造成的能量与化学反应的不匹配限制了热化学系统能量储存效率的进一步提高,并提出催化剂的催化特性与物性/结构参数依变关系,反应器辐射吸收特性、传热传质特性和反应特性之间的相互作用机制,以及系统时变动态特性与反应物流/辐射能流的匹配关系是建立甲烷重整热化学储能系统优化设计理论亟待解决的关键问题。

介绍了当前几种主要的天然气制乙烯技术新进展,包括天然气经甲醇制乙烯、费-托合成制乙烯、甲烷氧化偶联制乙烯技术进展及应用情况,并对这几种工艺进行了技术经济评价,结论认为:天然气制乙烯技术的大规模应用,主要取决于天然气原料供应的有效保障及其价格是否合理,在天然气供应充足、价格合理的条件下,天然气经甲醇制乙烯工艺将会得到较快发展,而费-托合成制乙烯、甲烷氧化偶联制乙烯技术目前尚未达到成熟应用阶段,需要持续加大研发力度,争取早日实现工业化应用。

石油消费是关系国家能源安全的关键因素,研判我国未来石油消费发展趋势,可以提前合理规划石油生产、原油进口和石油炼化结构调整,对保障我国国民经济正常运行具有重要意义。本文通过石油消费结构分析,运用石油峰值理论,依据石油消费的历史数据以及影响石油消费的经济发展水平和行业发展状况等各相关因素参数,按照低、基准和高3种情景,采用因子分析法和Logistic模型,建立基于情景分析的石油消费需求预测模型,并对模型进行了校验和误差分析,具有较高精度。在充分考虑节能和替代燃料发展的基础上,对未来我国石油消费需求及变化趋势进行了预测分析。预测结果表明,未来10~20年我国石油消费将持续增加,石油消费峰值约为(6.6~7.8)×10⁸t,峰值出现时间大约在2038年,应提前做好石油炼化产能规划和合理的结构布局。

描述了工业油品精制催化剂开发过程中所应考虑的六大要素,讨论了这些要素对催化剂性能提高的影响:包括通过各种技术调节手段,如无机助剂改性、有机助剂改性、超声辅助手段等实现对催化剂的理化性质调控,如改善酸性质、比表面积、孔结构、堆积密度等;通过这些技术手段还可调变金属-载体相互作用、活性金属的分散度和硫化度、MoS₂(WS₂)片晶长度和叠层数等,实现对催化活性中心形貌的控制;通过原材料选取及生产过程优化,降低催化剂成本;通过催化剂形态合理设计,提高催化剂体系的活性及稳定性。介绍了在工业油品精制催化剂技术进步中一些技术调节手段的应用,给出了系列商品催化剂活性进步的历程,并指出了提高催化剂性能的一些新思路,最后介绍了一些新的材料及方法在油品精制上的应用。

碳四烷烃包括正丁烷和异丁烷,主要来自炼油厂和石化装置。目前大部分碳四烷烃的利用途径单一,大多用作燃料等低值消耗,未能实现碳四烷烃资源的高值化利用。随着化工行业产品精细化率的发展、资源利用率的提高,碳四烃类化合物的综合利用日益受到人们的关注。针对碳四烷烃资源的化工利用现状,本文介绍了碳四烷烃催化氧化制备有机化工产品的技术进展,包括正丁烷氧化制备顺酐和乙酸、异丁烷氧化制备甲基丙烯酸和叔丁基过氧化氢等。总结了碳四烷烃催化氧化技术的特点,认为温和条件下的仿生催化氧化技术将在实现碳四烷烃氧化过程中发挥重要的作用。

综述了国内外蒽醌法流化床与固定床催化剂的研究进展,并且重点介绍了它们的优点和缺点,总结出各种因素对镍催化剂和钯催化剂催化氢化性能的影响,同时单独介绍了蒽醌加氢催化剂在选择性、活性等方面的内容。还介绍了氢化反应器的特点和研究进展,并进行了比较。在详细比较了流化床与固定床生产技术优缺点的基础上,总结出流化床相比于固定床技术具有生产成本低、蒽醌降解少、催化剂利用率高、氢效高等优点。与此同时,简单介绍了蒽醌法流化床和固定床反应器应用方面相互比较的数据,得出流化床在大规模装置生产方面具有明显优势。最后指出蒽醌法流化床技术将取代固定床技术成为国内蒽醌法的发展方向;同时展望了未来蒽醌法的发展趋势,并提出目前研究的难点、重点及发展建议。

基于离子交换膜的电膜技术,由于其独特的离子传递特性,可以用于离子物系的分离、分级,在清洁生产、节能减排、能量转换等方面有着广泛的应用前景。本文综述了离子交换膜的制备、应用过程以及组件设计等方面的前沿性进展,并对亟待解决的问题和未来的发展方向作了展望。关于膜的制备,提出了从二相到三相、从致密到微孔的新型离子交换膜结构,开发了电纳滤膜并用于一价或多价离子的分离,通量和选择性均得到提高,实现了膜功能的多样化。在应用过程中,实现了扩散渗析和电渗析过程的集成,分离效果优越,生产成本降低。同时对膜组件进行优化,设计开发出新型的卷式组件,克服了传统板式组件的诸多缺陷。值得一提的是,离子分离膜的应用领域也由初级水处理扩展到复杂物料的分离与纯化。以上研究成果将为离子交换膜的发展提供指导,加快其工业化进程。

陶瓷纳滤膜以其优良的热稳定性、化学稳定性和机械强度等特性,在涉及高温、酸碱、有机溶剂等苛刻环境的过程工业领域具有广阔的应用前景。因此,陶瓷纳滤膜材料的制备研究已引起众多科研工作者的关注。本文综述了陶瓷纳滤膜在制备及应用方面的研究进展,着重介绍了溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、原子层沉积法及表面接枝等陶瓷纳滤膜制备方法。溶胶-凝胶法反应温度低、操作过程相对简单且精确可控,是目前国内外陶瓷纳滤膜制备的常用方法;化学气相沉积法及原子层沉积法则需借助气相化学反应在多孔基底表面进行材料沉积,从而修复缺陷,减小平均孔经;表面接枝技术可改变陶瓷膜表面亲疏水性,同时将陶瓷基膜孔径减小至纳滤范围。此外简单介绍了陶瓷纳滤膜的应用,并对未来陶瓷纳滤膜研究方向提出了建议,指出陶瓷纳滤膜微结构参数与分离性能之间的关系建立,以及探讨陶瓷纳滤膜在溶剂体系中的分离机理将成为今后一段时间内的研究热点。

柔性金属有机骨架材料(MOFs)具有高度有序的网络结构与可变形的骨架,其骨架结构会对外界的温度、压力及客体分子的刺激产生独特的结构响应。近几年来,柔性MOFs在气体吸附、气体分离、传感等领域显示出巨大的应用潜力。截至目前,研究者们对柔性MOFs的研究仅局限于对其结构形变的机理解释,而缺乏对柔性MOFs应用于相关化工过程的性能研究。本文着重对近年来柔性MOFs在气体吸附分离领域的研究进展进行了综述,并详细地分析了柔性MOFs结构与其气体吸附分离性能之间的构效关系。通过分子模拟结合实验,讨论了柔性MOFs结构对气体分子的平衡吸附与动力学扩散的影响。分析表明,设计合成具有良好吸附选择性与扩散性能的柔性MOFs是其应用于绿色、高效气体分离过程的重要发展方向。

我国煤沥青资源丰富,但深加工技术落后,产品附加值低,实现煤沥青高附加值利用是亟待解决的重大课题。本文介绍了以煤沥青为原料合成高性能功能碳材料的主要技术,重点阐述了以煤沥青为原料制备中间相沥青、多孔碳材料、碳纤维、二维纳米碳材料及碳基复合材料的研究进展。分析表明,高芳香性和高缩合度分子结构所引起的强π-π相互作用是阻碍煤沥青基高性能功能碳材料设计合成的瓶颈问题。通过催化聚合、氧化、共热解等技术手段可有效改善煤沥青分子结构及其物理、化学性质。结合模板复制、物理/化学活化、界面诱导以及催化石墨化等技术可实现多种功能性碳材料结构设计与表面化学性质调控。发展煤沥青分子结构调控新技术作为改善煤沥青基碳材料性能的重要策略,需要系统深入研究。

环境刺激响应型智能水凝胶能够对外界环境因素的变化产生显著的体积或其他特性的变化,且其性质和结构与生物组织类似,有望应用于人工软骨、人造肌肉、组织工程等领域,引起了广泛的关注。提高环境刺激响应型智能水凝胶的力学性能是智能水凝胶应用研究的重要方向之一。本文综述了近年来环境刺激响应型高强度智能水凝胶的研究进展,简述了高强度智能水凝胶的网络结构的构建策略与方法,分析了其具备高力学性能的机理,重点介绍了4类不同结构的高强度智能水凝胶,即超低交联结构水凝胶、纳米颗粒复合水凝胶、拓扑结构水凝胶以及双网络结构水凝胶,最后讨论了环境刺激响应型高强度智能水凝胶在面向应用的研究过程中仍然需要解决的关键科学问题,如智能水凝胶的环境刺激与力学性能的博弈效应以及响应环境刺激前后的力学性能差异等。

水合无机盐具有适宜的相变温度、较大的相变潜热、原料廉价以及热导率较高(相对有机相变材料而言)等优势而有望成为中低温热利用领域理想的储热材料。然而,水合盐具有过冷、相分离和液漏等缺陷,一直以来成为限制其应用的瓶颈缺陷。水合无机盐作为相变储热材料的传统研究主要集中在成核剂和增稠剂的选择上,近几年一些研究者开始研究水合无机盐复合或封装工艺,极大地促进了水合盐性能提升方面的工作。本文综述了常见的几种低温类水合无机盐过冷和相分离现象的解决方法以及基于这几种低温水合无机盐的复合相变储热材料的研究,复合相变材料较单一纯相变材料具有诸多优越的性能,预测采用多孔材料吸附封装技术或微胶囊封装技术来制备水合无机盐复合相变材料可能成为未来解决水合盐液漏问题的研究热点。

随着化学学科的发展和应用需求,化学工程应运而生;随着生物学的发展和工程化需求,代表着“生物学第三次革命”的合成生物学也随之诞生。合成生物学,即生物学的工程化,它从工程学角度设计创建元件、器件或模块,以及通过这些元器件改造和优化现有自然生物体系,但是如何对复杂生命进行工程化一直是合成生物学工作者不断探索的重大科学问题。本文系统地阐释了迄今为止工程化生物学的4个特点:①模块化和标准化;②正交性;③鲁棒性;④适配性及其对应研究进展。最后从“设计-构建-测试”循环的研究模式入手提出了今后如何进一步有效地工程化生物学。

提高生物基产品的产量和生产效率是生物制造发展的目标。由于微生物具有生长快、营养要求简单和基因操作简便等特点,常用作生物基产品制造过程中的底盘宿主,因此,产品制造过程中微生物细胞的生长与调控尤为重要,其生长调控会直接或间接地影响生物基产品的合成效率。微生物的生长不仅受外界环境如温度、溶氧量、pH等的影响,而且还受微生物本身的生长与调控机制如细胞分裂调控、必需基因表达调控、程序化死亡等的影响。本文综述了利用分子生物学、合成生物学和系统生物学等方法对微生物细胞生长和分裂过程进行分子调控,以提高生物反应速率和目标产物的产量,为化工、食品、生物医药以及环境保护等领域构建高效的生物制造工艺提供新思路。

二氧化碳(CO₂)作为生物体内的代谢产物和反应底物,其与外界环境的气体交换是保证生物体正常生命活动的重要基础。CO₂在生物体尤其是细胞内的传递对于控制碳排放、构建高效碳循环、开发新型碳捕集技术具有重要意义。本文对生物体内CO₂的传递机制进展进行了综述,重点介绍了CO₂跨膜运输的不同方式与相应机制,针对水通道蛋白对CO₂的促进传递作用进行了较为详细的分析,指出在膜对CO₂自渗透性低时水通道蛋白对CO₂的跨膜运输才能发挥重要作用。近期研究进展表明,水通道蛋白四聚体的中央孔道和水通道赋予其对CO₂的促进传递作用。此外,碳酸酐酶和HCO₃^–-Cl^–转运蛋白的存在能加速细胞内酸化过程,提高CO₂的传递速率。期望本综述能够为开发新的仿生膜材料及其碳捕集技术提供理论方面的一些参考。

食品生产与市场是现代经济与国家安全中的重要一环。本文介绍了食品工程的特殊性:食品工程并非是化工原理的简单应用,因为食品是种特殊的物质,其主要组分(包括蛋白质、脂肪及碳水化合物)都是大分子,但拥有普通高分子材料不具备的各种特性。并且,食品中发生的物理化学现象是随时间变化的并且在很大程度上受其水分的影响。本文从食品的微结构特性、水活度及其重要性、食品的分离与纯化、“新兴”的食品加工技术、食品的营养过程工程、纳米技术在食品加工中的应用等方面全面阐述了食品工程与生物工程、化学工程、机械工程、电机工程等学科的交叉与融合。最后通过实例,将化工工程中的喷雾干燥应用于奶粉的生产,指出食品工程今后需解决的问题。作者期望抛砖引玉,有更多的化工精英致力于食品工程的发展。

应用制革清洁技术能够从制革生产的源头削减/消除污染。COD_Cr、氨氮和总铬是制革工业的典型污染物,研发和推广应用其源头减排技术对制革工业实现清洁生产具有重要意义。本文较系统地综述了保毛脱毛技术、鞣前过程废液循环利用技术、无氨脱灰技术、无氨软化技术、高吸收铬鞣技术、铬鞣废液循环利用技术、逆转铬鞣技术和无铬鞣制技术等清洁技术的研究进展及实际应用情况。介绍了这些技术的应用方法和重要控制参数,以及这些技术对源头减少典型污染物的作用。同时,对已有清洁技术的优点和尚存在的问题进行了分析。指出进一步提高单元清洁技术的成熟度和经济实用性,加强单元清洁技术之间的工艺平衡研究,重视单元清洁技术的集成链接,是制革工业清洁技术的未来发展方向。

通过回顾性叙述煤干馏、煤制焦、煤制气、煤制油等方面的煤化工过程基本原理,分析了煤化工过程的产品方向,从煤的性质、工艺要求和技术特点介绍了煤化工过程产生污染物的原因。从煤制焦、煤制气两个方面重点分析了“三废”的来源及其成分,其中,废气来自化学转化过程中未完全炭化的细煤粉及其析出的挥发分、焦油气、飞灰和泄漏的粗煤气、出焦时灼热的焦炭与空气接触生成的CO、CO₂、NO₂等,废水包括除尘废水、剩余氨水、酚氰废水、脱硫废液、煤气水封水等,废渣包括粉尘、煤尘、酸焦油、焦油渣、剩余污泥等。煤化工过程的气相污染物主要包括碳氧化物、硫氧化物、氨气、挥发酚、苯、苯并芘、CO、CH₄、小分子烃类化合物等,液相污染物除了含有氨氮、氰化物、硫氰化物、硫化物、苯类、酚类及油分外,还含有大量苯并芘、萘等的多环芳烃和吡啶、咔唑、联苯、三联苯等的杂环芳烃化合物。煤化工污染表现为分布面广、组分复杂、高浓度、多相介质共存、环境风险大的特征,而煤化工废水则表现为高浓度/盐分、高污染(组分多)、有毒难降解、富氮缺磷的典型特征。文中指出煤化工过程与污染特征之间的关系的阐明需要科技工作者加深对煤的基本性质、转化过程原理、分离纯化原理、产品应用原理的全面认识,与此对应的技术与策略应当立足于对行业的资源-产品-经济-环境-社会作用链深度理解和有效的系统集成基础上,从规模、产品、技术、管理、市场、人才等方面加强战略设计与逻辑创新的构建。

煤化工废水中以鲁奇炉和BGL炉为代表的固定床气化洗气废水氨氮和酸性气含量高,且含有高浓度生物毒性的酚类物质,COD高达20000~50000mg/L,形成煤化工废水处理的技术瓶颈问题。本文首先对国内外不同技术进行分析对比,阐述各酚氨处理技术优缺点和工业实施状况。分析表明脱酸脱氨再萃取脱酚技术效果较好,该工艺采用单塔脱酸侧线脱氨将废水pH调至中性利于萃取脱酚,采用新型萃取剂,提高多元酚的分配系数,总酚萃取回收率可达93%。文中详细介绍该工艺中关键装置主要技术参数,如塔的操作温度和压力、精馏塔内回流比、进料位置、萃取塔内相比、萃取级数等。最后介绍了该工艺在哈尔滨煤化工公司煤气化项目的废水处理实例,废水处理量为5000t/d。新流程的处理效果和运行成本具有明显优势。该工艺目前又在中煤能源集团有限公司鄂尔多斯能源化工公司图克化肥项目的煤气化废水处理中获得成功应用。

废弃负载型加氢处理催化剂是炼油工业中产生的固体废弃物,将其作为金属回收的原料,符合“减量化、再利用、资源化”的循环经济发展要求。本文综述了废弃加氢催化剂的金属回收利用技术,即废催化剂经过预处理去除烃类物质和结焦后,主要通过湿法或干法进行金属回收,得到一系列有价产品。湿法回收包括直接浸出法和碱性焙烧水浸法,目前碱性焙烧水浸法是被广泛研究的方法,此方法通过加入钠盐或钾盐同废催化剂混合焙烧后能显著提高某些金属在水中的溶解性,使后续的浸出过程更容易进行,缺点是对设备腐蚀性较大,易产生二次污染。本文还介绍了国内外主要废催化剂处理厂商对废催化剂金属回收的酸浸、碱浸、焙烧水浸、火法冶金等湿法及干法工艺,缩短湿法回收工艺流程以及降低干法回收能耗是今后废催化剂金属回收的发展方向。

木质类废弃物具有数量多、分布广、可再生等特点,采用热化学液化技术将其转变为具有反应活性的新的化学原料,能替代或部分替代化石产品制备高品质化学品。本文将不同生物质转化技术以及可利用途径进行归纳总结,回顾了近年来国内外常见的木质类废弃物液化技术如高温高压液化、快速热解液化和常压催化液化等,重点介绍了广为关注的常压催化液化及其高效利用研究现状。概述了不同的液化剂和催化剂所得液化物的性质及所制备胶黏剂、聚氨酯材料等高附加值生物质基树脂材料的性能。指出木质类生物质液化过程只有朝着低成本、绿色、高效反应方向发展,才有可能向大规模工业化转化。作者结合自己的科研实践,提出该领域目前存在的一些问题以及解决途径的建议,对液化生物质基高分子材料的产业化应用提出展望。

近年来,水资源短缺以及水体污染问题日益严峻。传统的活性污泥生物水处理技术由于产生大量剩余污泥,在某种程度上限制和影响了该方法在废水处理中的应用。由微生物自凝聚形成的特殊生物膜——好氧颗粒污泥由于具有污泥颗粒结构紧凑致密、沉降性能好、生物量较高,同时具备多种微生物功能、剩余污泥量较少等优势,而备受关注。本文重点论述了好氧颗粒污泥的结构特征、表观气速与溶氧水平,有机负荷、金属离子、代谢方式等外部环境因子对污泥颗粒快速培养和形成过程的影响,微生物菌群结构与颗粒形成机制、以及影响颗粒长期运行过程中稳定性缺失的主要原因,提高好氧颗粒污泥的稳定性的常用措施,以提高人们对好氧颗粒污泥的认识,推动好氧颗粒污泥技术在废水领域中的应用。