项目简介国内常用的湿式催化氧化脱硫工艺是 HPF 法、PDS 法或其它的催化氧化工艺。催化氧化脱硫工艺的优点是脱硫效率高， 操作费用低， 建设费用少， 设备结构简单等。 其缺点是脱硫工艺产生的脱硫废液无处理工艺相联合， 产生的废液成为焦化厂的麻烦； 脱硫工艺过程产生的硫泡加工能耗高， 质量低， 市场小， 操作环境坏。 为此， 我们开发了“无硫泡催化氧化氨法前脱硫——废液处理” 和“无硫泡催化氧化——废液处理” 两种工艺， 适用于新上工程或老工艺改造。成熟程度和所需建设条件

项目简介 本成果是一种移动式等离子体污染水体修复装置，属于水环境净化技术领域。通过 与船体链接实现随船体自由移动，使水体得到原位处理，采用脉冲放电等离子体处理水 中的污染物，使水中大分子、难降解有机物降解成低毒或无毒的小分子物质，甚至完全 矿化，达到降解氧化、脱色和杀菌的效果；采用碘化钾溶液对反应中产生的气体处理， 达到吸附除臭的效果。装置包括船体、脉冲电源、空压机、气体流量计、反应壳体、浮 筒、阴极、阳极、放电反应区、网状进水口、曝气头、碘化钾溶液、

项目简介 本成果是一种污染土壤的序批式修复方法及装置,属于污染土壤修复技术领域。装222 置包括电化学修复池、管式混合器、修复电极、卡槽、阴极区控制阀、阳极区控制阀和 穿孔管。将污染土壤置于修复池内，调整体系的电化学参数，土壤中的污染物在电场作 用下迁移到电极处，并通过氧化还原反应去除，运行结束后，可进行下一轮的土壤修复 工作。该成果操作方便、结构简单、运行稳定高效。 性能指标 （1）运行稳定高效，通过电场迁移和氧化还原作用可以有效去除污染物，通过控

我国的清洁船舶燃料油（重油型）缺口巨大，每年进口 1000 万吨以上。目前，国内外均采用调和技术生产船舶燃料油，国内大部分产品均为中高硫燃料油（硫含量约为 1.0～3.5%）。传统调和技术技术含量低、生产成本高，且无法实现对劣质原料的有效利用，造成清洁型燃料油产能的严重不足。以欧盟标准的低硫（硫含量<0.1%）清洁船舶燃料油为例，其需求量大且价格昂贵，当前国内无生产企业，全部依靠进口。2020 年，船燃硫含量标准将在全球范围内由现行<3.5%大幅提升至<0.5%。与此同时，国内石油炼化每年产出约 2500 万吨油浆或渣油，大部分作为劣质锅炉燃料低价销售，与清洁船舶燃料油之间存在巨大价差。因此，将劣质重油转变为清洁船舶燃料油具有十分重要的应用价值，潜在的市场价差每年可达 2000 亿人民币以上。 我课题组开发的生物炼化技术可弥补加氢法等在重油脱硫脱氮应用上的缺陷和弊端（如：粘度降低、催化剂中毒等），可重点去除高硫原油、渣油和油浆等劣质油品中的有机硫氮以及重金属等其它有害固杂成分，且保证油品的高粘度。已与多家企业合作完成 800 余次生物脱硫技术测试，脱硫效率可达 30～60%，并初步建立 1～5 吨的中试装置。试制的清洁型 180#和 380#船舶燃料油产品经国家权威检测机构鉴定优于国际标准。该项技术实现突破，可替代传统调和技术，为石化企业、船舶燃料油经销企业提供高品质清洁燃料油的生产和油品升级服务。仅需约 200～300 元/吨成本即可实现劣质油浆转化为优质清洁船舶燃料油（价差大于 1000 元/吨），具显著的经济、社会和环保效益。我课题组基于生物炼化核心技术（8 项专利）已开发以下四项技术，均有较好应用效果，可实现工业化。包括： 1）清洁船舶燃料油制备技术（中试） 2）油浆的生物清洗技术（中试） 3）生物乳化油制备技术（中试） 4）石油污染生物修复剂（产品成熟） 

反应器由上、中、下三部分构成：上层是密闭阴极池，内设铁质电极；中间是土壤层，土壤上下包有滤布；下层阳极池，内设铁质电极。运行时，阴极反应产生 氢气和0H-离子，氢气的产生提高了阴极池的气压，推动阴极液向下渗入土壤层 形成淋洗过程。而0H-离子也随阴极液进入土壤，促进六价格（CrO「离子）从土 壤颗粒表面解吸。本技术使用直流电，其作用有： （1）通过电迁移作用将CrO；「 离子从黏土中分离出来，缩短修复时间；（2）利用电热效应使土壤温度大幅度升 高，提高CrOf离子的解吸效率和速率，同时（3）提高阴极室气体温度，并产生 大量水蒸汽使阴极池气压升高，驱动力淋洗液从上向下穿过土壤形成淋洗过程， 将CrO「离子洗出土壤层。在阳极池内，铁阳极反应释放出Fe奸离子，与CrO芝反 应生成Cr",实现六价铭的解毒。Cr"离子进一步与来自阴极的0H-离子反应生成 Cr（OH）3沉淀，将铭■从阳极液中分离出来。在反应后期，多余的Fe"离子进入土 壤，将不溶解的六价铭在高温下进行还原，最终实现在同一反应器内对铭污染土 壤的修复和废水的同步处理。与同样利用电化学过程进行铭污染土壤修复的电动 修复（EKR）技术相比，电动修复技术中只有电动作用被正向的用于修复过程， 其他所有电化学过程和产物都对修复过程起负面作用；而E-F&R技术的设计使所 有相关电化学过程和产物都正向地促进修复过程。其修复效率、能量效率、时间 效率和操作的简便性远远优于EKR技术。该技术用于经机械淋洗后富集的高浓度 细颗粒黏土。

项目成果/简介:摘要超音速旋流净化技术是湿烟气经超音速分离器绝热膨胀至超音速，降温50-100℃后，其中夹带的水蒸汽、SOx与溶解性盐、凝胶粉尘、微尘等成分发生非均质凝结后予以分离的一种新型气体净化技术，脱除效率最高可达90%，能够高效地实现烟气脱白。该技术同时借助多传感器融合方法智能诊断和动态测量流场数据，优化烟气“脱白”过程，必要时辅以高压微雾增强技术，强化分离净化效果。相较于传统的电磁法、烟气加热法、烟气喷淋法等脱白工艺，独创的基于智能状态检测与诊断控制的分离效率增强技术能实现烟气的高效率稳定脱白。团队创新成果与技术应用展示本项目团队，近十几年一直从事超音速旋流分离技术和多相流流场参数检测与电学成像技术的研究，已分别构建了超音速分离装置和电阻成像（ERT）、电容成像（ECT）及电磁（EMT）等多套系统。现有成熟技术已为国内多家单位，如上海交通大学、北京石油化工学院、北方工业大学、太原理工大学、西门子（北京）研究院等，提供了相应的电学成像系统。本项目中所采用的技术和提出的方法均为自主设计和开发，对于已研制超音速旋流分离技术和流场参数检测系统中的一些关键技术已申请了专利，具有完全的知识产权。同时开发过程中使用的所有部件和器件没有限制级产品，可避免不必要的知识产权争端，以及国外技术壁垒的限制。独创的基于智能状态检测的超音速旋流净化系统利用静电（Electrical Tomography，ES）传感器和电学层析成像（Electrical Tomography，ET）传感器，结合多源信息融合算法，实现管道内气体的非侵入式流场参数测量和状态诊断。系统将检测到的信息进行处理和融合，分析超音速分离器内的流场情况和湿气出口的成分变化，并建立异常状态检测与诊断方法，诊断系统状态。可被广泛应用于石油、化工、电力、冶金、建材、食品等工业，如烟气脱白；石油工业中油／气／水混输过程；冶金、电力工业中各种气力物料输送过程；以及化工、医药、能源等领域中的干燥过程、混合过程、流态化过程、扩散过程、反应过程等普遍涉及多相流测量问题。相较于传统的处理工艺，超音速旋流净化技术中的设备可靠，工艺过程简单，投资成本和维护成本很低。核心传感器和技术包括静电（Electrical Tomography，ES）传感器、电学层析成像（Electrical Tomography，ET）传感器和超音速旋流分离技术。静电传感器静电传感器具有结构简单、灵敏度高，可以非侵入测量等特点，近几十年来发展迅速，英国贸工部认为在煤粉的流速、浓度或质量流量测量手段中，静电法是最有前途的方法之一。在检测机理方面，目前静电法气固两相流检测可分为接触电荷转移法与静电感应法两条路线，对于应用最广泛的内壁嵌装电极式传感器结构，本团队发现转移电荷和感应电荷经电荷放大电路后，不仅体现出不同的信号波形特征，而且从频域来看，转移电荷形成的信号在整体信号中也占有重要比重。以此为基础，提出了一系列的感应电荷信息和转移电荷信息的解耦方法，提高了颗粒流动参数测量精度。本团队建立了带式静电感应实验装置与气固两相流计量实验装置。带式静电感应实验装置用来模拟带静电颗粒流动情况以及相关测速方法标定。气固两相流计量装置为参数可调的气力输送系统，用于气固两相流研究以及颗粒质量流量计量标定。两套装置计量精度均经过了天津市计量监督检测科学研究院的测试。图1 静电法技术成果展示电学层析成像传感器电学层析成像技术类似医学的CT技术，通过外围测量，重构截面电学参数（电导率/磁导率/介电常数）分布信息。电学层析成像技术根据测量模态的不同，主要分为电容层析成像技术（Electrical Capacitance Tomography，简称ECT）、电阻层析成像技术（Electrical Resistance Tomography，简称ERT）和电磁层析成像技术（Electromagnetic Tomography，简称EMT）。系统具备高速测量、多电极组合、多测量模态切换、可视化、高信噪比和可定制化等特点。本团队针对重质劣质油的加工转化的核心设备——三相流化床，转化效率和产量还存在难以突破设计瓶颈的问题，在首次提出基于TMR的磁导率EMT方法的基础上，结合ECT 和ERT 等多种模态的电学层析成像系统，设计了基于电/磁双模层析成像的高固含率气液固三相流态化实验装置，可实现高固含率条件下，气液固三相的识别和分相分布参数的实时测量。图2 电学层析成像技术成果展示图3 ERT/ECT/EMT系统展示图4 ECT对油气润滑系统中油膜厚度检测 超音速旋流分离技术超音速旋流分离技术是结合旋流分离技术和冷凝分离技术的多组分气体冷凝分离法，具有工艺流程简单、稳定性好、效率高、能耗低等特点，成为近二十年来非常有应用价值和商业前景的新分离技术。该技术集膨胀机、气液分离器和压缩机于一体，主要由旋流发生器、超音速喷嘴、分离段和扩压管组成。其工作原理如下：经过前级处理后的含湿气体导入到超音速分离器内，经过旋流发生器，产生加速度为106m/s2的旋转流场；旋转的气体通过拉伐尔喷管时，会绝热膨胀至超音速，同时降温降压，温度最大可降低50-100℃，低温的流场环境能够使气体中的水蒸气开始凝结产生相变，出现小液滴；在旋转流场中，凝结产生的小液滴不断碰撞、聚并，在强离心力的作用下，被甩至壁面，并在气体的带动下，从湿气出口排出；经过处理的干气在管道中心流动，经过扩压器内降速升压，进行排放。本团队首次采用Young经典成核理论和C-C相平衡方程推导获得了水蒸汽自发凝结Wilson位置解析式，在此基础上，提出了基于液滴成核和生长模型的非均质凝结模型和跨声速湿空气凝结SST湍流模型，揭示了跨音速两相凝结现象“非稳态”不同振荡模式的流动特性，获得了使分离效率最大化的最优外界核心半径，深入研究了超音速分离器的流场特性、处理效率和分离特性。图5 超音速旋流分离器流场测量系统图6 凝结液滴参数测量图7 中国计量测试学会科学技术进步奖图8 超音速分离器液相分布仿真预测 针对烟气的智能状态检测与诊断控制的超音速旋流净化工艺湿法脱硫后的湿烟气直接排放会产生“白色烟羽”，由于在脱硫过程中，脱硫浆液与高温烟气直接接触，发生传热传质；一方面水分蒸发，增加烟气的含湿量；另一方面，烟气温度降低，烟气携带水蒸汽的能力降低。烟气达到饱和状态后，会携带部分小液滴，这些携带小液滴的饱和湿烟气经除雾器除去绝大部分液滴后，直接经烟囱排入大气，由于环境温度比烟气温度低，饱和湿烟气中的水分就会凝结成小液滴形成“白色烟羽”。白烟中含有较多的溶解性盐、SO3、凝胶粉尘和微尘等成分，会造成环境污染。针对上述问题，本团队首创的基于智能检测与诊断的超音速旋流净化工艺解决了传统烟气脱白技术（如烟气加热方法、烟气冷凝再加热技术和电磁脱白技术等）成本高，工艺流程复杂，维护费劲的问题，具有设备可靠，工艺过程简单，投资成本和维护成本很低的特点。该技术主要是利用超音速旋流分离器的增速降温原理，将烟气中的水蒸气进行凝结并旋转分离，通过引射器将液滴引至超音速分离器入口，辅以高压微雾增强技术，强化脱白效果。在超音速分离器分离段和湿气出口处安装本团队自主研发的多相流可视化及参数测量系统（静电层析成像系统和电学层析成像系统），结合智能化成像算法和多元信息融合算法，对管道内烟气的流场参数进行非侵入式智能测量。系统可根据测量结果，分析超音速旋流分离器内的流场情况和湿气出口的成分变化，建立异常状态检测与诊断方法，诊断脱白系统的运行状态，同时，指导引射器对液滴量引入的精确控制，进而实现高效稳定的烟气脱白。图9 针对白烟气的智能检测与诊断控制超音速旋流净化工艺流程知识产权类型:发明专利知识产权编号:2018114554307，2020102445880，ZL2016106973850技术成熟度:已有样品技术先进程度:达到国内先进水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:国家级计划/专项类别:国家自然科学基金获得经费:61.00万元

摘要 超音速旋流净化技术是湿烟气经超音速分离器绝热膨胀至超音速，降温50-100℃后，其中夹带的水蒸汽、SOx与溶解性盐、凝胶粉尘、微尘等成分发生非均质凝结后予以分离的一种新型气体净化技术，脱除效率最高可达90%，能够高效地实现烟气脱白。该技术同时借助多传感器融合方法智能诊断和动态测量流场数据，优化烟气“脱白”过程，必要时辅以高压微雾增强技术，强化分离净化效果。相较于传统的电磁法、烟气加热法、烟气喷淋法等脱白工艺，独创的基于智能状态检测与诊断控制的分离效率增强技术能实现烟气的高效率稳定脱白。 团队创新成果与技术应用展示 本项目团队，近十几年一直从事超音速旋流分离技术和多相流流场参数检测与电学成像技术的研究，已分别构建了超音速分离装置和电阻成像（ERT）、电容成像（ECT）及电磁（EMT）等多套系统。现有成熟技术已为国内多家单位，如上海交通大学、北京石油化工学院、北方工业大学、太原理工大学、西门子（北京）研究院等，提供了相应的电学成像系统。本项目中所采用的技术和提出的方法均为自主设计和开发，对于已研制超音速旋流分离技术和流场参数检测系统中的一些关键技术已申请了专利，具有完全的知识产权。同时开发过程中使用的所有部件和器件没有限制级产品，可避免不必要的知识产权争端，以及国外技术壁垒的限制。 独创的基于智能状态检测的超音速旋流净化系统利用静电（Electrical Tomography，ES）传感器和电学层析成像（Electrical Tomography，ET）传感器，结合多源信息融合算法，实现管道内气体的非侵入式流场参数测量和状态诊断。系统将检测到的信息进行处理和融合，分析超音速分离器内的流场情况和湿气出口的成分变化，并建立异常状态检测与诊断方法，诊断系统状态。可被广泛应用于石油、化工、电力、冶金、建材、食品等工业，如烟气脱白；石油工业中油／气／水混输过程；冶金、电力工业中各种气力物料输送过程；以及化工、医药、能源等领域中的干燥过程、混合过程、流态化过程、扩散过程、反应过程等普遍涉及多相流测量问题。相较于传统的处理工艺，超音速旋流净化技术中的设备可靠，工艺过程简单，投资成本和维护成本很低。核心传感器和技术包括静电（Electrical Tomography，ES）传感器、电学层析成像（Electrical Tomography，ET）传感器和超音速旋流分离技术。 静电传感器 静电传感器具有结构简单、灵敏度高，可以非侵入测量等特点，近几十年来发展迅速，英国贸工部认为在煤粉的流速、浓度或质量流量测量手段中，静电法是最有前途的方法之一。 在检测机理方面，目前静电法气固两相流检测可分为接触电荷转移法与静电感应法两条路线，对于应用最广泛的内壁嵌装电极式传感器结构，本团队发现转移电荷和感应电荷经电荷放大电路后，不仅体现出不同的信号波形特征，而且从频域来看，转移电荷形成的信号在整体信号中也占有重要比重。以此为基础，提出了一系列的感应电荷信息和转移电荷信息的解耦方法，提高了颗粒流动参数测量精度。 本团队建立了带式静电感应实验装置与气固两相流计量实验装置。带式静电感应实验装置用来模拟带静电颗粒流动情况以及相关测速方法标定。气固两相流计量装置为参数可调的气力输送系统，用于气固两相流研究以及颗粒质量流量计量标定。两套装置计量精度均经过了天津市计量监督检测科学研究院的测试。 图1 静电法技术成果展示 电学层析成像传感器 电学层析成像技术类似医学的CT技术，通过外围测量，重构截面电学参数（电导率/磁导率/介电常数）分布信息。电学层析成像技术根据测量模态的不同，主要分为电容层析成像技术（Electrical Capacitance Tomography，简称ECT）、电阻层析成像技术（Electrical Resistance Tomography，简称ERT）和电磁层析成像技术（Electromagnetic Tomography，简称EMT）。系统具备高速测量、多电极组合、多测量模态切换、可视化、高信噪比和可定制化等特点。 本团队针对重质劣质油的加工转化的核心设备——三相流化床，转化效率和产量还存在难以突破设计瓶颈的问题，在首次提出基于TMR的磁导率EMT方法的基础上，结合ECT 和ERT 等多种模态的电学层析成像系统，设计了基于电/磁双模层析成像的高固含率气液固三相流态化实验装置，可实现高固含率条件下，气液固三相的识别和分相分布参数的实时测量。 图2 电学层析成像技术成果展示 图3 ERT/ECT/EMT系统展示 图4 ECT对油气润滑系统中油膜厚度检测  超音速旋流分离技术 超音速旋流分离技术是结合旋流分离技术和冷凝分离技术的多组分气体冷凝分离法，具有工艺流程简单、稳定性好、效率高、能耗低等特点，成为近二十年来非常有应用价值和商业前景的新分离技术。该技术集膨胀机、气液分离器和压缩机于一体，主要由旋流发生器、超音速喷嘴、分离段和扩压管组成。其工作原理如下： 经过前级处理后的含湿气体导入到超音速分离器内，经过旋流发生器，产生加速度为106m/s2的旋转流场； 旋转的气体通过拉伐尔喷管时，会绝热膨胀至超音速，同时降温降压，温度最大可降低50-100℃，低温的流场环境能够使气体中的水蒸气开始凝结产生相变，出现小液滴； 在旋转流场中，凝结产生的小液滴不断碰撞、聚并，在强离心力的作用下，被甩至壁面，并在气体的带动下，从湿气出口排出； 经过处理的干气在管道中心流动，经过扩压器内降速升压，进行排放。 本团队首次采用Young经典成核理论和C-C相平衡方程推导获得了水蒸汽自发凝结Wilson位置解析式，在此基础上，提出了基于液滴成核和生长模型的非均质凝结模型和跨声速湿空气凝结SST湍流模型，揭示了跨音速两相凝结现象“非稳态”不同振荡模式的流动特性，获得了使分离效率最大化的最优外界核心半径，深入研究了超音速分离器的流场特性、处理效率和分离特性。 图5 超音速旋流分离器流场测量系统 图6 凝结液滴参数测量 图7 中国计量测试学会科学技术进步奖 图8 超音速分离器液相分布仿真预测  针对烟气的智能状态检测与诊断控制的超音速旋流净化工艺 湿法脱硫后的湿烟气直接排放会产生“白色烟羽”，由于在脱硫过程中，脱硫浆液与高温烟气直接接触，发生传热传质；一方面水分蒸发，增加烟气的含湿量；另一方面，烟气温度降低，烟气携带水蒸汽的能力降低。烟气达到饱和状态后，会携带部分小液滴，这些携带小液滴的饱和湿烟气经除雾器除去绝大部分液滴后，直接经烟囱排入大气，由于环境温度比烟气温度低，饱和湿烟气中的水分就会凝结成小液滴形成“白色烟羽”。白烟中含有较多的溶解性盐、SO3、凝胶粉尘和微尘等成分，会造成环境污染。 针对上述问题，本团队首创的基于智能检测与诊断的超音速旋流净化工艺解决了传统烟气脱白技术（如烟气加热方法、烟气冷凝再加热技术和电磁脱白技术等）成本高，工艺流程复杂，维护费劲的问题，具有设备可靠，工艺过程简单，投资成本和维护成本很低的特点。 该技术主要是利用超音速旋流分离器的增速降温原理，将烟气中的水蒸气进行凝结并旋转分离，通过引射器将液滴引至超音速分离器入口，辅以高压微雾增强技术，强化脱白效果。在超音速分离器分离段和湿气出口处安装本团队自主研发的多相流可视化及参数测量系统（静电层析成像系统和电学层析成像系统），结合智能化成像算法和多元信息融合算法，对管道内烟气的流场参数进行非侵入式智能测量。系统可根据测量结果，分析超音速旋流分离器内的流场情况和湿气出口的成分变化，建立异常状态检测与诊断方法，诊断脱白系统的运行状态，同时，指导引射器对液滴量引入的精确控制，进而实现高效稳定的烟气脱白。 图9 针对白烟气的智能检测与诊断控制超音速旋流净化工艺流程

在化工及环保等领域中气液传质是重要的一个基本过程之一。气液传质在传统的气液传质设备如各种塔器和搅拌槽等在重力场下除与气液接触面的大小、气液流动状况、气液本身的物性因素等有关外，还与重力加速度g密切相关。Onda等关联了大量气液传质数据，分别提出了液相、气相传质系数的经验关联：液相传质系数，而气相传质系数与g无关。Vivian等通过对湿壁塔气体吸收过程的研究，Norman等利用溶质渗透理论，都导出。但在重力场中g是一个恒定的有限值，因此在重力场中，无论采用何种新填料，如何改进塔和釜的结构，改变气液进出口以及塔中的流动状况都不能从根本上大幅度提高传质效率。 70年代未，英国帝国化学公司（ICI）受美国宇航局在太空失重时传质不可能发生这一实验结果的启发，设计出了一种超重力新型传质设备—旋转填充床（Rotating Packed Bed, 简称RPB）。    RPB超重新型传质技术的问世将导致传质设备发生革命性的变化，它通过提高离心力，使重力场中的g转变为旋转加速度g/，这一加速度不再是常数，其大小由转速和床层结构决定，以突破重力场下g的限制而强化体积传质系数，又由于超重力场独特的操作方式，可以使填料的有效相界面积增大，最终使液相体积传质系数得以增大，从而大幅度提高传质速率。    本技术就是利用超重力场设备对脱硫技术难题进行了深入的研究，开发了超重力场脱除气体中二氧化硫、氨气技术。

该成套装置采用基于压缩+冷凝+膜分离组合工艺为核心的处理技术，对VOCs废气中的有机溶剂进行液化回收，实现了有机溶剂与介质气体的高效分离， 采用了系统自耦合技术实现浓缩测组分的快速富集与冷凝液化，与此同时稀释侧组分的快速分离，从而满足达标排放与回用要求。在运行模式中，根据来气流量与组分含量，优化压缩压力、冷凝温度、膜分离面积等运行参数，实现了在低运行能耗下的优化工作性能。

所属领域：新能源与节能环保成果介绍：针对化工行业高毒性、低阈值VOCs，研发新型光电催化氧化技术，大大提高VOCs的去除效率，减少污染物的排放。