1.典型工业过程废气排放控制与回收净化技术

　　以轻质油品或有机化工产品所产生的挥发性有机化合物(VOCs)为目标污染物，开展吸附、吸收、冷凝、膜分离、臭氧等石油石化典型工业过程废气排放控制与回收净化技术的应用研究。自2003年开始，本团队在对国外油气回收处理装置的整体工艺流程进行消化吸收的基础上，针对加油站生产作业过程第二阶段(Stage II)即从“埋地储罐→加油泵→加油机”向机动车油箱加注油品的过程，自行设计了基于吸附+吸收的烃类VOCs污染控制综合实验平台，再现了国外大油气量场合油气回收装置的典型运行过程。根据小型加油站发油量较少、所需处理油气量较低等特点，采用活性炭吸附罐进行吸附处理，整套装置安装在埋地储罐的通气立管上，进气口与排气管连通。利用“小呼吸”的主动再生和外接空气吹扫的被动再生两种方式实现活性炭吸附剂的再生，解吸形成高浓度油气/空气混合气返回储罐，减轻埋地储罐内油气的挥发。针对床层温度升高的问题，开发了多段环型吸附床层，并分别采用浓度控制和重量控制实现了装置的自动运行。

　　团队相关成员后续与北京华创朗润环境科技有限公司、成都科特瑞兴科技有限公司、北京三聚环保新材料股份有限公司密切合作，共同研发了“基于变温变压径向固定床的吸附法有机废气治理新技术”。发明了多级孔氧化铝/活性炭复合型吸附剂、实现了MOFs吸附剂成型和吨级放大技术，解决了吸附剂在可挥发性有机物（VOCs）治理应用中脱附效率、导热系数、机械强度和耐受水汽能力低下等关键技术难题。首创并实现了变温变压径向固定床吸附工艺，解决了长期困扰吸附法工艺的“水蒸气再生二次污染”、“不能稳定达标”和“再生不充分”三大难题，在VOCs深度治理领域优势突出。开发了基于吸附剂级配装填和变温变压吸脱附成套技术，VOCs回收率高达99%，且资源的循环利用效益良好。成果在石油石化、化工制药、印刷、轻工等行业推广装置49台/套，取得了良好的经济和环境效益。2021年，成果通过了由清华大学环境学院郝吉明院士、中国环境保护产业协会副秘书长燕中凯教授级高工、挥发性有机物污染控制材料与技术国家工程实验室主任郝郑平研究员等组成的专家组鉴定，专家委员会一致认为：该成果创新性强，具有自主知识产权，适用性强，技术整体达到国际先进水平。该成果同年荣获中国石油和化学工业联合会科学技术奖二等奖（2021JBR515-1-3）。

　　2.基于微细气泡的油田酸性采出水吹脱改性技术

　　碳酸盐岩油田采出水中含有较高浓度的溶解态CO₂，致使水体pH值呈弱酸性，造成管路和设备腐蚀、沿程水质不稳定等问题。常用的酸性采出水化学改性技术运行成本较高且会产生一些副产物，物理吹脱技术改性效果明显且不造成二次污染，因此在油田酸性水处理中更受青睐。本团队结合气液相平衡和经典传质速率理论，在常规物理吹脱工艺的基础上，依据“静态扰流分散+文丘里破碎”理念，设计了新型微细气泡发生器，并对其成泡性能与吹脱改性效果进行测试验证。

　　基于室内实验考察了新型微细气泡发生器的成泡性能，当进水流量为1.5m³/h、气水比为0.7:1-1.0:1时，平均粒径介于100μm-125μm之间，产泡数量充足且微细气泡数量占比高达90%。保持气水比为1.0:1、进水流量最佳操作区间为1.5-2.0m³/h，CO₂脱除效率即可达到80%。总体而言，采用“新型微细气泡吹脱+旋流离心脱气”工艺流程进行酸性水体改性处理，可在满足小气水比下快速高效脱碳的同时，实现油类物质的有效去除。在微细气泡吹脱改性室内试验成功基础上，进行了包含除油预处理、改性处理以及尾气吸收处理三个部分的微细气泡吹脱改性处理工程应用方案设计。

　　3.基于微气泡强化吸收传质的管式脱碳技术

　　CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage）是指将CO₂从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或注入地层以实现CO₂永久减排的过程，是应对全球气候变化的关键技术之一，受到世界各国的高度重视。CCUS按技术流程分为捕集、输送、利用与封存等环节，其中CO₂捕集是前提和基础。规模化、低成本的CO₂捕集技术是未来发展的主要方向，对于实现“双碳”目标意义重大。传统脱碳工艺配套使用的主要传质设备为吸收塔，存在吸收溶剂使用量大、处理能耗高、传质效率低、设备体积大和运行成本高等缺点。下向流气体接触器（Downflow Gas Contactor, DGC）是利用强烈剪切与湍流产生高密度气泡，增大气液接触面积，进一步延长接触时间、提高气体吸收效率，近几年来在国外已被成功尝试应用于空气中碳捕集、沼气提质等气-液反应以及生物柴油生产等场合。本团队自主设计搭建了下向流气体接触器碳捕集性能测试评价实验平台，采用CO₂-N₂混合物作为代表性合成气、MDEA（N-methyldiethanolamine，N-甲基二乙醇胺）为吸收剂。利用化学溶剂吸收法原理将合成气中的CO₂吸收，吸收CO₂后的MDEA富液在升高温度情况下恢复成贫液从而实现再生。

　　通过采用计算流体动力学（CFD）数值模拟，探究了下向流气液接触器中的流动特性，重点分析了不同操作参数对气泡粒径、流场及气含率分布的影响。实验探究了不同操作参数对下向流气液接触器脱碳效率的影响。结果表明，气泡粒径随着MDEA液量的增大而显著降低，随着气量的降低而减小，均匀气泡流可明显提高脱碳效率。总的来看，使用MDEA溶液的最大脱碳效率可达到99%以上，脱碳性能良好。上述工作能够为我国DGC的自主设计研发提供参考，同时丰富高含气率气液传质设备的研究内涵。

　　4.基于微液滴强化吸收传质的管式天然气甘醇脱水技术

　　天然气作为一种清洁、高热值的化石能源，加强其开发利用成为改善我国能源结构、有序实现“碳达峰”“碳中和”的必要选择。在天然气开采和集输过程中，液态水的析出容易导致设备损坏、形成水合物堵塞管路、加剧设备腐蚀等安全问题，为此需要对天然气进行脱水处理。传统天然气脱水工艺中普遍采用三甘醇吸收塔，存在尺寸大、重量重、传质效率低等问题，在海上平台及陆上边远油气田的应用受到极大限制。通过将三甘醇微液滴化以强化气液传质，同时采用管式结构实现三甘醇吸收和分离设备的紧凑化，有利于提高天然气脱水效率，简化工艺流程，对天然气工业的降本增效具有重要意义。

　　本团队基于微液滴分散强化传质理论，开展了管式天然气甘醇脱水系统的关键组成设备（管式气液雾化混合器和管式气液分离器）研发，并围绕管式气液雾化混合特性及液体射流破碎机理研究、管式气液分离特性研究、管式气液雾化混合器和管式气液分离器的串联级配工作特性开展了系统研究。

　　实验探究了不同操作参数对管式天然气脱水设备整体工作特性的影响。结果表明，三甘醇浓度对脱水效果有决定性影响，浓度越大传质推动力越大；由于气体流量会直接改变气液雾化混合性能，因此对脱水效果会产生重要影响。液气比和传质段长度对脱水效果影响较小，但在三甘醇浓度较大时高液气比对脱水效果的影响仍然较为明显；传质段长度的选择应着重考虑可以实现良好气液雾化混合扩散效果。总的来看，在较好工况条件下使用贫三甘醇溶液进行脱水，脱水后气体露点降可达到15℃左右，脱水性能良好。

　　开发的管式天然气甘醇法脱水技术与设备，实现了气液两相的微液滴传质，传质系数显著提高，有效提升了天然气净化处理系统的结构紧凑性，在海上平台及陆上边远油气田具有很好的适应性。

　　5.吸收吸附特性测试表征仪器与设备

　　本团队经过多年的建设，在吸收吸附测试表征方面拥有英国Malvern公司Zeta电位仪、Mastersizer 2000型激光粒度仪、Mastersizer 3000型激光粒度仪、美国Microtrac公司S3500激光粒度仪、日本岛津SALD-2300型激光衍射粒度仪、美国贝克曼库尔特公司Multisizer 3颗粒粒度分析计数仪、法国Formulaction公司Turbiscan LAB多重光散射仪、日本岛津公司UV-2450分光光度计、德国Sartorius公司红外水分测定仪MA150、美国DRS公司的RTD/16型高速动态记录仪、瑞士Mettler Toledo公司的颗粒录影显微镜（PVM®）、英国Malvern公司喷雾粒度仪、聚焦光束反射测量仪（FBRM®）等。

仪器名称	型号	产地	图片
喷雾粒度仪	Spraytec	英国
多重光散射仪	Turbiscan LAB	法国
马尔文激光粒度仪	Mastersizer 2000	英国
颗粒录影显微镜	ParticleView V19	瑞士

　　6.科研立项及工程应用

　　自2005年以来，本团队在北京市科技新星计划项目、北京市教委科技发展计划面上项目、中国石油化工股份有限公司西北油田分公司技术开发项目、国家自然科学基金青年基金项目、中国石油化工股份有限公司科技部项目等资助下，持续开展了吸收吸附过程强化相关研究工作。

项目名称	时间	项目类型
紧凑高效管式天然气脱水处理技术及装置研究	2022年01月 ～ 2025年12月	中国石油化工股份有限公司科研项目（项目编号：322040）
基于液滴微界面强化选择性吸收的管式天然气脱硫技术研究	2022年01月 ～ 2024年12月	北京市教委科技发展计划面上项目（项目编号：KM202210017009)
基于微液滴分散强化吸收传质的天然气脱水机理与特性研究	2019年1月 ～ 2021年12月	国家自然科学基金青年基金项目（项目编号：21808015）
酸性污水吹脱法改性工艺技术研究及应用-酸性污水吹脱法改性工艺研究	2018年10月 ～ 2019年10月	中国石油化工股份有限公司西北油田分公司技术开发项目（合同编号：34400007-18-ZC0607-0187）
车载加油油气回收(ORVR)系统的相关机理与特性研究	2014年01月 ～ 2016年12月	北京市教委科技发展计划重点项目暨北京市自然科学基金重点项目(B类) （项目编号：KZ201410017019）
面向加油站的烃类VOCs回收处理技术研究	2005年9月 ～ 2008年9月	北京市科技新星计划项目（项目编号：2005B25）