甲烷干重整与二氧化碳甲烷化的工艺耦合研究

甲烷干重整(DRM)与二氧化碳甲烷化(MCD)过程均具有较强的二氧化碳消纳效应,但其单独运行时需要分别消耗大量天然气与氢气,且二者能耗均较高,从而制约了两个工艺的发展与应用,因此探索研究该问题的解决方案对于低碳发展具有重要意义.本文分析了甲烷干重整与二氧化碳甲烷化两个独立工艺的特点,基于两个反应体系的原料与产物之间可互为利用及二者反应热效应可相互补偿的条件性,初步判断DRM与MCD工艺之间存在质量耦合与热量耦合的可能性.据此,首次创新性地设计了DRM-MCD可能的工艺耦合方案,从流程模拟角度证实了工艺耦合的可行性,并分析了不同情形下的耦合特性.结果表明,随着催化剂技术的发展与进步,DRM与MCD工艺之间可以实现质量、能量的高效双重耦合,耦合工艺具备可显著降低天然气、氢气消耗以及大幅节能降耗的效果,并具有优良的二氧化碳消减与资源化利用效应,且耦合工艺具有灵活的可调节性.研究结果可为DRM与MCD工艺耦合方案的设计与优化,以及未来该耦合工艺潜在的工程应用价值与可行性研究提供可参考的基础.

甲烷低温活化机理及其参与的化学反应研究进展

基于甲烷在400~600℃时与其他烃类原料共反应可出现低温活化现象,综述了此过程中甲烷的不同活化机理和反应路径,总结了甲烷在低温活化后参与的重质油改质反应、烯烃加氢反应、低碳烃芳构化反应以及含氧化合物的脱氧芳构反应等不同类型反应的特征、共反应助剂的作用和催化剂的催化作用等方面的研究进展。总结发现,虽然甲烷与其他原料共反应过程的活化机理和参与路径不同,但均可认为甲烷在其他大分子烃类的促进下发生低温活化并参与到相关反应中,起到供氢、增碳和优化产物分布等作用。尤其是在甲烷参与的芳构化反应过程中,甲烷的参与可以起到改善产物分布、提高甲基侧链产物选择性等多方面的作用,这可为甲烷低成本利用技术的开发提供良好的研究基础。

石墨烯复合材料设计对其电催化性能影响的研究进展

石墨烯是以sp2杂化轨道组成的六角型蜂巢状二维碳纳米材料,具有比表面积大、导电性好和机械强度高等优点,在电催化领域被广泛应用,但也存在易堆叠、活性位点少等不足。石墨烯材料电催化活性与其原子排列、分子吸附和活化、电子结构、电荷运输等相关,综述了通过掺杂调控提高其内在活性、界面调控实现不同组分之间的协同作用、相调控改变原子排布方式、结构调控改变局部环境促进电子和质量传递等改善石墨烯材料电催化性能的方法,指出将掺杂调控与其他3种活性调控方法有机结合是未来的发展方向。

稠环芳烃加氢转化为单环芳烃的催化剂的研究进展

随着原油的不断开采,富含稠环芳烃的重质油的产量不断增多。基于“双碳”背景及环保要求的日益严苛,对富含稠环芳烃的重质油进行加工从而生产高附加值的产品显得至关重要。目前,采用传统的加氢技术可以将重质油中的稠环芳烃转化为单环芳烃,但此过程需要大量且成本高的氢气。研究发现,甲烷可以替代部分氢气参与加氢反应,但此过程需要有活性位点多、稳定性强的催化剂参与。在稠环芳烃的加氢反应中,载体、负载金属、催化剂的结构和酸碱性等,对催化剂的性能具有很大的影响。本文对此类催化剂在传统及甲烷辅助下的加氢反应中的应用进行了综述,展望了可应用于传统及甲烷辅助下的加氢反应的催化剂的研究方向,以期为催化剂的后续研究及应用提供参考。

高分散固体碱高效催化制备无甘油生物柴油

为实现无甘油生物柴油的高效制备,以共沉淀法制备的镁铝水滑石为载体,K_(2)CO_(3)溶液为浸渍液,通过等体积浸渍法制备高分散负载型固体碱催化剂,考察水滑石制备过程中金属盐种类以及物质的量比对其催化三组分(菜籽油、乙酸甲酯和甲醇)制备无甘油生物柴油性能的影响,并利用FTIR、XRD、TG、CO_(2)-TPD、BET、SEM技术对催化剂进行表征。结果表明:以MgCl_(2)和AlCl3为金属盐、镁铝物质的量比3∶1、K_(2)CO_(3)浓度2.0mol/L、焙烧温度500℃条件下制备得到的固体碱为催化剂,在油酯醇物质的量比1∶1∶10、催化剂用量10%、反应温度60℃、反应时间15min条件下,生物柴油的产率可达98%,产品性能指标均符合欧盟标准。催化剂表征发现以氯盐为金属盐制备的水滑石比表面积大,孔道结构丰富,暴露的碱性中心位点数目多。综上,金属盐种类对水滑石结构会造成影响,以MgCl_(2)和AlCl_(3)为金属盐制备的高分散负载型固体碱催化剂可高效催化油脂酯交换反应制备无甘油生物柴油。

基于多级闪蒸与多塔蒸馏耦合的贫氦天然气低温提氦工艺

聚焦从低品位含氦天然气中提纯氦气这一工程问题,在分析已有深冷工艺发展现状与改进方向的基础上,针对原料天然气中氦气浓度低与提氦能耗高的问题,提出一种基于多级闪蒸与多塔蒸馏耦合的贫氦天然气低温提氦工艺,并借助ASPEN HYSYS软件模拟设计了新工艺流程。结果表明:采用设计工艺可从氦摩尔分数为0.05%的贫氦天然气中分离得到纯度(摩尔分数,下同)为99%的氦气,同时得到纯度为99.96%的甲烷和99%的氮气、液化天然气及燃料气,增强了提氦装置的产品方案灵活性;通过工艺内部流股节流膨胀制冷为分离系统提供冷量及工艺内部冷热物流间合理匹配换热,实现了系统的节能降耗;该多级闪蒸+多塔蒸馏耦合工艺的单位压缩功耗为0.058 kW·h kmol,远低于改进型ExxonMobil公司的提氦工艺(1.29 kW·h kmol);综合分析工艺产品纯度及能耗,说明设计的提氦工艺具有一定的应用潜力。

焦炭-水蒸气催化气化反应特性研究

采用碱性待生剂为气化原料,考察焦炭与水蒸气催化气化反应特性。在消除内外扩散影响的前提下,探讨了气化反应温度、进水蒸汽、混合气体比例及气化时间对焦炭水蒸气催化气化反应的影响。结果表明,碱性待生剂上焦炭催化气化反应速率与气化反应温度成正比,进水蒸汽速率为2.5 L/min时,可基本消除水蒸气的扩散效应对焦炭催化气化反应的影响,碱性待生剂上焦炭转化率基本趋于稳定,气化反应时间30 min,可较好转化碱性待生剂上焦炭,产品气以H_(2)组成为主(含量约60%)。水蒸气/氧气混合气为气化剂可显著提高焦炭催化气化转化率,同时,氧气的加入会影响合成气组成。合成气中H 2和CO含量降低,CO_(2)含量升高。

电催化硝酸盐合成氨催化剂研究进展

总结了电催化硝酸盐合成氨工艺的反应机理,通过掺杂合适的杂原子、不同金属复合、金属与非金属材料杂化等方式来提高催化剂活性并抑制析氢反应。综述了近几年金属基催化剂、碳基催化剂的合成方法和性能表现,以期为研制高催化活性的环境友好型硝酸盐电化学合成氨催化剂提供参考。

LNG开架式气化器流动和传热特性的研究进展

开架式气化器是大型液化天然气气化站的核心设备之一,主要作用是将液态天然气气化并加热至常温后输送至下游用户。本文在回顾和总结液化天然气传热的研究成果及现状的基础上,对影响传热性能的因素进行了分析总结。重点论述了操作条件和模型结构参数对管内流动和传热的影响,以及换热管流动传热过程中用到的数值模拟方法。分析了影响传热系数的条件,对当前如何进行模型验证的问题进行了梳理和总结,对气化器的设计和性能的进一步优化进行了归纳,可为气化器的实际应用提供参考。

基于Transformer的生物质流化床快速热解瞬时流率预测

传统的生物质流化床快速热解实验需要投入大量的时间和经济成本,因此,CFD模拟已经成为研究快速热解的主要工具。但大型反应器或宽操作条件下的CFD模拟仍需要大量的计算资源,所以为了进一步节省时间和经济成本,使用PaddleTS的Transformer深度学习模型对CFD模拟中的生物质流化床快速热解瞬时流率数据进行了训练和预测。首先,将收集到的CFD数据输入Transformer模型中进行训练。为了优化模型性能,对多个参数进行了调整,包括学习率、输入输出长度、向量维度、多头注意力头数、编码器和解码器层数等。为了进一步提升模型的泛化能力,还使用了L2正则化以降低过拟合风险。最终所获得的模型预测结果较为理想,表明了Transformer模型在处理生物质流化床快速热解瞬时流率预测方面的有效性和潜力。

H_(2)-CH_(4)催化活化与煤热解耦合对焦油产率和品质的影响

为实现煤炭资源的清洁高效增油提质,采用两段式固定床反应装置对不同气氛下的煤热解实验进行研究,逐步确定焦油产率较优的煤热解温度和气氛;考察灰分、Fe_(2)O_(3)和CaO催化活化H_(2)-CH_(4)与煤热解耦合,对比添加催化剂前后焦油产率、馏分分布以及组成的变化,充分认识耦合过程对焦油产率和品质的影响。结果表明,相比于临气氛直接热解焦油收率,催化活化H_(2)-CH_(4)与煤热解耦合的焦油收率提高了17.57%,说明煤灰、Fe_(2)O_(3)、CaO对H_(2)-CH_(4)混合气氛均具有较好的催化活化效果;GC-MS结果表明,煤灰和CaO提高了芳烃和酚类物质的含量,降低了醚类含量,Fe_(2)O_(3)降低了焦油中芳烃含量,增加了烯烃和脂类物质的含量;模拟蒸馏结果表明,Fe_(2)O_(3)活化性能优于煤灰和CaO,且催化剂的加入可实现轻油、酚油、洗油含量的增大,萘油和蒽油含量的降低,有利于焦油轻质化。

介孔氧化铝改性及其CO_(2)吸附性能研究

近年来,化石燃料燃烧排放的CO_(2)威胁着环境,在化石燃料燃烧的同时捕集CO_(2)进行高效利用越来越关键。介孔氧化铝负载金属吸附CO_(2)前景广泛,本文通过以介孔氧化铝为载体负载不同活性金属吸附CO_(2),采用N2吸附-脱附、XRD、热重等表征评价了吸附剂的性能,金属改性的介孔氧化铝可以增加吸附剂载体的表面碱性位数量,为CO_(2)提供了更多的吸附位点,从而提高了对室温气体CO_(2)捕集。

氮硼双掺杂石墨烯负载磷化镍催化剂的表征及其加氢反应机理

采用水热法制备氮硼双掺杂还原氧化石墨烯(N_(4)B_(1)-rGO)载体,当磷化镍负载质量分数为20%时,分别以Al_(2)O_(3)、rGO、N-rGO和N_(4)B_(1)-rGO为载体,通过浸渍-热分解法制备20%Ni_(2)P/Al_(2)O_(3)、20%Ni_(2)P/rGO、20%Ni_(2)P/N-rGO和20%Ni_(2)P/N_(4)B_(1)-rGO催化剂。采用N 2吸附-脱附、FT-IR、XRD、SEM、TGA等手段对载体及催化剂进行表征,并以苯酚选择性加氢制备环己酮为反应体系评价4种催化剂的反应性能。结果表明:在反应温度160℃、反应压力0.5 MPa、反应时间4 h、催化剂用量0.3 g的条件下,20%Ni_(2)P/N_(4)B_(1)-rGO催化剂进行苯酚选择性加氢反应性能较好,苯酚转化率为72.36%,环己酮选择性达到61.06%;20%Ni_(2)P/N_(4)B_(1)-rGO催化剂具有介孔结构、较大的比表面积和良好的热稳定性,以及优异的催化活性和选择性,归因于Ni_(2)P在载体表面有较好的分散度和N_(4)B_(1)-rGO与Ni_(2)P间良好的协同作用。

Ni-Ce/N-rGO催化剂的表征及其催化苯酚加氢制备环己酮的性能

以鳞片石墨、尿素为原料,采用水热法制备了氮掺杂还原氧化石墨烯(N-rGO)载体,然后采用浸渍法制备了不同碱性组分改性的Ni/N-rGO催化剂,将其用于苯酚选择性加氢制备环己酮的反应。并通过N_(2)吸附-脱附、XRD、FT-IR、SEM和EDS等手段对Ni/N-rGO催化剂进行表征。结果表明:与添加Cu、Fe、Na组分相比,添加组分Ce后Ni/N-rGO催化剂的比表面积和孔径均显著增大,可有效促进金属Ni在载体表面均匀分散,提高催化剂的活性;组分Ce的添加减弱了石墨烯表面含氧官能团的酸性质,有利于提高环己酮的选择性;在反应温度150℃、反应压力0.4 MPa、反应时间2.0 h、催化剂用量0.2 g的条件下,Ce/Ni摩尔比0.2时制备的Ni-Ce/N-rGO催化剂作用下,苯酚转化率为95.2%,环己酮选择性为72.6%。

微信公众号在化工专业本科教学的应用现状及初步探索

作为学生和教师打开、使用最多的手机软件,如何利用微信中的公众号功能提升教学质量是本科教学亟待研究的重要问题。本文通过对相关文献的梳理,总结了微信公众号教学平台的优势及在化学化工类专业本科教学的应用现状。同时本课程团队针对石油炼制工程课程设计制作了信息量大的高质量思维导图,在微信注册申请了“西油炼化”微信公众号作为石油炼制工程微教学平台,采用群发的功能向关注的用户推送信息量大的高质量思维导图,从而达到提高教学效果的目的。

活性金属对含甲烷氛围稠环芳烃加氢转化性能的影响

在Hβ分子筛上负载不同活性金属制备了系列催化剂,利用GC、XRD、N2吸附-脱附、Py-IR、NH_(3)-TPD等方法对催化剂进行了表征,并以萘为模型化合物,考察了催化剂在CH_(4)-H_(2)混合气氛下对稠环芳烃加氢裂化反应过程的影响。实验结果表明,负载的活性金属均可以均匀分散在Hβ分子筛表面,促进萘加氢开环,萘转化率均达到80%以上。其中,Zn/Hβ,Cu/Hβ,Co/Hβ催化剂的主要产物为甲苯和二甲苯,表明CH_(4)被活化并参与了反应,提高了含甲基侧链芳烃的加氢裂化产物选择性。尤其是Zn/Hβ催化剂,在CH_(4)-H_(2)气氛下,表现出高液相收率和高苯-甲苯-二甲苯混合物选择性,分别为91.34%和56.78%。研究结果可为重质油和天然气资源的高效利用提供新的方向。

基于十集总反应动力学的重油下行床碱性催化裂解CFD模拟

重油下行床碱性催化裂解工艺能够有效抑制催化剂结焦,从而达到较高的重油转化率,获得高收率的轻质油品和低碳烯烃,实现劣质重油的分级高值化转化。为了给该新型工艺的设计优化以及工业放大提供参考,本文建立了能够预测各低碳烯烃产率的十集总重油碱性催化裂解反应动力学模型,基于四阶Runge-Kutta法和BFGS最优化算法求解,获得了各反应路径的指前因子及活化能,并与实验数据进行对比,以验证所建立的动力学模型的准确性。基于耦合十集总反应动力学模型和双流体模型,对200万t·a^(-1)下行床反应器内的碱性催化裂解过程进行流体力学数值模拟计算,考察了剂油比、反应温度、反应时间、回炼比等操作因素对产物分布的影响规律。

菜籽油化学改性的研究进展

阐述了国内外菜籽油化学改性方法的研究进展。通过对菜籽油分子酯基、羧羟基和不饱和碳碳双键上的改性和修饰,以提高其低温流动性、热氧化稳定性和抗磨性等性能,可将改性后的菜籽油用于生物柴油、绝缘油或润滑油等工业领域。

聚(桐油-甲基丙烯酸甲酯)多功能润滑油添加剂的合成

以桐油(TO)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为原料,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,采用Schlenk装置合成了聚(桐油-甲基丙烯酸甲酯)(PTOM)共聚物。采用红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(1H NMR)表征了共聚物的结构,利用凝胶渗透色谱仪(GPC)测定了共聚物的相对分子质量及其多分散性指数,利用热重分析仪(TGA)测定了共聚物的热稳定性,并对共聚物的降凝、增黏和抗磨性能进行了评价。结果表明:当桐油与甲基丙烯酸甲酯质量比为1.5∶8.5、引发剂用量为1.0%(在单体中的质量分数)、反应温度为80℃、反应时间为6 h时,共聚物的收率较高(44.99%),其重均相对分子质量为28289。润滑油馏分(350~395℃)中添加质量分数0.8%的共聚物时,可将其凝点(T_(SP))降低6℃,将磨斑直径降低0.314 mm;添加质量分数0.5%的共聚物时,可将其黏度指数(VI)提高69。所合成的聚(桐油-甲基丙烯酸甲酯)可作为一种具有良好降凝、增黏和抗磨性能的多功能润滑油添加剂。

添加剂对聚脲润滑脂性能的影响

采用直接法制备聚脲润滑脂,考察了五种添加剂对聚脲润滑脂极压抗磨性能的影响。结果表明,五种添加剂均与聚脲润滑脂具有良好的相容性,且对聚脲润滑脂的胶体安定性等基本无影响,并可增强其热稳定性;添加剂可显著强化聚脲润滑脂的极压抗磨性,含硫磷的复合多效添加剂对聚脲润滑脂极压抗磨性能的提升作用相对较好。研究结果可为聚脲润滑脂极压抗磨性能的改善提供可参考的基础,使其综合性能达到相对最优,从而增强聚脲润滑脂在高负荷、高速机械设备等苛刻工况下的实际使用性能。