二氧化碳水合物形成室内模拟实验研究

随着注二氧化碳驱油开发方式的深入研究与试验,在油田开采过程中间歇性出现了大量二氧化碳上返,采出流体气液比达到几千甚至上万,气相中二氧化碳浓度达到99%(体积分数)以上等问题,在集油管线中出现掺水结冰、管线冻堵,影响试验与生产进程。针对油井采出流体组成情况和生产参数,在实验室开展了二氧化碳水合物生成特性模拟实验,结果表明:集油管线冻堵的主要原因是井筒中形成的水合物经井口节流发生相变汽化吸收了大量的热量,造成掺水结冰、管线冻堵;气相中二氧化碳含量高是水合物生成的主要影响因素。

静态混合器混合效果评价方法研究

通过分析聚合物溶液配制工艺对于聚合物溶液的影响,从聚合物溶液粘度损失与聚合物溶液混合均匀度两个方面综合评价聚合物溶液配制效果。提出了一种对于聚合物溶液混合均匀度的评价系数,并建立了一种聚合物溶液配制效果评价方法。现场试验验证,该方法评价结果准确,且操作简单,适合在石油行业中推广,能够为聚合物溶液配制工艺的设计、设备的选型,提供一种判别标准,对石油行业有着重要意义。

合成气直接转化制取芳烃研究进展（英文）

芳烃类化合物是石化行业重要的基础原料.非石油基碳资源经合成气直接转化制取芳烃具有重要的应用前景,但该过程仍存在着芳烃收率低以及催化剂稳定性差等难题.近年来相关工作取得重要进展,研究人员尝试通过高效催化剂的设计和操作条件的优化以获得更好的催化反应性能.本综述首先对该过程进行了热力学分析,并根据催化剂体系对相关研究成果进行分类总结,主要包括改性FT催化剂和复合催化剂.然后,对各类催化剂体系的反应性能特点和机理进行了深入探讨.改性FT催化剂常采用添加助剂或引入分子筛载体的方法调变反应中间体在传统FT催化剂上的反应路径,以促进芳烃的生成.但是,该过程倾向于生成链烃而致使芳烃选择性受到限制,而且容易形成积炭,催化剂稳定性差.复合催化剂可分为氧化物-分子筛和FT-分子筛催化剂,合成气首先在氧化物或者FT催化剂上生成某些亚稳态中间物种,随后扩散至分子筛孔道内经芳构化转化为芳烃.对于氧化物-分子筛复合催化剂,CO在氧化物上活化并生成醇类(主要是甲醇),随后在分子筛上进行C-C偶联、环化、芳构,生成芳烃.在该串联反应中,由于中间产物的不断转化,不仅使CO加氢反应的平衡右移,提升转化率,而且增加了芳烃的收率与反应的稳定性.另外,该过程CH4产物的选择性极低.对于FT-分子筛复合催化剂,合成气首先在高温FT催化剂上生成低碳烃类,然后转移至分子筛孔道内进行芳构化,该方法可以获得较高的CO转化率但芳烃选择性仍比较低.文章还详细描述了针对不同过程的反应器设计,包括单反应器和双反应器.在单反应器中可装填改性FT催化剂或物理混合的复合催化剂.对于复合催化剂,存在两种活性组分的优化反应条件不一致以及混合方式影响反应活性和产物分布等问题.因此,探索更佳的反应工艺条件对于实现合成气直接转化制芳烃的工业应用具有重要意义.双反应器则是将复合催化剂的两种功能组分分开装填,使分步过程分别在各自最佳反应条件下进行,从而避免了不匹配的问题.最后,该综述展望了合成气直接转化制芳烃过程存在的挑战和应用前景,为更好地设计催化剂、构建反应路径和优化工艺条件提供指导.

负载型金属催化剂的热稳定机制

负载型金属催化剂是一类重要的催化材料,在石油炼制、环境保护以及材料合成等领域起着重要的作用。然而,由于活性金属在反应环境下容易烧结团聚,以致活性降低乃至失活,因此,如何提高其热稳定性成为负载型金属催化剂研究的一个关键问题。概述了催化剂的金属团聚成因及其稳定机制。简要介绍了Ostwald效应以及颗粒合并长大两种团聚模型,从热力学角度解释了导致催化剂烧结团聚的原因。总结了现阶段几种提高负载型金属催化剂热稳定性能的方法,具体包括以包覆封装隔离为原理的物理方法,以及以形成化学键为基础的化学方法,可为进一步开发高热稳定性的负载型金属催化剂提供借鉴。

低碳烯烃齐聚合成液体燃料研究进展

以低碳烯烃为原料进行齐聚反应是制取清洁液体燃料的重要途径之一。目前,在烯烃齐聚反应的产业化发展中,开发具有高活性、高稳定性、产物分布集中的多相催化剂仍是重要的研究方向。本文概述了多相催化烯烃齐聚反应在酸性位点以及镍金属位点两种活性中心上的作用机理,并分别对C_2^=、C_3^=和混合烯烃的齐聚反应进行介绍;从多相催化剂的优化设计角度,具体包括载体的类型、孔道结构和活性中心的分布状态以及反应条件的优化等方面对当前的研究工作进行了综述。探讨了多相催化烯烃齐聚反应在制备液体燃料中存在的优势和问题,为进一步开发高选择性、长寿命的多相催化剂提供借鉴。

耦合原料气预热的Sabatier固定床反应器拉偏试验研究

CO_2还原是长期载人航天中生命保障系统的关键技术,针对作为CO_2还原系统核心的反应器及其中的催化剂的效率问题,在耦合原料气预热的Sabatier固定床反应器和Ru/Al2O_3催化剂上,在宽范围的原料气氢碳比(1∶1~5∶1)和流量(2~8 L/min)工况下,进行了Sabatier反应拉偏试验,结果表明:反应的起动温度为150℃,在不同原料气流量和氢碳比下,反应器温度梯度分布合理,贫组分的转化率达到98%以上(氢碳比4∶1除外)。耦合原料气预热的Sabatier固定床反应器结构合理,Ru/Al2O_3催化剂活性高,能够高效处理舱室中2~4人的代谢量。

膜电极构型CO2还原电解单池的稳定性研究

电化学还原CO2可实现CO2的资源化转化,是缓解因其过度排放所导致诸多环境问题的关键技术.本文提出了一种膜电极(membrane electrode assembly,MEA)构型CO2还原电解单池的结构设计,可同步实现气体扩散阴极两侧CO2的供给与电解质液层的更新.基于该MEA构型电解池,实验考察了电解质液层中KHCO3浓度和更新与否对氮掺杂石墨烯锚定的Ni电极表面CO2电还原制备CO的反应活性、产物分布与稳定性的影响.结果表明,若电流密度低于5 m A·cm-2,KHCO3浓度显著影响电解电势而非产物分布. CO2还原电解单池在稳定运行中存在着"可逆"与"不可逆"两种衰减模式.其中,阴极/电解质界面处催化剂的流失是"不可逆"衰减形成的原因;而电解质液层中KHCO3溶液的流失导致了MEA构型CO2还原单池的"可逆"衰减,周期性更新KHCO3电解质是降低其"可逆"衰减的有效方法.

Sabatier反应器的小型化研究

针对中长期载人航天CO2处理与02循环再生问题,在Sabatier反应热力学分析的基础上,通过优化反应器高低温区的反应温度及进出口温度并预测冷却气体的最佳流量及出口温度,提出了适于载人航天的Sabatier反应流程及基于微化工技术的微反应器设计方案,制造出一套地面Sabatier反应试验样机.在H2/CO2摩尔比为3.5、原料气流量为4.3L/min、高温反应器温度为260-268℃、低温反应器温度为210-235℃的条件下,头现了4500小时稳定运行、耳转化率大于98%、系统压力降小于4kPa的结果,为未来实用微反应器的设计奠定了技术基础.

聚合物驱用高效静态混合器内部结构优化研究

针对聚合物驱应用的静态混合器对聚合物溶液剪切作用降解大、混合效果差的缺点,研制了一种新型组合式静态混合器,满足了聚合物母液与稀释水混合过程的技术要求。试验结果表明:聚合物溶液的降解率随着静态混合器混合单元数目的增多而增大,混合不均匀度随着静态混合器混合单元数目的增多而减小;现场聚合物溶液流量范围在2.89~3.88 m3/h条件下,组合式静态混合器与X型静态混合器相比平均黏损降低了2.42个百分点,混合均匀度提高1.73个百分点,可以满足聚合物驱的配注要求。

油气水混合物的水力计算

分析了高粘性油气水混合物黏度与温度、压力等关系的水力计算。通过实验得到气液流摩擦阻力半经验公式及不同雷诺数下混合物的流动状态。本文的研究很好的运用到了一些油田。

新型低剪切母液流量计调节器内部结构优化研究

针对聚合物驱应用的母液流量调节器对聚合物溶液剪切降解大的问题,将现用母液流量调节器内部调节阀结构进行改进优化。通过运用计算流体力学软件FLUENT进行流场参数模拟计算,优选出梭形杆结构作为调节器高速流区阀芯,同时考虑最佳的降速效果和流量调节性能,优选出阀芯单节长度为25 mm,节数为6节。现场试验结果表明:常规母液流量调节器的平均黏损率为5.01%,而新型母液流量调节器的平均黏损率为1.48%,在相同工况下比常规母液流量调节器的黏损率降低3.53%。

Ni单原子催化剂表面CO2电还原动力学的电化学谱学解析

针对Ni单原子催化剂表面的CO 2电还原反应(CO 2RR),提出了以Ni为活性位点的“单中心”机理以及同时借助Ni位点还原和碳氮锚定位水解的“双功能”机理.依据稳态极化的实验结果,开展了CO 2RR的动力学解析与模型参数的敏感性分析;借助暂态模型方程,分别获取可表达CO 2RR线性与非线性频响特征的电化学阻抗谱(EIS)与总谐波失真(THD)谱.研究结果表明,CO 2的溶解分压对CO 2RR活性影响最显著.若CO 2RR遵循“单中心”机理,Ni位点COOH ads的形成为速率控制步骤;但若为“双功能”机理,碳氮锚定位的水解与Ni位点的CO 2,ads还原同为速率控制步骤.EIS理论上可用于区分CO 2RR的“单中心”机理与“双功能”机理;与之相比,THD谱在CO 2RR的机理识别中并无优势.

二氧化碳加氢合成低碳烯烃的研究进展

大气中逐年升高的二氧化碳浓度对全球环境产生了严重的影响。通过可再生能源得到的H2与CO2反应生成低碳烯烃,不但可以使CO2得到资源化利用,还能减少低碳烯烃的生产对于石油资源的依赖。该技术还有望实现从海水中得到燃油。本文主要对CO2加氢合成低碳烯烃的热力学、反应机理和催化剂研究进行了综述。目前,该反应中使用的催化剂以Fe系为主。文中简要介绍了直接转化催化剂中的载体、助剂和双金属活性组分对反应性能的影响以及经甲醇路线制低碳烯烃的双功能催化剂在该反应中的应用。高性能催化剂的设计以及反应机理的探索是CO2加氢合成低碳烯烃未来的发展方向。

Ce改性的Pt/γ-Al_2O_3催化剂用于富氢气氛下CO选择氧化

研究了Ce改性的Pt/γ-Al2O3对于富氢气氛下CO选择氧化反应的催化行为.考察了制备条件(共沉积沉淀法、分步沉积沉淀法以及沉积沉淀温度)对催化活性的影响.结果表明,在80℃时用共沉积沉淀方法制备的催化剂Pt-Ce/γ-Al2O3-CP-80对CO氧化反应表现出良好的活性和选择性,CO转化率在120℃时可以达到85%.利用氢气程序升温还原和原位漫反射红外光谱对不同条件下制备的催化剂进行了表征,分析了Ce的促进作用.

CO_2电催化还原制烃类产物的研究进展

应用可再生能源驱动CO_2电催化还原制备燃料,是目前清洁能源发展最具前景的方向之一。本文综述了以气态烃类(CH_4、C_2H_4)为目标产物的CO_2电催化还原的研究进展,分别介绍了电催化材料、电解质溶液以及反应机理的研究现状。指出在水溶液电解质中,电催化材料需兼具烃类产物的高选择性与电化学析氢反应的抑制能力,Cu与Cu基材料是电催化材料的首选,Cu的氧化物由于其丰富的结构特征拓宽了电催化材料优选范围。水溶液电解质的性质会显著影响CO_2电催化还原产物的选择性;非水溶液或痕水溶液电解质由于可以显著抑制析氢反应,将会进一步拓宽电催化材料的优选范围。最后介绍了CO_2电催化还原机理研究的现状,指出原位电化学谱学方法的应用与CO_2电催化还原机理模型研究工作的开展,将成为人们深入认识以烃类为目标产物的CO_2电催化还原反应的关键,并有利于指导电催化材料与电解质材料的研究开发。

温和条件下水合肼催化分解制氢研究进展

水合肼(N2H4·H2O)的氢质量分数高达8.0%,完全分解时副产物仅为N2,且在温和条件下物理化学性质较为稳定,因此可以作为一种理想的移动氢源,在一些特殊场合为燃料电池提供氢气。本文概述了温和条件下水合肼分解制氢反应所使用的催化体系,具体包括金属纳米粒子、复合氧化物及负载型催化剂。简要介绍了肼分解过程的机理,并分析了影响水合肼分解制氢选择性的因素,包括催化剂中活性金属的特性、反应条件及助剂的性质对催化剂选择性的影响。总结了现阶段水合肼分解制氢催化剂的优缺点,为进一步开发高效、高选择性的水合肼分解制氢催化剂提供借鉴,并为涉及N—H键及N—N键断裂的其他反应催化剂设计提供参考。

Ni-Fe基析氧阳极材料的研究进展

寻找一种高效、稳定和低成本的析氧阳极材料对于在碱性环境中电解水的研究具有非常重要的实际意义。近年来,Ni-Fe基材料以其低成本及在碱性条件下具有高催化活性的特点成为析氧反应电极材料的研究热点。本文概述了近几年国内外学者对不同的Ni-Fe基析氧材料(包括Ni-Fe合金、Ni-Fe氧化物、Ni-Fe层状双金属氢氧化物及Ni-Fe基复合材料等)在合成方法、物理形态、化学结构和催化性能等方面所进行的研究,介绍了Ni-Fe基材料的析氧反应机理的进展,探究了析氧反应活性相以及Fe的掺入对Ni基氢氧化物的结构和活性的影响,最后指出了合成方法的改进及详细反应机理的探究将会成为未来Ni-Fe基析氧阳极材料的重点研究方向。

二氧化碳电化学还原反应器的研究进展

电化学还原二氧化碳(CO2)可实现CO2的资源化转化,是实现自然界“碳循环”、缓解因CO2过度排放所引起诸多环境问题的关键技术。本文综述了CO2电还原反应器的研究发展现状,并依据电解质的不同对比分析了各反应器的结构、传质特征及与之匹配阴极的CO2转化活性与选择性。研究指出膜电极构型反应器是当前CO2电还原反应器发展的主要方向,其电解质材料的优选不仅决定于其离子选择性与电导率,还需考虑电催化材料的性质与膜电极效率。最后,提出膜电极构型反应器内的过程强化技术与自支撑结构的阴极设计将成为CO2还原研究发展的新方向。

负载钌的氮掺杂石墨烯催化剂的制备及应用

利用人工合成的蒙脱石做硬模板,以插层的邻菲罗啉-钌络合物为前体,在惰性气氛下热解后用氢氟酸和盐酸刻蚀除去蒙脱石模板制备出负载钌纳米粒子的氮掺杂石墨烯催化剂(Ru-NG)。Ru-NG具有与模板蒙脱石类似的层状石墨烯结构,C、N、O及Ru元素在其上分布均匀。Ru-NG中钌的含量随钌前体的加入量的增加而增加,但受蒙脱石片层的物理限域作用及与含氮物种的配位作用,钌纳米粒子的粒径却无显著变化,且粒径均一,平均粒径在1.2~1.4 nm范围内。与传统浸渍-还原法制备的活性炭负载的Ru催化剂相比,Ru-NG在二氧化碳加氢生成甲酸反应中表现出优异的催化活性。

^(57)Fe穆斯堡尔谱研究Ir-Fe催化剂用于CO选择氧化反应(英文)

采用不同浸渍顺序制备了三种Ir-Fe催化剂,其CO选择氧化(PROX)反应活性差别很大,其中共浸渍的Ir-Fe催化剂活性最高.吸附量热研究表明,三种催化剂的H2和CO吸附存在差别.通过对三种催化剂还原后、再氧化和反应后准原位57Fe穆斯堡尔谱的研究,得到各种Fe物种信息.结果表明,三种制备方法影响催化剂中Ir-Fe相互作用强度,导致催化剂中Fe物种的氧化还原性能不同.催化剂中Fe2+(a)的含量与CO转化率呈正比关系,Fe2+(a)是PROX反应过程中活化氧的活性中心.浸渍顺序改变了Ir-Fe间相互作用强度,从而改变Fe2+(a)物种含量,影响PROX反应活性.Ir-Fe间的相互作用可以稳定活化氧的Fe2+(a)物种,为今后研究金属-金属间的相互作用提供借鉴.