甲烷裂解双分散孔催化剂颗粒积碳行为模拟

【目的】为了更好地理解催化剂颗粒的积碳行为,分析积碳效应下催化剂颗粒界面反应传质特性,实现对催化剂颗粒的优化设计与调控。【方法】采用颗粒解析模型,考虑积碳引起的孔隙结构动态演变以及反应性能的衰减,分别探讨单分散孔和双分散孔颗粒积碳形成及所引起的孔隙结构演变规律。【结果】积碳失活从多孔颗粒表层向内部核心移动,扩散主导机制转向反应主导机制;相较于单分散孔颗粒,双分散孔颗粒具备更强的抗积碳性能;固定床反应器中催化剂颗粒分布影响积碳行为,壁面处积碳更加严重,更容易导致失活。【结论】选择双分散孔催化剂颗粒对于积碳行为具有改善作用,同时应选择合适的长径比反应器,削弱壁面效应对积碳行为的影响。

高功率激光水平辐照花岗岩致裂成孔特性及成孔能效评价

针对当前硬岩隧道钻爆法施工钻孔速度慢、钻头损耗大的工程难题,使用高功率激光水平辐照硬岩快速成孔替代传统PDC钻头钻孔,开展高功率激光水平辐照花岗岩成孔的可行性试验,分析高功率激光水平辐照花岗岩的致裂成孔特性;通过单轴压缩试验、扫描电子显微镜(SEM-EDS)和X射线衍射仪(XRD)衍射试验分析激光作用前后岩石的力学性能和微观物相演变;综合对比激光射孔与PDC钻头钻孔的破岩速度和比能。研究结果表明:岩石表面在激光持续辐照后形成“类爆炸坑”,产生的熔融物在重力作用下堆积在孔底,吸收了孔底处大部分的激光能量,抑制了孔底岩石的热裂反应;岩石的纵向破坏受重力影响导致上下孔壁熔融物分布不均匀,随着激光持续辐照,岩孔中心将不断向下偏离光斑入射点;经功率为4.5 kW的激光水平辐照10 s后,岩样的单轴抗压强度从63.31 MPa降低至42.36 MPa,其原因是钠长石分解引起岩样中黑云母的质量分数增加;功率为4.5 kW激光射孔的破岩速度较PDC钻头钻孔的破岩速度提高95.03%,比能增加15.3%,证明了高功率激光水平辐照硬岩成孔的有效性。

多级循环加载下强酸作用混凝土力学响应及微观结构差异分析

自然与强酸作用混凝土在多级循环加载作用下的强度劣化及声发射特征对混凝土结构稳定性评估至关重要,通过开展自然与强酸作用混凝土多级循环加载试验,探究自然与强酸作用混凝土在单轴线性加载和分级循环加卸载作用的混凝土强度劣化特性以及各分级声发射集中趋势特征。结果表明:强酸作用混凝土在单轴多级循环加载下的强度下降明显,表现为强酸作用和多级循环加载应力路径两者都对混凝土强度有劣化作用,其中多级循环加载应力路径对强度的降低作用比强酸作用明显;在单轴多级循环加载下,混凝土的声发射事件主要出现在加载阶段,且极大值出现在每个循环的中部或峰值附近,而卸载阶段只有较少的声发射事件;除最后一次分级加载至破坏阶段,强酸作用混凝土各分级加载阶段的声发射信号没有自然状态混凝土剧烈,表现为强酸作用混凝土各分级加载阶段声发射振铃计数和能量的均值和最大值均小于自然状态混凝土,在最后一次分级加载至破坏阶段,强酸作用混凝土各分级加载阶段的声发射信号比自然状态混凝土剧烈,表现为强酸作用混凝土振铃计数和能量的均值及最大值略高于自然状态混凝土;试验混凝土内部孔隙和裂隙较为发育,孔隙以簇状和圆形为主,有块状孔隙密集区,裂隙呈条状和不规则状,混凝土内部层状结构明显,层状结构和孔隙裂隙交替分布在混凝土内部;研究成果可为扰动作用下混凝土结构稳定性评估提供科学依据。

基于PCAS软件对孔隙结构的定量表征——以川北地区广元千佛崖组砂岩为例

使用川北地区广元千佛崖组砂岩薄片图像样品,开展基于孔、裂隙分析系统(PCAS)定量表征孔隙结构的研究,并探讨如何提升PCAS识别孔隙度的精度。研究表明:使用PCAS默认的单阈值分割法,识别的孔隙与人工圈定的孔隙范围不一致,并且孔隙度偏高,为31.21%。为了提高软件的识别效果,使用Adobe Photoshop对图像进行初步优化,然后采用多阈值分割法,根据孔隙的颜色差异设置各阈值的容差,最终得出孔隙度为14.18%,孔隙识别正确且内部结构更加完整,说明以上操作能够显著提升软件的识别效果。将优化后的孔隙度与默认的单阈值分割法识别的孔隙度、薄片估算的面孔率进行对比,发现优化后的孔隙度与薄片估算的孔隙度接近,仅相差1%~2%,并且参考邻区储层物性测试所得孔隙度,可确定该结果具有一定准确性。此外,PCAS还能快速、准确地提取各种孔隙特征参数,对于孔隙成因、孔隙评价、赋孔特征、赋气机制、渗流网络等研究具有重要意义。这些结果证实了PCAS软件在定量表征孔隙方面的潜力。

基于循环孔洞扩张模型的X型圆管节点超低周疲劳寿命预测

海洋工程钢结构在服役过程中,受风、浪、流或地震等极端循环载荷的影响,易发生超低周疲劳断裂破坏,造成人员伤亡及财产损失,因此超低周疲劳断裂分析及寿命预测对于海工结构安全性评估至关重要。然而,现阶段基于累积损伤理论提出的多种超低周疲劳寿命预测模型无法对多尺度节点实现统一预测,造成了实际工程应用的不便。因此文中基于循环孔洞扩张模型开展X型圆管节点超低周疲劳寿命预测。首先,开发了基于循环孔洞扩张模型的VUSDFLD程序,实现ABAQUS与FORTRAN子程序联合应用,利用有限元分析验证循环孔洞扩张模型在X型圆管节点超低周疲劳断裂分析中的有效性;其次,根据多组X型圆管节点超低周疲劳断裂有限元分析结果,在宏观层面提出了一种基于Manson-Coffin公式的超低周疲劳寿命预测公式;最后,依据Miner理论,将适用于等幅加载的超低周疲劳寿命公式扩展至变幅加载情况,验证了多种节点尺寸下超低周疲劳公式的适用性,为工程应用提供了理论依据。

纳米ZSM-5分子筛的磷改性

采用浸渍法制备了不同磷含量的工业微米ZSM-5分子筛(Z-0)和纳米ZSM-5分子筛(NZ-0),并利用XRD、低温N_(2)吸附-脱附、Py-IR、SEM、NH3-TPD等方法进行了表征,对结构性能进行了分析。实验结果表明,随着磷含量的增加,两种改性分子筛的结晶度、比表面积、孔体积、酸量均逐渐下降,改性磷含量建议不高于6%(w);与Z-0改性试样相比,NZ-0改性试样具有更高的结晶度保留率、介孔孔体积和比表面积,同时NZ-0改性试样的B酸酸量降幅更小,具有更高的B/L比值,且中强酸酸量降幅更小。与Z-6相比,采用NZ-6制备的丙烯助剂具有更高的丙烯产率。

激光熔覆涂层裂纹、孔隙缺陷形成机制和抑制方法研究进展

激光熔覆技术作为一种新兴的表面处理技术,在熔覆过程中难免会产生一些缺陷,这些缺陷的出现和扩展制约了激光熔覆技术进一步的发展.本文介绍了激光熔覆过程中裂纹和孔隙形成的核心机制,总结了多种抑制缺陷的措施,包括工艺参数的优化、基体预热与后处理、元素的添加以及辅助工艺的应用等,为今后激光熔覆技术的进一步发展和应用提供了理论参考.

清洁压裂液作用前后煤孔隙结构及分形特征研究

煤孔隙结构特征及分形特征是揭示瓦斯在煤体中的赋存机理及解吸运移规律的重要手段。以沈阳某煤矿的煤样为研究对象进行了清洁压裂液浸泡试验,分别采用扫描电子显微镜、孔隙-裂隙分析系统、氮气吸附和煤表面分形特征对煤表面的孔隙结构进行表征,对清洁压裂液处理前后煤孔隙结构的变化进行了对比分析,结果表明:经清洁压裂液处理后,煤样的孔隙结构得到了较好的发育,煤样表面孔隙数量约为原煤的2.9倍、平均面积约为原煤的2.66倍、平均周长增加了23.06%、平均形状因子增加了30.91%;煤样氮气吸附量从1.5036 mL/g增至2.8255 mL/g,增加的孔隙半径小于10 nm,孔隙连通性增强;清洁压裂液能使吸附孔分形维数增大、渗流孔分形维数减小,煤样内部结构更加简单,孔隙之间的连通性增强,其中吸附孔分形维数从2.331增至2.845,增幅为22.05%;渗流孔分形维数从2.865减至1.756,减幅为38.71%。孔隙结构的定量表征结果显示,清洁压裂液对煤孔隙的发育有一定的促进作用。

钢渣骨料多孔结构对沥青混合料低温抗裂性能的影响机制

钢渣骨料的多孔结构对沥青混合料低温抗裂性能影响的宏细观机制尚不掌握,不利于钢渣骨料沥青路面长期性能的有效保持。针对此不足,基于室内低温弯曲试验,构建了可表征钢渣骨料多孔结构的沥青混合料小梁试样精细化离散元模型,进而开展了不同的钢渣孔隙率和开口孔隙沥青填充度下的虚拟低温弯曲试验,量化分析了钢渣多孔结构对试样整体强度和细观断裂性能的影响规律及机制。试验研究结果表明:多孔钢渣骨料仅可替代粒径大于2.36 mm的粗骨料,控制钢渣加热温度并延长湿拌时间可确保沥青胶浆充分填充钢渣骨料表面孔隙;离散元数值模拟结果表明钢渣骨料表面开口孔隙附近出现应力集中,裂缝贯通钢渣开口孔隙;钢渣骨料表面孔隙率越高,则峰值应力越低,裂缝越易从开口孔隙处发育;峰值应力随钢渣骨料表面开口孔隙沥青胶浆填充度的降低而显著降低;钢渣骨料表面孔隙对沥青胶浆的吸收作用会显著影响裂缝萌生路径及混合料的低温抗裂性能,裂缝易在钢渣孔洞附近萌生,且开口孔隙无沥青填充时此裂缝扩展特征更明显;钢渣骨料表面孔隙可增强沥青-钢渣界面的黏结性能,但开口孔隙过大会导致应力集中且易萌生裂缝。在实际工程中建议控制大孔隙钢渣骨料含量,并确保沥青砂浆充分填充钢渣骨料表面孔隙,以提高其低温抗裂性能。

考虑干缩裂隙动态变化的优势流入渗模型

为解决定量评估干缩裂隙优势流的难题,基于双孔隙域入渗理论,将开裂土体分为裂隙两侧基质域、裂隙底部基质域与裂隙域三部分,结合Green-Ampt入渗模型,提出了一种考虑干缩裂隙动态变化的优势流入渗模型,并基于该模型探讨了降雨强度、裂隙初始面积率及裂隙深度对土体两域积水时间、优势流入渗量及入渗深度的影响规律。结果表明:干缩裂隙产生的优势流入渗量占总降水量的73.4%~91.4%,入渗深度为裂隙深度的3.1~7.2倍;降雨强度增大将缩短土体基质域积水时间,增大优势流入渗深度;降雨过程中干缩裂隙面积率减小使优势流入渗量减小;裂隙初始面积率增大使两侧基质域入渗量减小,优势流入渗量增大但入渗深度减小;裂隙深度增大使裂隙域积水时间延后,优势流入渗深度增大;模型计算结果与干缩裂隙实际入渗规律相符,同时避免了为裂隙域赋水力学参数带来的误差与不便。

气体物理吸附在石油炼制与化工催化剂研究中的应用

90%以上石油化工生产过程涉及催化材料,催化材料的传质能力直接关系其催化性能,因此,作为体现催化材料传质能力的重要指标之一,比表面积和孔结构是石油化工催化材料研发、生产和质量控制中重点监测的物性参数。气体物理吸附法是当前表征石油化工催化材料比表面积和孔结构的主要技术手段。主要介绍了气体物理吸附法测定技术及主要技术进展,结合近年来石油化工催化材料在孔道调变、梯级孔构建、载体性能研究与催化剂积炭失活解析的部分实例阐述气体物理吸附法在石油化工催化材料表征中的应用。在此基础上,对物理吸附法的未来发展方向进行了展望。

半合成催化裂化催化剂主要组分对其孔结构的影响

采用N_(2)吸附-脱附法、压汞法、SEM和TEM等手段分析了以稀土改性Y型分子筛为主要活性组元的催化裂化催化剂(FCC-1)及其主要组分的孔结构特点,重点考察了铝溶胶、酸化拟薄水铝石和硅溶胶3种常用黏结剂对催化剂孔结构的影响。结果表明:FCC-1催化剂的微孔主要来自分子筛,黏结剂对分子筛微孔结构的影响包括物理堵孔和化学作用,当铝溶胶、酸化拟薄水铝石和硅溶胶分别与分子筛按照质量比1/2混合后,分子筛微孔比表面积损失率分别为23.0%、14.2%和7.7%,即铝溶胶影响分子筛微孔的程度最大。FCC-1催化剂的介孔主要来自黏结剂粒子堆积孔,与黏结剂粒子大小、形貌和堆积方式有关,粒径分别为1~2 nm、4~5 nm和10~50 nm的铝溶胶、酸化拟薄水铝石和硅溶胶经过500℃焙烧后分别以无定型氧化铝致密堆积、γ-Al_(2)O_(3)颗粒状紧密堆积和SiO_(2)球状紧密堆积,所得粒子堆积孔的最可几孔径分别为4.8、5.7和7.3 nm。FCC-1催化剂的大孔主要来自分子筛颗粒和/或高岭土颗粒之间的堆积孔。

基于低温液氮浸溶处理的淮南矿区松软中阶煤孔隙特征

为了研究低温液氮浸溶处理对淮南矿区中阶煤孔隙结构及其分形特征影响,采用不同液氮浸溶时间处理煤样,通过压汞法和液氮吸附法对煤体的孔隙结构加以测定,结合分形理论从多角度分析不同浸溶时间下煤体孔隙的发育规律及其尺度特征。结果表明:随着液氮浸溶时间的增加,煤体总孔容由198.089×10^(-3) cm^(3)/g上升至371.553×10^(-3) cm^(3)/g,总比表面积则由4.984m^(2)/g下降至4.496 m^(2)/g,效果显著;煤体吸附孔减小,渗流孔增加,吸附孔的孔隙连通性增加形成更大级别的孔隙,逐渐向渗流孔转变;渗流孔分形维数和吸附孔分形维数与液氮浸溶时间呈现负线性相关,液氮浸溶对于渗流孔分形维数比对吸附孔分形维数的影响程度更为显著;渗流孔分形维数和吸附孔分形维数随着液氮浸溶时间的增大逐渐降低,表明了煤体内部孔隙随着液氮浸溶时间的增大结构复杂程度降低,孔隙之间的贯通性增强,煤体孔隙度和渗透性的增加;综合分形维数随着煤体平均孔径和总孔体积的增加而减小,随着总比表面积的增加而增加,随着液氮浸溶时间的增加,煤体综合分形维数下降,煤体的吸附能力有所减弱,渗流能力有所增强,有助于提升淮南矿区低渗煤层煤层气抽采效果。

ZSM-5基复合分子筛催化裂解制低碳烯烃研究进展

系统介绍了ZSM-5基复合分子筛的合成方法;针对典型的核-壳结构和微-介孔结构,阐述了复合结构对其孔隙结构、酸性质和水热稳定性等的调控方法和规律。在此基础上,详细综述了复合分子筛在甲醇、轻烃、生物质及其混合原料催化裂解制低碳烯烃领域的应用,提出复合分子筛催化材料未来发展前景。

冻融及耦合酸化作用下土壤中重金属的浸出性及其机制解析

冻融与不同pH溶液的耦合作用下土壤中重金属浸出行为尚缺乏研究。本研究采用TCLP测试评估了冻融及耦合酸化处理前后土壤中重金属的浸出毒性,并采用孔隙(颗粒)与裂隙图像识别与分析系统(PCAS)和地球化学模拟软件(PHREEQC)分别探究土壤矿物颗粒的微观结构和矿物学演化特征。结果表明,经过30次冻融循环后,As、Cd、Cu、Mn、Pb和Zn的最大浸出浓度分别为0.22 mg/L、0.61 mg/L、2.46 mg/L、3.08 mg/L、29.36 mg/L和8.07 mg/L。在冻融和酸化的耦合作用下,土壤颗粒的孔隙度增加了4.79%。孔隙和裂缝的演化所引起的颗粒结构破坏证实了这一结果。在冻融作用下,土壤颗粒的各向异性增加,而在冻融与酸化的耦合作用下,土壤颗粒的各向异性降低。SEM-EDS、PCAS量化和PHREEQC模拟的结果表明,重金属的释放机制不仅与矿物颗粒的微观结构演化特征有关,还受质子腐蚀以及矿物的溶解和沉淀的影响。这些结果将为季节性冻土地区污染场地土壤修复评价提供重要参考。

抗裂剂对干热环境抗冲磨混凝土性能影响研究

结合我国西南某流域干热河谷地区某大型水电工程,深入开展了高效抗裂剂对水工混凝土力学性能、变形性能和抗冲磨性能的演化规律研究。结果表明,掺加高效抗裂剂的水工混凝土,其自生体积变形和抗冲磨强度较基准组有所增加,增加量与高效抗裂剂的掺量呈正相关;单位面积上的总开裂面积、干缩率较基准组有所减少,减少量与高效抗裂剂的掺量呈正相关。从孔结构分析角度阐释了抗冲磨性能提升的细观机理。综上,高效抗裂剂对水工混凝土的抗冲磨性能有较好的改善作用。

CO_(2)致裂对原煤吸附特性和分形特征的影响

为了探究二氧化碳致裂对原煤吸附特性的影响,对原煤和致裂煤进行扫描电镜实验、压汞实验和液氮吸附实验.结果表明:原煤表面裂隙较少,致裂煤表面分布大量的微裂隙并贯穿整个煤体;原煤和致裂煤的进汞退汞曲线都存在滞后环,且致裂煤进汞退汞曲线的滞后环远大于原煤进汞退汞曲线的滞后环,当压力大于1.1 MPa时,原煤的进汞退汞曲线位于致裂煤的进汞退汞曲线的下方,并且曲线之间的差距随着压力的增加越来越明显;致裂煤的吸附脱附体积远高于原煤的吸附脱附体积,致裂煤的脱附曲线在相对压力接近0.95时的下降速度要快于原煤;原煤的分形维数大于致裂煤的分形维数,因此致裂对煤层孔隙发育为大孔、增加孔隙体积具有促进作用,致裂使煤内部连通性和煤层的透气性增强,便于瓦斯的解吸与运移.该研究可为煤层气的抽采以及预防煤与瓦斯突出提供参考.

梯度孔结构空心ZSM-5分子筛构筑与催化裂解性能

合成内部富硅表面富铝的母体ZSM-5分子筛,采用不同浓度的氢氧化钠溶液处理制备了晶体壳层厚度分别为80、40、20和10 nm的空心介孔ZSM-5分子筛;通过X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射光谱(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)、吡啶红外吸附(Py-FTIR)、N_(2)吸附-脱附曲线等对ZSM-5分子筛样品进行物化表征;并以正辛烷和十氢萘作为模型化合物,在反应温度550和600℃、进料速率0.8 g/min、进料时间150 s、剂/油质量比0.25条件下考察不同分子筛催化烃类裂解反应性能的差异。结果表明,催化裂解反应中,壳层厚度为20 nm的空心介孔分子筛(HZ5-AT3)具有更高原料转化率和低碳烯烃收率,这归因于微孔-介孔-大孔梯度孔分布的空心介孔分子筛可同时提供丰富的酸中心和多方位的扩散路径,提高了分子筛活性中心的可接近性,进而促进了大分子烃类的裂解反应。

某35CrMnSi连接底密集裂缝产生的原因分析

某弹药的连接底所用的原材料为优质35CrMnSi钢棒,在对某批次精加工后的连接底进行外观检验时发现其底部存在密集细小裂缝,裂缝周围存在密集孔洞,因此对该批连接底进行化学分析、宏观组织检测、微观组织检测和力学性能检测。结果表明:连接底底部密集裂纹和孔洞是锻造过烧造成的;用于制造连接底的35CrMnSi钢棒熔炼质量等级差,所用原材料钢棒的硫含量偏高,这是造成连接底过烧的主要原因;锻造温度过高,也对连接底缺陷的产生存在不利影响。连接底的缺陷与热处理工艺无关。

低透气性煤层点式酸化压裂增透技术研究与应用

为解决富含矿物质煤层透气性问题,基于点式压裂和酸液增透煤体机制,提出了点式酸化压裂增透技术,且通过扫描电镜试验确定了适合三元煤矿的酸液配比。现场试验结果表明,点式酸化压裂钻孔组的平均瓦斯抽采流量和浓度是普通钻孔组的3.65倍和1.72倍,是点式水力压裂钻孔组的1.32倍和1.06倍,点式酸化压裂增透效果明显优于点式水力压裂,且其增透煤体的起裂压力和同等条件下的注液量均低于点式水力压裂。点式酸化压裂实现了煤体定点、低流量、大范围、快速增透,其对物理增透与化学增透方式的融合大大提高了煤体孔隙-裂隙结构的发育程度和其整体连通性,有助于煤体中瓦斯的运移及高效抽采。