能源化学工程专业理论课--能源转化催化原理的建设与探索

本文详细介绍了能源转化催化原理课程的内容、案例教学的思路、教学方式的改革以及教材的建设等方面的探索。通过教学实践,总结出先基础知识讲授,然后案例分析讲解,最后学生参与案例讨论的授课方式,改善学生的学习效果,提高学生的思考和分析能力。

基于常规测井方法估算原位水合物储集层力学参数

以南海神狐SH7井和阿拉斯加冻土区Mount Elbert井为例,基于常规油气储集层利用测井数据估算地层力学参数的方法,估算海洋区和冻土区水合物储集层力学参数,并与其他研究者的测试或计算结果进行对比。算例分析结果表明:根据常规油气储集层力学参数与声波波速间的关系式,利用测井结果可以估算海洋区水合物储集层的内聚力、内摩擦角、抗拉强度和抗剪强度,但海洋区水合物储集层泥质含量、冻土区水合物地层内摩擦角、海洋区和冻土区水合物地层杨氏模量及体积模量的估算结果误差较大;建立适用于水合物储集层的力学参数与声波波速或水合物饱和度间的关系式,并通过测井方法获取声波波速或水合物饱和度数据,可以更准确地估算原位水合物储集层力学参数。

ZSM-5分子筛的合成及其在丁烯催化裂解反应中的应用

采用水热合成法制备了无模板剂ZSM-5分子筛并用正硅酸甲酯(TMOS)对其进行外表面修饰改性,利用XRD、SEM、^(29)Si MAS NMR、^(27)Al MAS NMR、NH_3-TPD、BET和UV-vis DRS对合成分子筛的物相、形貌和酸性等进行了表征,并将其应用于催化丁烯裂解反应。研究表明,经水热合成的无模板剂ZSM-5结晶度较好,与添加模板剂合成的ZSM-5拥有相似的孔道结构和晶体结构以及相近的酸量,但在酸中心分布上有明显差异:孔道内酸中心数量增加且分布更加均匀,孔道交叉处酸中心数量减少;经过外表面修饰改性后,ZSM-5分子筛外表面部分不具备择形性的酸中心被钝化,使其择形选择能力增强。在催化丁烯裂解反应中,用TMOS进行外表面修饰改性的无模板剂ZSM-5分子筛作为催化剂能够有效抑制副反应的发生,丙烯和乙烯的总收率高达58%。

高含硫天然气过滤单元性能优化

为了避免高含硫天然气湿气输送过程中所夹带的固体颗粒和液体杂质对天然气净化装置和效果的不良影响,在脱硫工艺前端设置了由预过滤器和聚结过滤器所组成的两级过滤单元。针对某高含硫天然气净化厂原料气过滤单元存在的聚结过滤器滤芯压降不上升、无法通过压降来判断滤芯更换时间等问题,利用两级过滤性能评价系统对比了不同过滤性能预过滤器滤芯和聚结过滤器滤芯组合的过滤性能,发现其原因在于聚结过滤器滤芯对亚微米级液滴的聚结性能不理想、预过滤器滤芯和聚结过滤器滤芯的性能不匹配。为此,提出了改进措施:①改进聚结过滤器滤芯的聚结层;②设置疏油型排液层,改变预过滤器滤芯的结构参数,使之与改进后的聚结过滤器滤芯的性能相匹配。实验结果表明:改进后聚结过滤器滤芯的稳态压降较在用滤芯降低75%,对于粒径为0.3μm及以上的液滴过滤效率达到99.99%,同时实现了预过滤器滤芯和聚结过滤器滤芯压降的同步变化。现场试验结果表明:改进后的原料气过滤单元对液体杂质的过滤能力提高了1倍,能更有效地保证后续工艺的安全运行。该研究成果为高含硫天然气过滤元件设计和过滤系统优化运行提供了参考。

MTO废催化剂SAPO-34的再生

采用干凝胶转化法对甲醇制烯烃(MTO)废催化剂SAPO-34进行再生,将SAPO-34分子筛晶化所需的硅、铝、磷原料同时作为黏结剂使用,经干凝胶转化制备出再生催化剂,并对催化剂进行了表征及MTO反应活性评价。表征结果显示,再生催化剂的晶体结构、微观形貌、粒径分布、孔结构、耐磨性及酸中心均得到了恢复与改善,磨损指数可达0.35%/h。实验结果表明:在催化剂加入量为1.0 g、进气中甲醇质量分数为95%、甲醇质量空速为3 h-1、反应温度为450℃、反应压力为常压的条件下,再生催化剂的甲醇转化率接近100%,双烯(乙烯和丙烯)选择性较废催化剂提高了约3百分点,可达87%以上;同时,再生催化剂的寿命也较废催化剂有了明显改善。

烯烃歧化反应中的负载氧化钨催化剂

综述了负载型钨基催化剂用于烯烃歧化领域的研究情况,着重介绍了负载氧化钨催化剂的制备、反应机理和工艺条件的研究,简要介绍了负载有机钨催化剂的研究进展。在此基础上,文章总结了影响负载氧化钨催化剂活性的几个重要因素,如中心金属(钨)的价态、金属中心的构型、催化剂的酸性以及负载金属的分散性等,并提出了负载型钨基歧化催化剂的研究趋势,希望能对以后开发高活性的氧化钨催化剂提供有益的指导和参考依据。

稠油微生物冷采技术研究进展

稠油是重要的石油资源,约占石油总资源量的53%。我国稠油资源储量丰富,每年的稠油产量约占原油总产量的10%。随着开采年限的增加,稠油在改善热采开发效果、提高采收率、降低能耗、提高探明储量动用率等方面都面临较大的技术挑战。近年来,利用高效稠油降解菌对稠油进行降解、利用代谢生物表活剂对稠油进行乳化降黏等微生物冷采技术,已经在室内研究与矿场试验得到了证实。简要论述了微生物冷采技术机理、冷采微生物及营养激活剂,总结了近十年来国内外稠油微生物冷采技术的研究进展。微生物冷采技术将为稠油油藏改善开发效果、降低能耗及提高采收率方面发挥更大的作用,为稠油经济开采与进一步提高采收率提供了一种可行路线。

SiO_2 Opal光子晶体结构周期数对TiO_2染料敏化太阳能电池光电性能的影响

通过在N719敏化的纳米晶二氧化钛膜上耦合SiO_2 Opal光子晶体,以此复合膜为光阳极,以敏化二氧化钛与无序SiO_2的复合膜为参比膜,考察了SiO_2 Opal光子晶体结构周期数对电池光电性能的影响。SiO_2 Opal光子晶体的结构周期数由制备光子晶体时的沉积液浓度控制。实验结果表明复合光子晶体后,电池的短路电流密度ISC和能量转化效率Eff明显提高,且光子晶体周期数越多,提高率越大,当SiO_2 Opal结构周期数增加至20层时,ISC和Eff与参比膜相比分别增加了91%和164%。IPCE分析表明光电性能提高的原因在于当光子晶体带隙与N719吸收峰重合时,利用光子带隙反射与光局域效应可提高N719对波长530nm光的吸收率。即光子晶体可有效提高吸光材料在光子带隙处的吸光率,且随着光子周期数增加,提升效果越显著。

含铁系元素的EU-1分子筛的水热晶化动力学

以实验室自制的溴化六甲双铵(HMBr2)为模板剂,通过水热法快速合成出含Fe,Co或Ni杂原子的EU-1分子筛.通过研究晶化过程中电位和相对结晶度的变化,得出了晶化过程中胶体粒子表面电荷及动力学参数.结果表明,Fe,Co或Ni的引入对EU-1分子筛晶核的形成有很好的促进作用,Fe,Co或Ni阳离子的空d轨道可以加速低聚物硅的形成,这些结构在晶化过程中加速了晶体的成核和生长,导致其成核时间明显缩短,成核速率和晶体生长速率显著加快,表观活化能减小.表观成核活化能E n大于表观生长活化能E g,说明成核过程是速率控制步骤,因此采用较高的晶化温度有利于含铁系元素的EU-1分子筛成核,且能加快晶体生长过程.

基于过程推动力模型的天然气净化用能分析

为了正确评价天然气净化过程能量利用状况及节能潜力,以火用分析为基础,基于过程推动力原理解析了天然气净化系统的用能过程,将天然气净化过程火用损失分为动量火用损失、传热火用损失和传质火用损失,从而建立起了天然气净化过程的能量结构模型。随后应用该模型对四川盆地普光气田高含硫天然气净化装置用能状况进行了分析,结果表明:①天然气净化系统的火用损失主要发生在传热过程和传质过程,其火用损失率分别为75.3%和20.1%;②传质过程的火用损失主要发生在胺液解吸再生过程,应用逐层塔板火用分析方法得知该过程的总火用效率约为10.0%,主要火用损失发生在重沸器和冷凝器中。最后,为了提高胺液解吸再生过程的用能效率,采用双效精馏工艺改造胺液解吸再生过程,通过高压塔顶气体与低压塔底物流进行换热,回收高压塔顶冷凝热量,降低低压塔底重沸器热量,使胺液解吸再生过程能耗降低了11.0%,火用效率提高了27.0%。

反应条件对Cu-Ni/Al_2O_3催化剂乙炔选择加氢的影响

采用浸渍法制备出Cu-Ni/Al2O3催化剂。研究了催化剂还原温度及加氢反应条件对乙炔加氢反应的影响。结果表明,催化剂最佳还原温度为400℃。当最佳加氢反应条件为温度55℃,空速7 000 h-1,H2/C2H2(摩尔比)2.00时,乙炔转化率、乙烯选择性和收率分别为89.34%,84.48%,75.48%。

三元复合体系色谱分离的实验研究及影响因素分析

论述了化学驱油剂的色谱分离机理,提出了三元复合体系色谱分离的研究方法,利用人工岩心进行三元复合体系的驱替实验,分析了岩心入口端注入速度和岩心渗透率对色谱分离的影响。结果表明:岩心入口端注入速度越低,岩心渗透率越低,三元复合体系的色谱分离现象越明显。

延伸的世界——新时期大学生网络思想政治教育工作研究

网络的蓬勃发展为大学生的思想政治教育工作既带来了严峻的挑战，同时也带来了新的机遇。通过深入分析和把握网络对大学生墨想政治教育的影响，加强高校思想政治教育在方法途径上的创新探索，增强网络思想政治教育工作的针对性和实效性。

水合盐相变储能材料的研究进展

水合盐相变储能材料具有储热密度大、导热系数大、相变温度适中、低价易得等优点,具有较好的应用前景,成为近年来的研究热点。本文分析了水合盐相变储能材料的研究态势;详述了国内外对水合盐相变材料的热物性及应用探索方面的研究工作及进展;针对水合盐相变储能材料在应用过程中存在的过冷、相分离及对容器腐蚀性问题的特点,详述了解决这些问题的方法及进展;对水合盐相变材料的应用及发展前景进行了展望,认为对水合盐相变材料过冷、相分离及循环稳定性问题的研究和解决方法还需要加强。

石油沥青质的微观结构分析和轻质化

通过总结和深化对石油沥青质微观结构及其轻质化工艺的认识,探索沥青质有效转化途径,为解决重质油加工过程中沥青质轻质化的难题提供思路。首先对沥青质微观结构的研究进展进行了总结,并通过分析沥青质基本单元片层结构和构成纳微缔合结构的相互作用力,推测构成沥青质纳微尺度结构的只有少数似晶缔合体,大部分为非晶缔合体。通过分析沥青质轻质化工艺发现热裂化和加氢转化工艺并未实现沥青质的轻质化,沥青质大多缩合生成了焦炭产物,虽然溶解作用使得沥青质在超临界水中有部分转化,但由于释放的活性氢数量有限,解决不了沥青质缩合问题,焦炭产率仍然很高。液相加氢转化利用活性氢自由基终止沥青质大分子自由基的链反应避免了生焦,实现了沥青质的有效轻质化。通过分析沥青质转化过程中胶体体系的稳定性,发现维持热裂化和加氢转化过程中重油胶体体系的稳定性较差,以沥青质为中心的胶束与分散介质之间的转化性能差异导致体系发生相分离而生成焦炭。液相加氢转化工艺中,由于新建立的胶体体系的分散介质保证了稳定的沥青质胶束的溶解能力,而为沥青质的有效转化提供了优良的反应环境。本文对沥青质的纳微缔合结构提出了新的观点,同时指出对非晶缔合体进行有效解构是沥青质液相加氢实现轻质化的关键。

半干法循环流化床脱硫反应器内构件研究进展

常规脱硫反应器存在着床内气固流动不均匀、脱硫剂利用效率低等问题。安装内构件可以破碎气泡和颗粒团聚,改善流化质量,强化脱硫反应器内的气固传质和反应过程,提高脱硫效率。本文介绍了近年来半干法循环流化床脱硫反应器内构件的研究现状,主要介绍了惯性式内构件、钝体式内构件、孔板式内构件、复合型内构件;阐述了各种内构件的形式及特点,其中惯性式内构件能够强化气固分离,但不能优化流场;钝体式内构件能够增强反应器内气固湍动程度,但对轴向混合影响不大;孔板式内构件能够均布流场,但易堵塞;复合内构件能够改善流化性能,强化气固接触,但床层压降较高。通过对装有不同内构件的循环流化床脱硫反应器中气固两相流动特点的分析,指明了各类内构件对流化床内气固流动的作用原理及优缺点,综合床层压降及颗粒浓度分布,并根据现有流化床脱硫反应器内构件特点提出了促进气固高效接触、降低床层压降等新型内构件的开发方向。

N-甲酰基吗啉芳烃萃取精馏工艺的模拟及优化

以N-甲酰基吗啉(NFM)-烃类的相平衡数据为基础,利用Aspen Plus软件,建立NFM芳烃萃取精馏工艺模型。模拟结果表明:该模型可以较好地反映装置的实际操作状况。考察剂油比、贫溶剂进料温度以及贫溶剂中苯含量等参数对分离过程的影响,获得N-甲酰基吗啉芳烃萃取精馏工艺的最佳操作参数为:剂油质量比4.66,贫溶剂进料温度112℃,贫溶剂中苯质量分数在1%左右。优化工况的模拟计算结果表明,优化后苯收率和苯纯度明显提高,其中苯收率提高0.6百分点,苯纯度提高0.06百分点。

Pt/CeL重整催化剂的制备及其石脑油芳构化性能

为克服常规氧化铝重整催化剂氯离子流失及其对设备的腐蚀等问题,通过离子交换法制备了Ce^(3+)改性的L分子筛,采用浸渍法制备了Pt/CeL重整催化剂;用XRD、N_2吸附-脱附、NH_3-TPD和Py-FTIR等手段对载体和催化剂进行了表征,并以硫含量为0.50μg/mL的工业精制石脑油为原料,在固定床微型反应装置上评价了Pt/CeL催化剂的重整芳构化性能。结果表明,Ce^(3+)离子交换可提高载体的酸量和酸强度,而不会破坏L分子筛的骨架结构;Ce^(3+)改性后的Pt/CeL催化剂其重整芳构化性能明显提高,活性与选择性达到氧化铝型商业重整催化剂的水平,说明适当的酸性对重整催化剂芳构化反应有显著的促进作用。

Mg改性L分子筛负载Pt重整催化剂的制备及其石脑油芳构化性能

为克服常规氧化铝型重整催化剂氯离子流失及对设备产生腐蚀等问题,通过离子交换法制备了Mg^(2+)改性的L分子筛,采用浸渍法制备了不含氯离子的Pt/MgL重整催化剂,对分子筛载体进行了XRD、N_2吸附-脱附、NH_3-TPD和Py-IR等表征,并以硫含量0.50μg/mL工业精制石脑油为原料在固定床微反装置上评价了催化剂重整芳构化性能。结果表明,Mg^(2+)离子交换对L分子筛的骨架结构没有破坏,Mg^(2+)的存在提高了载体的酸量和酸强度,Mg^(2+)改性的Pt/MgL催化剂重整芳构化性能明显提高,适当强酸性对L分子筛重整催化剂芳构化反应起到显著的促进作用。

多工况氢网络压缩机配置和运行优化

炼油厂在实际运行过程中,加氢装置处理的原料油性质发生变化以及生产负荷调整,都会导致加氢单元耗氢量的变化。构建了具有中间管网的定结构氢网络优化模型,该模型包括供氢单元、氢气公用工程管网/中间管网、压缩机、加氢单元、燃料系统以及它们之间的固定连接关系。在常规氢网络中引入压力为1600 psi(1 psi=6.895 k Pa)的中间管网,可以减少一台加氢装置的新氢备用压缩机,设计阶段可少投资一台压缩机,即实现了新氢压缩机的优化配置。针对加氢单元正常/高/低负荷3种工况,对具有中间管网的氢网络进行了优化,得到了不同工况下流股的流量分配和压缩机的启停策略,从而实现多工况氢网络的运行优化。