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2012年  第40卷  第10期

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摘要:
利用管弹反应器考察了霍林郭勒褐煤在温和条件下的液化特征,探讨了温度、溶剂、压力、气氛、催化剂对液化产物分布的影响;分别利用程序升温热解技术和红外光谱分析了液化产物中己烷不溶物的气态烃逸出规律和结构特征;利用凝胶渗透色谱、同步荧光光谱和红外光谱分析了不同反应条件下产物沥青烯和前沥青烯的结构特征。结果表明,实验条件下霍林郭勒煤的起始热解液化温度在350℃左右;随温度的升高,液化转化率增大。较高温度时(450℃)缩聚反应加剧,液化转化率开始减小;溶剂对沥青烯类产物的生成极为重要,提高反应压力和添加催化剂主要促进油气的生成;温和条件下(350、400℃)对霍林郭勒煤的临氢处理,可获得热解反应性较原煤高的液化残渣(己烷不溶物);产物沥青烯和前沥青烯的分子量在液化温度为300和350℃时为最大;随反应温度升高,沥青烯和前沥青烯的芳烃结构特征增强,烷烃结构特征减弱。
摘要:
以山西阳泉固庄高熔点煤灰为研究对象,通过向煤灰中添加不同量的MgO与Na2CO3,研究了Mg2+与Na+在高温下对煤灰熔融性的影响。研究结果表明,煤灰熔融温度随氧化镁的添加(5%~25%)单调下降;而随氧化钠添加(5%~25%)出现先降后升现象,在氧化钠添加量为15% 时,灰熔点达到最低。XRD分析表明,阳泉固庄煤灰熔融温度高(大于1 750℃)的原因是高温条件下耐熔矿物莫来石、方英石的存在。添加外加剂后,高温时外加剂与硅酸盐矿物反应,生成了更多的低共熔矿物霞石、堇青石等。同时,Mg2+和Na+的加入会使得非桥氧数量增多,高温煤灰低聚物增多,降低了煤灰的熔融温度。通过三元相图以及SEM分析,高温条件下煤灰中部分元素的富集以及团聚现象是导致Mg2+和Na+对煤灰熔融温度影响不同的原因。
摘要:
为了研究煤灰在高温下的流变特性,以陕西神木煤、内蒙纳林沟煤、宁夏羊肠湾煤和山东南屯煤四种煤灰为样品,利用高温旋转黏度计,研究了高温下煤灰渣黏度和剪切应力随剪切速率的变化。实验结果表明,当实验温度高于煤灰的液相线温度时,其流型表现为牛顿流体;当温度低于液相线温度时,其流型逐渐由牛顿流体转变为非牛顿流体。其中,陕西神木煤和宁夏羊肠湾煤的煤灰样品在高温下表现为剪切增稠,随着温度的降低,由牛顿流体转变为屈服涨塑性流体;内蒙纳林沟煤和山东南屯煤的煤灰样品在高温下表现为剪切变稀,随着温度的降低,由牛顿流体转变为屈服假塑性流体。另外,随着温度的降低,由于液态煤灰中晶体的不断析出,使屈服应力逐渐增大,降低了煤灰的流动性。
摘要:
在理想平推流反应器中进行了模拟热解气对模拟烟气中NO、N2O的还原实验研究,考察了反应温度、过剩空气系数,模拟热解气中CH4、CO、H2、NH3入口浓度与模拟烟气中NO、N2O入口浓度对NO、N2O与总氮转化率的影响。结果表明,向NH3添加可燃气体CO、H2、CH4可使NO还原窗口向低温方向移动150~200 K,该温度窗口为1 073~1 223 K;但NH3-CO-H2-CH4-O2体系对NO、N2O的还原分解作用依赖于体系的O2浓度,仅在富燃料情形(过剩空气系数λ为0.6)下可分别达60.6%、100%的NO、N2O脱除率;在反应温度1 073~1 223 K及过剩空气系数λ为0.6条件下,较高的热解气CH4、CO、H2浓度可增加NO排放,但有利于还原N2O;增加NH3入口浓度可增加NO分解率。
摘要:
煤气化反应是煤化学链燃烧过程的控制步骤,其反应速率慢。采用碱金属Na和过渡金属Ni对铁矿石载氧体进行修饰,在流化床反应器上研究了Na、Ni负载量和反应温度对煤化学链催化燃烧的影响。结果表明,在920℃时,Na-铁矿石的催化活性高于Ni-铁矿石,随着Na、Ni负载量的增加,煤化学链燃烧的反应速率加快,气体反应产物浓度达到峰值的时间缩短,反应后期气体产物的衰减速率变大,整个反应期间CO体积浓度明显减少,而CO2、H2体积浓度增大。当Na、Ni负载量均为6%时,两者进行比较分析,Ni在960℃时对煤化学链的催化燃烧效果最为显著,碳转化率高达92.7%,高于纯铁矿石约15.5%,而在800~920℃下,催化效果不明显;Na在800~960℃对煤气化反应的催化效果均较显著。SEM-EDX分析显示,反应结束后,Na-铁矿石载氧体表面Na盐流失严重,而Ni-铁矿石表面Ni盐负载较好。
摘要:
采用量子化学密度泛函方法对四氢化萘热解过程中甲基茚满的生成机理进行计算。结果表明,热解产物甲基茚满的主要存在形式是1-甲基茚满;其主要生成反应途径是,首先通过自由基和四氢化萘间的氢转移反应生成β-四氢化萘基,然后β-四氢化萘基上的氢化芳环经缩环反应生成1-甲基茚满。提高温度能促进1-甲基茚满生成反应的进行,但对其生成反应路径没有太大影响。
摘要:
以稻壳快速热解产物生物油为对象,在对其进行热重红外检测的基础上,结合生物油及其轻质、重质组分的热解气化实验,研究了生物油热解气化过程及气体产出特性。结果表明,生物油的热解气化分为两个阶段,一是轻质组分的快速挥发热解;二是重质组分的裂解气化与缩合缩聚,活化能分别为35~38 kJ/mol和15~22 kJ/mol。温度升高,热解气化效率增加,以H2和CO为主的合成气产量增多,但气体产物热值降低。气体中H2主要来自轻质组分的热解气化,而重质组分则裂解产生较多的CO、CH4等物质。
摘要:
采用高压釜研究了委内瑞拉常压渣油的常规减黏裂化与供氢热转化过程。结果表明,相比常规减黏裂化而言,供氢热转化过程中的供氢剂能够抑制气体产物、沥青质以及焦的形成,后者的气体收率比前者低0.5%~1.2%,生焦率低0.02%~0.98%,残渣油沥青质含量低0.6%~1.3%;在反应温度425℃、反应时间5~20 min条件下,供氢热转化过程的总降黏率、净降黏率变化分别为46.1%~54.8%、10.2%~33.0%;供氢热转化过程的较佳反应条件为425℃、5 min,此条件下供氢热转化生成油斑点实验等级为一级(ASTM D4740),运动黏度(50℃)为185.5 mm2/s,净降黏率为26.4%,满足了船运的基本要求。
摘要:
开展了稠油层内水热催化裂解技术在胜利油田的先导实验,五口井平均周期单井增油653 t,稠油初期降黏率达79.8%,措施14周后降黏率仍大于62%。利用Brookfield DV-Ⅲ黏度计、ElementarVario EL III元素分析仪、Knauer K-700蒸气压渗透仪、Agilent 6890N气相色谱仪和EQUINOX 55傅里叶变换红外光谱仪等,对措施前后稠油的物化性质进行分析。结果表明,层内水热催化裂解后稠油黏度及平均分子量减小、轻烃含量增加、重质组分含量减少、氢碳原子比增加、杂原子含量减小。稠油层内裂解反应受催化剂体系、高温水及储层矿物因素控制,催化剂是促进稠油裂解的主要因素,供氢剂及分散剂等助剂有助于提高裂解效果,高温水的酸碱性质及储层矿物对稠油具有催化裂解作用。多因素协同作用下使稠油发生脱侧链、分子链异构、断链、加氢、开环、成环、脱硫等系列反应,使得稠油大分子分解成小分子物质,降低了稠油黏度,改善了稠油品质,证实该技术在现场应用中具有可行性。
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采用原位漫反射红外光谱法研究了Cuβ催化剂上氧化羰基合成碳酸二甲酯(DMC)的反应机理,考察了甲醇、一氧化碳和DMC的单独吸附及混合气吸附。结果表明,Cuβ催化剂上只存在一种活性位,位于六元环中;氧气能够氧化吸附态的甲醇产生甲氧基和水;DMC吸附在Cuβ催化剂上时,以羰基中的氧原子吸附在活性位上更加稳定;反应存在生成单甲氧基物种和双甲氧基物种两条路径,单甲氧基物种与CO反应生成单甲基碳酸盐物种(MMC),MMC再与甲氧基反应生成DMC;CO插入双甲氧基物种也可以得到DMC。在Cuβ催化剂上更倾向于进行CO插入双甲氧基物种这一路径。
摘要:
以γ-Al2O3为载体,采用共浸渍法制备了Sr-Co/Al2O3系列催化剂,研究了助剂Sr对Co/Al2O3催化剂上甲烷部分氧化(POM)制合成气反应的影响,并利用N2物理吸附、X射线衍射、H2-程序升温还原和热重等技术对催化剂的理化性质进行了表征。结果表明,未添加助剂的Co/Al2O3和800℃焙烧的Sr-Co/Al2O3催化剂在POM反应初期催化活性很低,然而,当添加Sr的质量分数高于2%时,催化剂表现出很好的催化活性和稳定性。焙烧后的新鲜催化剂上主要存在两类Co物种,一类是与载体相互作用较弱、易被H2还原为单质的Co3O4;另一类是与载体相互作用较强、难还原、无催化活性的CoAl2O4尖晶石。在焙烧过程中,Sr易形成Sr4Al14O25,从而削弱Co与Al2O3之间的相互作用,能在一定程度上抑制CoAl2O4物种的形成,提高催化剂的稳定性和活性。未添加Sr的Co/Al2O3在反应时易发生物相改变生成尖晶石,导致催化剂迅速失活;但当焙烧温度达到800℃时,添加有限量的Sr还是无法阻止CoAl2O4的产生。
摘要:
用三种不同方法(水热合成法、浸渍法、离子交换法)制备了含Ga的ZSM-5分子筛,采用XRD、SEM、FT-IR、NH3-TPD、ICP、XPS和氮吸附等多种技术对其进行了表征,并考察了硅源、Ga含量和Ga的存在状态等对该分子筛结构、酸性及其在甲醇芳构化反应中催化性能的影响。结果表明,硅源种类(硅溶胶、白炭黑、正硅酸乙酯)显著影响分子筛的形貌、晶粒粒径大小及杂原子Ga的存在状态,进而决定其在甲醇制芳烃反应中的芳构化催化活性和稳定性。分子筛中Ga物种主要有骨架Ga、骨架外表面游离态(与分子筛无相互作用)的Ga2O3以及与分子筛有相互作用的非骨架Ga三种不同的存在状态。骨架Ga物种以四配位形式存在,提供酸性位点;非骨架Ga作为芳构化活性中心,主要起脱氢芳构化作用。适量的非骨架Ga中心与酸中心协调匹配能有效促进芳烃产物的生成。
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采用共沉淀耦合机械混合法制备了Cu/ZnO/Al2O3/Cr2O3+H-ZSM-5双功能催化剂,并用于二甲醚水蒸气重整制氢反应,结合热重、傅里叶红外光谱、XRD、BET、H2-TPR表征,考察了焙烧温度对Cu/ZnO/Al2O3/Cr2O3催化剂物理化学性质及双功能催化剂催化性能的影响。研究结果表明,400℃焙烧时,析出CuO粒子的同时伴有尖晶石相,进而在反应过程中对金属铜粒子起到良好的隔离作用。而焙烧温度较低时,催化剂分解不完全,催化剂活性位较少。焙烧温度大于500℃时,CuO粒子发生二次团聚,同时尖晶石相大量生成,造成催化剂活性位减少,活性较低。合适的焙烧温度为400℃,此时二甲醚转化率为92.9%,氢气收率可达到76.5%,具有较好的反应效果。
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采用溶胶-凝胶法制备了TiO2-Al2O3复合载体,以柠檬酸(CA)为络合剂采用浸渍法制备了Ni2P负载的TiO2-Al2O3复合载体催化剂,并用 X 射线衍射(XRD)、N2吸附比表面积(BET)测定、热重-差热分析(TG-DTA)、程序升温氢还原(H2-TPR)和透射电子显微镜(TEM)技术对催化剂的结构和性质进行了表征,考察了加入CA对Ni2P/TiO2-Al2O3催化剂二苯并噻吩(DBT)加氢脱硫(HDS)性能的影响。结果表明,适量的CA可以丰富催化剂的孔道,提高催化剂的比表面积,使催化剂具有更好的孔结构、更高的金属活性组分分散度和更均一的活性组分尺寸。CA的引入可以减弱金属与载体之间的相互作用,显著降低Ni和P前驱体的还原温度,促进Ni-P-O活性相前驱态的生成。在360℃、3.0 MPa、氢油比500(体积比)、液时体积空速2.0 h-1的条件下,反应4 h时二苯并噻吩转化率达到99.5%。在48 h内二苯并噻吩转化率可稳定在95.0%左右。
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以氧化改性活性炭为载体,尿素为沉淀剂,采用浸渍沉淀法制备了负载型Co-Mo催化剂,并用CO还原SO2反应作为模型反应考察了催化剂的催化活性。结果表明,催化剂焙烧温度500℃、Co/Mo物质的量比0.45、最佳反应条件(硫化温度为500℃、空速为7 000 mL/(g·h)、CO/SO2物质的量比为2:1,反应温度为450℃)时,催化剂具有最好的催化活性和选择性。XRD表征结果表明,催化CO还原SO2反应的活性相为CoS2和MoS2,硫化温度影响活性相的形成。该催化剂稳定性好,反应运行24 h后活性仍能保持最高活性的99%。
摘要:
采用溶胶凝胶法制备了不同γ-Al2O3含量的钛铝复合载体,以此为载体采用浸渍法负载V2O5和WO3制备了一系列催化剂。采用X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、程序升温还原(H2-TPR)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)等表征技术对催化剂表面形态进行分析,同时在模拟氨气选择性催化还原NO(NH3-SCR)的反应条件下,对催化剂的脱硝反应活性和SO2抗中毒进行考察。结果发现,TiO2和γ-Al2O3之间的协同作用使得V2O5-WO3/TiO2-γ-Al2O3催化剂的脱硝效率及活性窗口明显优于单一载体制备的催化剂,表现出了良好的热稳定性和抗SO2毒化能力,特别是V2O5-WO3/TiO2-15% γ-Al2O3在310~460 ℃,NO的转化率均在80%以上,反应窗口最宽。各种表征结果表明,TiO2-γ-Al2O3复合载体中γ-Al2O3高度分散在TiO2上,复合载体具有较大的比表面积,同时具有较强的还原能力。
摘要:
结合常规离子液体和功能型离子液体在吸收CO2方面的优势,将两类咪唑类离子液体进行混合,对其吸收CO2的效果和再生性能进行了实验研究。结果表明,两类咪唑类离子液体混合后流动性明显改善,与CO2接触气液传质顺畅;常规离子液体[bmim][BF4]和[bmim][Tf2N]与胺功能型离子液体[NH2e-mim][BF4]混合物较单一的离子液体吸收CO2的量大,[bmim][CH3CO2]与[NH2e-mim][BF4]混合后较单一的[bmim][CH3CO2]吸收量有明显的减低;随着常规咪唑类离子液体阳离子碳链增长,混合离子液体吸收CO2的效果变强;与胺乙基功能型离子液体混合吸收CO2时,阴离子为[Tf2N]的常规咪唑类离子液体要比阴离子为[BF4]的吸收效果好;离子液体混合物吸收CO2后经再生循环利用10次,混合物质量基本不变,循环使用后吸收CO2性能为初始吸收性能的75%~85%。
摘要:
为了解复杂烟气条件下活性焦吸附剂的脱汞特性,利用汞渗透管和主要气体成分模拟复杂烟气,在实验室规模的固态吸附剂汞吸附效能测定系统上,进行了太西活性焦吸附单质汞的实验研究,并采用FT-IR对活性焦表面进行了光谱表征。结果表明,在活性焦表面存在各种含氧官能团;在CO2/N2/O2/SO2/Hg0烟气体系中,当SO2加入量为400、855、1 520 mL/m3时,出口汞浓度分别为36、43、48 μg/m3,SO2对系统吸附Hg0的能力有抑制作用;在CO2/N2/O2/NO/Hg0烟气体系中,较低浓度的NO对Hg0脱除有抑制作用,而高浓度值的NO抑制作用减弱;在CO2/N2/O2/NO/SO2/Hg0烟气体系下,提高NO浓度对Hg0脱除有一定的促进作用,而提高SO2浓度初期促进汞的脱除,后期则表现为抑制作用。
摘要:
采用美国环保署颁布的吸附剂吸附汞采样方法30B(USEPA 40 CFR Part 60 30B)采集燃煤烟气中汞。选择一循环流化床燃煤机组进行现场采样,吸附剂吸附烟囱处烟气中的汞、入炉煤样、锅炉底灰、静电除尘器飞灰等样品同时采集。对该机组中汞质量平衡率进行衡算,通过汞质量平衡率说明了汞采样方法的准确性和有效性。评价了汞在飞灰、底灰和烟气中的分布,循环流化床锅炉底灰中对脱汞的贡献率仅0.55%,飞灰脱除汞的效率高达83.37%,剩余的16.08%的汞排放入大气环境,表明循环流化床机组是有效控制汞的清洁煤燃烧技术。