燃料化学学报（中英文）

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2020年第48卷第2期

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研究论文

宁东煤灰层/熔渣界面煤焦气化反应特性原位研究

张林民, 王焦飞, 白永辉, 苏暐光, 宋旭东, 于广锁

2020, 48(2): 129-136.

摘要(200) HTML (86) PDF 9741KB(28)

摘要:
以典型宁东煤-羊场湾煤为气化原料, 采用热重分析仪和高温热台显微镜原位研究了1100、1200、1300 ℃下煤焦颗粒及其在灰层界面和熔渣界面的气化反应。结果表明, 不同气化温度下灰层界面和熔渣界面的形态变化是影响煤焦颗粒气化反应性的主要因素。气化温度为1100 ℃, 灰层在高温下收缩并包裹在煤焦颗粒表面, 阻碍气化剂与煤焦颗粒的接触, 使煤焦颗粒气化反应速率降低, 而熔渣界面未发生明显变化, 其界面处煤焦气化反应速率不变。气化温度为1300 ℃, 灰层界面与熔渣界面均转变为液态, 在表面张力作用下煤焦颗粒破碎, 有效反应面积变大, 传热速率增大, 进而提高了煤焦的气化反应速率。

含油污泥与配合煤共热解煤焦的微观结构与气化反应特性

邹涛, 朱春鹏, 张瑜, 林益安, 刘军, 杜彦学

2020, 48(2): 137-143.

摘要(296) HTML (80) PDF 1423KB(21)

摘要:
以含油污泥与配合煤为原料在850-1150 ℃热解制得焦样, 采用N₂吸附-脱附和X射线衍射(XRD)分析煤焦孔隙结构及碳微晶结构, 并运用热重分析(TGA)考察热解温度和含油污泥添加量对煤焦气化反应活性的影响。结果表明, 提高热解温度和添加含油污泥能促进煤焦形成更加丰富的孔隙结构, 强化煤焦-CO₂气化反应接触并抑制煤焦石墨化进程, 从而提高煤焦气化反应活性；然而, 热解温度过高或添加油泥量过多则会致使煤焦结构致密或孔隙堵塞, 气化反应活性反而降低。

高硫炼焦煤化学结构及硫赋存形态对硫热变迁的影响

申岩峰, 王美君, HUYong-feng, 孔娇, 鲍卫仁, 常丽萍

2020, 48(2): 144-153.

摘要(286) HTML (82) PDF 1265KB(28)

摘要:
利用红外、拉曼、热重及XANES等技术对不同煤阶高硫炼焦煤的化学结构、原煤及焦样形态硫分布进行了准确判定, 对煤中化学结构及硫赋存形态与硫的热变迁行为进行了关联分析。结果表明, 高硫炼焦煤中硫的热变迁行为不仅与硫赋存形态有关, 而且受化学结构不同的高硫炼焦煤热解挥发分释放特性的影响。较低煤阶高硫炼焦煤中脂肪结构热分解产生大量挥发分, 且挥发分释放温区较宽, 形态硫分解产生的活性硫与挥发分中富氢组分相结合, 形成更多的含硫气体转移到气相中, 提高了热解脱硫率, 焦炭体相中噻吩硫相对含量高于表面, 硫化物硫则与之相反。煤化程度升高, 煤中稳定噻吩类硫含量增多, 挥发分释放量减少, 热解脱硫率降低, 且形态硫在焦炭体相与表面的分布差异不明显。无机硫脱除率与黄铁矿硫分解程度直接相关, 热解过程中也将形成部分新的无机硫滞留于焦中。煤结构及有机硫的赋存形态决定了有机硫脱除率, 煤阶升高时有机硫脱除率明显降低。

中温热解焦油重馏分悬浮床加氢裂化的研究

黄澎, 李文博, 毛学锋, 赵鹏

2020, 48(2): 154-161.

摘要(120) HTML (29) PDF 4467KB(20)

摘要:
以中温热解煤焦油为原料, 对其性质进行了分析, 其中, ＞350 ℃重质馏分中胶质含量30.88%, 沥青质含量37.27%, 四氢呋喃不溶物3.36%, 属于常规固定床加氢裂化难以直接处理的馏分。合成了一种Mo系超分散催化剂, 采用FT-IR、XPS、XRD、SEM和TEM等对催化剂进行了表征, 催化剂中含有Mo=O和Mo-S特征结构, 活性金属的硫化率为84.34%, 在体系中具有优良的分散性, 在反应体系内原位分解为超分散MoS₂颗粒；在0.25 t/d连续装置上进行了热解重油悬浮床加氢裂化实验研究, 考察了反应条件对产物分布情况和结焦率的影响, 得出适宜的反应条件为19 MPa, 440 ℃, 催化剂的添加量为300 mg/kg；此条件下石脑油收率24.47%, 柴油馏分收率49.71%, 结焦率1.32%。

钙对焦炭非均相还原NO的微观作用机理:DFT研究

张秀霞, 谢苗, 伍慧喜, 吕晓雪, 林日亿, 周志军

2020, 48(2): 163-171.

摘要(190) HTML (88) PDF 7881KB(17)

摘要:
基于密度泛函理论、结合电子结构分析和Mayer键级变化研究了钙对焦炭非均相还原NO的微观作用机理。对焦炭模型进行电子定域化函数和静电势极值点分析发现，焦炭边缘未饱和的碳原子周边表现出高的电子定域性，体系静电势最小值为-101.1 kJ/mol，边缘碳活性位存在孤对电子。钙的添加可促进第一个NO分子在焦炭边缘的吸附，但对第二个NO分子的吸附影响不大。钙的添加不改变NO在焦炭边缘的非均相还原反应路径，但可将决速步的活化能由124.4 kJ/mol降至91.9 kJ/mol。动力学分析发现添加钙后，非均相还原反应的指前因子增大，焦炭边缘的活化位点增多，有利于加快NO非均相还原反应的进行。

Sr掺杂对CaO(100)表面吸附甲醇影响的分子模拟

厉志鹏, 牛胜利, 赵改菊, 韩奎华, 李英杰, 路春美, 程屾

2020, 48(2): 172-178.

摘要(199) HTML (152) PDF 4786KB(19)

摘要:
借助分子模拟手段，研究了锶掺杂对氧化钙表面甲醇吸附行为的影响。构建了甲醇在CaO（100）和CaO（100）-Sr表面吸附的模型，计算了甲醇在氧化钙表面的吸附能和解离活化能，分析了甲醇在氧化钙表面成键的态密度以及锶掺杂前后甲醇在氧化钙表面电荷布局和差分电荷密度，评估了锶掺杂量对氧化钙表面甲醇吸附性能的影响。结果表明，锶掺杂能够显著强化氧化钙对甲醇的吸附性能，降低甲醇的解离活化能，且吸附性能随锶掺杂量的增加而增强；甲醇在氧化钙表面吸附时活化，锶掺杂后活化程度增加。

暴露CeO₂不同晶面的VO_x-MnO_x/CeO₂催化剂低温NH₃-SCR脱硝的原位红外研究

吴孝敏, 倪凯文, 宇小龙, 赵宁

2020, 48(2): 179-188.

摘要(207) HTML (67) PDF 16975KB(20)

摘要:
为实现低温（200-250℃）NH₃-SCR烟气脱硝，开发出了一种高分散暴露CeO₂不同晶面的VO_x-MnO_x/CeO₂低温脱硝催化剂。脱硝性能评价实验结果表明，暴露{110}晶面的VO_x-MnO_x/CeO₂-R催化剂在很宽的温度范围内（220-330℃）都保持了>95%的脱硝效率。原位漫反射红外分析结果可知，暴露{110}晶面的VO_x-MnO_x/CeO₂-R催化剂表面更易发生NH₃和NO吸附，进而提高NO的转化效率。气态NH₃在VO_x-MnO_x/CeO₂-R催化剂上吸附生成NH₃（L）和NH₄⁺（B），该中间体与NO吸附的中间体桥联硝酸盐和双齿硝酸盐反应生成N₂和H₂O，并遵循Langmuir-Hinshelwood机理。

制备方法对V-Mo/TiO₂催化剂脱硝性能的影响

吴彦霞, 梁海龙, 陈鑫, 陈琛, 王献忠, 戴长友, 胡利明, 陈玉峰

2020, 48(2): 189-196.

摘要(149) HTML (38) PDF 771KB(17)

摘要:
采用浸渍法、溶胶凝胶法和水热法制备了一系列V-Mo/TiO₂催化剂，考察了制备方法对催化剂脱硝性能及抗SO₂/H₂O性能的研究。并运用XRD、BET、NH₃-TPD、H₂-TPR、XPS等方法对催化剂的理化性能进行了表征，结果表明，溶胶凝胶法制备的催化剂具有较小的晶粒粒径，较大的比表面积和孔容，较多的表面酸量，较强的氧化还原能力以及较高的V⁴⁺和表面活性氧，因此，3% V₂O₅-6% MoO₃/TiO₂（sol-gel）催化剂在80-360℃，表现出最佳的脱硝效率；引入10% H₂O和0.03% SO₂后，NO转化率仅下降7个百分点，表现出最佳的抗SO₂/H₂O性能。

Ag(x)/ZSM-5催化剂的CH₄-SCR脱硝性能

孙巾茹, 王颖, 马强, 李滨, 赵玉, 田雨, 王虹, 迟姚玲, 李翠清, 宋永吉

2020, 48(2): 197-204.

摘要(152) HTML (27) PDF 2617KB(21)

摘要:
采用浸渍法制备Ag（x）/ZSM-5（x=3、6、9）催化剂。采用XRD、SEM、NH₃-TPD、Py-FTIR、XPS和NO-TPD等手段对催化剂的理化性质进行表征，在常压固定床微型反应器中评价催化剂甲烷选择性催化还原（CH₄-SCR）NO催化性能，考察Ag负载量对Ag（x）/ZSM-5催化剂CH₄-SCR脱硝性能的影响。结果表明，ZSM-5分子筛负载Ag，催化剂的酸性和酸量发生变化，改善了催化剂对NO的吸附脱附性能。随着Ag负载量增加，形成较大的Ag晶粒，有利于甲烷活化，Ag（x）/ZSM-5催化剂CH₄-SCR脱硝活性提高。Ag（9）/ZSM-5催化剂CH₄-SCR脱硝性能较好，在350℃时NO转化率为41.87%。

双金属Ce-Mn/ZSM-5催化剂的制备及NH₃-SCR脱硝性能研究

梁彦正, 王学涛, 张乾蔚, 罗绍峰, 周瑜枫

2020, 48(2): 205-212.

摘要(1252) HTML (84) PDF 4281KB(27)

摘要:
采用浸渍法制备了铈锰复合氧化物分子筛催化剂（Ce-Mn/ZSM-5），在固定床反应器上考察不同Ce/Mn质量比对分子筛催化剂选择催化还原NO的影响，利用XRD、TEM、NH₃-TPD、H₂-TPR、in-situ DRIFTS等手段对催化剂进行了表征分析。结果表明，双金属改性的Ce-Mn/ZSM-5催化剂在NH₃-SCR反应中表现出较为优异的催化活性，具有较宽的活性温度窗口。当Ce/Mn质量比为0.4时，催化剂具有最佳的脱硝效率，在265-465℃脱硝率均可达到80%以上，在370℃时，NO的转化率最高可达97.28%。锰和铈物种高度分散于催化剂表面，未改变ZSM-5的晶体结构，且构成协同作用。0.4Ce-Mn/ZSM-5具备丰富的酸性位、良好的氧化还原性能，该配比有助于催化剂的催化活性和稳定性的提高，在NH₃-SCR反应过程同时遵循E-R机理和L-H机理。

LaNiO₃的焙烧温度对甲醇水蒸气重整制氢CuO/LaNiO₃催化剂的影响

肖国鹏, 乔韦军, 王丽宝, 张磊, 张健, 王宏浩

2020, 48(2): 213-220.

摘要(288) HTML (63) PDF 1041KB(29)

摘要:
采用溶胶凝胶法合成了LaNiO₃钙钛矿型氧化物载体，再采用浸渍法制备了CuO/LaNiO₃催化剂，并通过XRF、XRD、BET、H₂-TPR和XPS等手段对催化剂进行了表征，考察了LaNiO₃钙钛矿的焙烧温度对CuO/LaNiO₃催化剂结构及其催化甲醇水蒸气重整制氢性能的影响。结果表明，载体焙烧温度主要影响了催化剂的表面晶格氧缺位，活性组分和载体间的相互作用。当载体焙烧温度为800℃时，催化剂表面氧空穴较多，活性组分与载体间相互作用较强，因此，催化甲醇水蒸气重整制氢活性较好。

铝源对Ni/Al₂O₃催化剂结构及其CO₂-CH₄重整性能的影响

何小强, 莫文龙, 覃松, 马凤云

2020, 48(2): 221-230.

摘要(132) HTML (34) PDF 1133KB(12)

摘要:
以三种不同铝源采用溶液燃烧法制备了系列Ni/Al₂O₃催化剂，通过XRD、H₂-TPR、NH₃-TPD、N₂吸附-脱附、TG-DTG和TPH等分析方法对反应前后催化剂进行了表征，研究了铝源对Ni/Al₂O₃催化剂结构、表面性质及其CO₂-CH₄重整性能的影响。结果表明，以Al（NO₃）₃·9H₂O为铝源制备的NiNO-AlNO催化剂比表面积较大，达102 m²/g；高温还原峰面积大，峰型更为弥散；且载体Al₂O₃具有一定的结晶性。而以Al₂（SO₄）₃·18H₂O和AlCl₃·6H₂O为铝源制备的NiNO-AlSO和NiNO-AlCl催化剂，其载体以无定型Al₂O₃存在，活性组分Ni晶粒粒径大、分散性差，还原峰面积较小，与载体的相互作用较弱。其中，由于硫酸铝较为稳定，需要在更高温度下才能转化为Al₂O₃，且所制备NiNO-AlSO催化剂中残留有含硫物质，使得其表面酸性较强。评价结果显示，NiNO-AlNO催化剂活性较高，稳定性好，CH₄转化率为31.21%，CO₂转化率为48.97%。积炭分析结果发现，NiNO-AlNO催化剂表面积炭量最少，沉积炭主要以无定型态存在，具有良好的抗积炭性能。

Mn含量对CeO₂-ZrO₂-MnO_x催化剂甲苯氧化净化性能的影响

李安明, 卫广程, 郝乔慧, 赵宾, 张秋林

2020, 48(2): 231-239.

摘要(212) HTML (45) PDF 885KB(15)

摘要:
采用氧化还原沉淀法制备了一系列CeO₂-ZrO₂-MnO_x催化剂（CZM_X，X为Mn在催化剂总金属中的摩尔含量），探讨了Mn含量对CZM_X催化甲苯燃烧性能的影响。结果表明，CZM_0.6催化剂具有最好的活性，在230℃下即可实现甲苯的完全转化。XRD表征结果发现，随着锰掺杂量的增加，CZM_X催化剂结晶度先降低后增加。H₂-TPR表征结果表明，随着Mn含量的增加，Ce-Zr-Mn之间的相互作用力先增强后减弱。CZM_0.6结晶度最差，金属之间相互作用力最强，表面氧物种更易溢出；同时，Raman和O₂-TPD表征结果也证明CZM_0.6催化剂上具有较高的表面氧空位浓度，有利于催化剂表面活性氧物种的迁移，促进了甲苯的氧化。此外，通过in-situ DRIFTS对中间产物进行观测，发现苯甲酸盐是CZM_0.6催化剂上甲苯氧化反应的重要中间体；在O₂参与下，苯甲酸盐可迅速转化为CO₂和H₂O。

Ag-Y/MIL-101吸附剂的制备及其吸附脱硫性能

巩明月, 宋华

2020, 48(2): 240-248.

摘要(148) HTML (72) PDF 2348KB(10)

摘要:
通过银、钇双金属改性制备了Ag-Y/MIL-101吸附剂，并对Ag-Y/MIL-101进行了X射线衍射（XRD）、电镜（SEM-EDS）、比表面积（BET）和热重（TG-DTG）表征。考察了Ag-Y/MIL-101金属负载顺序、金属负载浓度、金属溶液用量、负载时间对脱硫性能的影响，优化了吸附脱硫条件。结果表明，金属改性得到的Ag-Y/MIL-101保持了MIL-101的晶格结构。与MIL-101相比，Ag-Y/MIL-101的比表面积和孔容均有所下降。适宜Ag-Y/MIL-101的制备条件为：先负载银后负载钇，银离子和钇离子的负载浓度均为30 mmol/L，金属溶液用量均为1 mL，负载时间为8 h。适宜Ag-Y/MIL-101的吸附脱硫条件为：吸附剂用量0.05 g，模拟油为10 mL，吸附温度为60℃，吸附时间为8 h。在此条件下，Ag-Y/MIL-101对噻吩的吸附量达到21.7 mg/g。Ag能显著提高MIL-101的吸附硫容，Y能显著提高MIL-101的吸附选择性，因此，Ag-Y/MIL-101吸附剂中Ag和Y的协同作用使其拥有比MIL-101更高的硫容和噻吩脱硫选择性。

氧清除剂用于增强吸热型碳氢燃料热氧化安定性

陈冉, 刘洁, 张香文

2020, 48(2): 249-256.

摘要(156) HTML (53) PDF 1417KB(15)

摘要:
热氧化安定性是吸热型碳氢燃料贮存和使用过程中评价燃料品质的重要性质之一，反映了喷气燃料在260℃以下组分受溶解氧影响的程度和燃料氧化反应进行的深度。为评价氧清除剂，选用一种实验室自制的吸热型燃料，运用加速氧化法，配合滴定、红外光谱、粒度分布和JFTOT等测试方法对燃料的基础物性和热氧化安定性进行评估，比较了三苯基膦（TPP）、二环己基苯基膦（DCP）和1，2，5-三甲基吡咯（TMP）三种氧清除剂对吸热型碳氢燃料自氧化过程的影响，并确定了测试范围内的最佳添加量。结果显示，三种氧清除剂的添加对燃料的组成和基础物性无明显影响；燃料中的溶解氧浓度随添加量增加不断下降，最大可降低溶氧浓度31.95 mg/m³；加速氧化后，样品的过氧化值和酸值均不同程度下降；胶团粒径分布趋向于更小粒径方向；JFTOT测试结果均满足国标规定。总体上，氧清除剂的添加均能有效提升燃料的热氧化安定性，三者的最优添加量均为质量分数1.5×10^-5，作用效果优劣顺序为TMP>TPP≈DCP。