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2021年  第49卷  第4期

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2021-04期目录
2021, 49(4): 1-8.
摘要:
摘要:
采用晶种诱导法和碱处理法制备了不同介-微孔复合结构的多级孔ZSM-5分子筛,利用XRD、TEM、NH3-TPD、氮气物理吸附等手段对其结构性质进行了表征,并考察了其对低阶煤流化床快速热解产物分布的影响。结果表明,碱处理后不同程度上增加了分子筛催化剂的比表面积、介孔孔容和平均孔径。多级孔ZSM-5分子筛促进了热解挥发分中脂肪烃的裂解环化和酚池的解离,提高了焦油中轻质芳烃的收率。在碱浓度为0.3 mol/L时轻质芳烃收率达到最大,其中,单环芳烃和萘/甲基萘较微孔分子筛分别增加了2.7倍和0.9倍。在碱浓度达到0.4 mol/L时,由于过度脱硅造成表面塌陷,分子筛催化剂性能下降。
摘要:
利用固定床获得胜利褐煤及盐酸洗煤在不同温度条件下的半焦。利用FT-IR、XPS、XRD和Raman等技术对所得半焦进行表征,以研究胜利褐煤及盐酸洗煤热解过程中微结构演变特性。结果表明,盐酸洗煤/焦中含氧结构含量相对较高。随热解温度升高,煤/焦中含氧结构所占比例降低。褐煤热解过程中,盐酸洗脱的矿物质会抑制芳环的有序化排列,同时促进褐煤中芳环簇的缩聚,造成煤焦晶体结构缺陷增加,并对煤焦中侧链的发展不利。
摘要:
采用等体积甲醇/甲苯混合溶剂对淖毛湖次烟煤(NMH)进行热溶得到热溶物和热溶残渣(RTD),利用Co/C@N-700催化剂催化320 ℃热溶物(SP320)加氢转化得到CSP320。利用气相色谱质谱联用仪(GC/MS)分析了SP320催化加氢前后的组成和结构特征,利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重以及固体 13C核磁共振(13C NMR)分析了NMH和RTD的热解反应性和结构特征。热溶物收率随温度升高而增加,320 ℃达到最大值(36.46%)。GC/MS分析表明,烷烃、芳烃和酚类是SP320中的主要族组分,相对含量分别为45.45%、18.03%和24.75%;经催化加氢后芳烃和酚类相对含量分别降低至3.86%和13.6%,烷烃和醇类含量分别提高至66.99%和9.36%,其中,环烷烃由8种增加至24种,这说明Co/C@N-700对SP320中芳烃和酚类加氢转化具有较高活性。与NMH相比,RTD具有较高的热稳定性,骨架结构中芳香碳含量较高,而羰基碳含量较低;RTD的FT-IR谱图中O−H、−CH2−、C=O以及C−O−C对应的吸收峰强度显著减弱,芳香C=C的吸收峰强度明显增强。
摘要:
Hydroliquefaction behavior of preasphaltenes, derived from direct coal liquefaction, was carried out in a 30 mL autoclave with FeS + S catalyst and tetralin at initial hydrogen of 5.0 MPa, residence time of 0−60 min and reaction temperature of 380−440 °C in order to optimize the conditions of direct coal liquefaction and improve oil yield. The products distribution and kinetic parameters of preasphaltenes catalytic hydroliquefaction were investigated. A new kinetic model was established to simulate the preasphaltenes hydroliquefaction catalyzed by FeS + S catalyst using lump kinetic model. It was found that preasphaltenes were hydroliquefaction into asphaltenes and char directly, and then asphaltenes were hydrocracked into oil + gas products. Regressive reactions of preasphaltenes to char and asphaltenes to preasphaltenes occurred at higher temperatures. Higher temperature and longer time were favorable for increasing the conversion of preasphaltenes and the oil + gas yield. The hydroliquefaction of preasphaltenes under 440 °C and 60 min reached 79.45% with 34.7% of oil + gas yield. The hydroliquefaction conversions calculated from the model agreed well with the experimental data, and the activation energies ranged within 50−245 kJ/mol.
摘要:
A vitrinite-rich low rank coal, Baishihu (BSH) coal with moderate sulfur content was treated by dehydration and crushing. The treated samples were pyrolyzed in an alloy tubular reactor under 2 MPa. Influence of iron catalyst and atmosphere on sulfur transformation during pressurized low-temperature coal pyrolysis was investigated. Molecular composition of sulfur compounds in tar was characterized by gas chromatography with sulfur chemiluminescence detector (GC-SCD) combined with Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS). Sulfur K-edge XANES was used to study sulfur molecular structure after pyrolysis. Sulfur compounds in BSH coal are predominantly S1 class species in branch chain of the coal. Elemental sulfur in catalyst enters the tar and forms mercaptan or thioether compounds during pyrolysis. Iron catalyst promotes activation of hydrogen atoms in coal and contributes to hydrogenation saturation and cracking of aromatic sulfide in tar. The catalyst preferentially captures H2S to increase content of pyrite in char and inhibits formation of sulfate. Under H2 atmosphere, significant decrease of thiophene compounds is observed with catalyst coupled with decrease of sulfoxide compounds.
摘要:
采用四种有机溶剂对鄂尔多斯褐煤进行溶胀预处理并在粉-粒流化床上进行快速热解,探究溶胀对褐煤结构及热解特性的影响。采用傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪、气相色谱-质谱联用仪、固体核磁、X射线衍射、全自动化学吸附仪等仪器对溶胀煤及热解产物进行表征。结果表明,非极性溶剂对煤结构影响较小。极性溶剂可以降低褐煤含氧官能团的氢键交联,增加小分子的流动性,增加煤的平均孔径。溶胀后的煤热解焦油和气相产率提高,热解水产率降低。与原煤相比,极性溶剂甲醇、丙酮、四氢呋喃处理煤样的热解焦油产率分别提高了18.88%、26.72%、33.58%,焦油的轻质组分中酚类、单环和双环类芳香烃组分含量明显增加。
摘要:
汞作为一种重金属污染物,对环境和人体健康影响很大,如何对其高效脱除已引起了研究者的广泛关注。本研究使用煤气化渣及其分选后样品作为脱汞吸附剂,通过固定床和气流床脱汞实验考察了吸附剂的脱汞性能,利用N2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等表征手段分析了吸附剂的物化特性。固定床脱汞评价结果显示,OS和HCS在60−120 ℃保持91%以上的脱汞效率;HAS在60 ℃有最高97%的脱汞效率,HAS的脱汞活性受脱汞温度影响较大。Hg-TPD和XPS表征结果表明,吸附剂中的化学吸附氧参与了汞的氧化,在吸附剂表面生成HgO。气流床脱汞评价结果表明,OS和HCS在碳汞比为40000,脱汞温度为60 ℃时,脱汞效率分别为56%、57%;当碳汞比为80000,脱汞温度为60 ℃时,脱汞效率分别为100%、82%。
摘要:
本实验利用微型流化床反应分析仪(MFBRA)研究了棉秆半焦(CSC)与载镍橄榄石(Ni/olivine)的固-固化学链反应特性,利用模型拟合法在等温条件下对29种模型函数进行拟合计算,从中选取了最优的三种模型,计算出棉秆半焦和载氧体的固-固反应动力学。结果表明,CO和CO2是CSC与Ni/olivine反应的主要气体产物,固-固反应过程中,先析出CO后再析出CO2,CSC并不会完全转换成CO2,产气中CO的浓度比CO2大;随着反应温度的升高,产气中CO和CO2的浓度和产率增加。CO、CO2和CSC利用三种不同模型函数计算出来的活化能平均值分别为27.5、46.4和69.8 kJ/mol。利用热重研究了CSC和Ni/olivine非等温反应特性及动力学,结果表明,CSC和Ni/olivine的反应从750 ℃开始,在890 ℃时反应速率达到了峰值,非等温反应活化能为72.05 kJ/mol,这与MFBRA等温动力学活化能基本相似,说明生物质化学链气化过程中,半焦和镍基载氧体的固-固反应较容易发生。
摘要:
采用三聚氰胺作为N源,N掺杂改性HZSM-5沸石分子筛后负载Mo活性金属组分,制备了一种用于甲烷无氧芳构化反应(MDA)的催化剂。采用XPS、N2吸附-脱附、XRD、H2-TPR、TEM和NH3-TPD对催化剂性质和Mo金属组分状态进行了分析表征,并考察了催化剂的甲烷无氧芳构化反应催化性能。结果表明,HZSM-5经过N掺杂改性后,会在分子筛表面生成一层含氮基团,有序调控了分子筛的酸性位点;同时会诱导Mo金属组分在催化剂表面更好的锚定落位。此方法制备的Mo/HZSM-5-CN催化剂能有效提高MDA反应的甲烷转化率和芳烃选择性,减缓了积炭的生成,展现出更优良的催化性能。
摘要:
ZSM-5分子筛催化甲醇制芳烃反应中,存在产品选择性低和催化稳定性差等问题。本研究通过XRD、物理吸附、NH3-TPD、TEM、TG及27Al MAS NMR等手段表征分析反应过程中ZSM-5的结构变化,结合催化性能演变,探讨不同反应阶段影响其结构与性能的关键因素。结果表明,反应初期19 h内高温水热对铝结构的破坏使酸量由0.41 mmol/g明显降至0.17 mmol/g,低碳烯烃选择性显著增加,液烃收率由14.7%快速增至19.3%。稍后的24 h稳定反应阶段中,积炭速率增加,催化剂比表面积由340 m2/g显著降至275 m2/g,酸量继续下降至0.10 mmol/g;液烃收率仍维持在19.5%,说明该反应仅需少量酸即可维持。之后31 h内积炭不断累积,虽然积炭速率明显降低,但催化剂逐渐失活;外表面积炭显著增加,比表面积和酸量继续缓慢减小,液烃收率降至17.3%,芳烃选择性也随之降低。反应末期的7 h里,积炭严重覆盖了ZSM-5酸位并堵塞孔道,液烃收率突降至12.2%,CH4选择性由13.2%骤增至24.2%;积炭对外表面酸的覆盖减少了表面异构化,对二甲苯在二甲苯中选择性由24.4%增至33.1%。考虑到积炭对失活后团聚晶粒的整体包裹,应设法减少晶粒外表面间的接触,以提升分子对反应活性位的可接近性和催化剂的容碳能力。该研究为芳构化催化剂制备时酸性和形貌的控制提供了依据。
摘要:
丙烷脱氢制丙烯为吸热反应,同时伴随氢气的生成,而CO2加氢制低碳烯烃为放热反应,因此,将这两个反应耦合,可打破单一反应在热力学和动力学上的平衡限制,提高丙烯的产率。在此基础上进一步探究了不同晶型分子筛(HZSM-5、SAPO-34和Al-SBA-16)对丙烷与CO2耦合制丙烯反应性能的影响。通过XRD、SEM、NH3-TPD、N2吸附-脱附、TG等手段对不同晶型分子筛的性质进行表征,并在固定床反应器上考察了三种分子筛在丙烷和二氧化碳耦合制丙烯反应中的催化性能。实验结果表明,HZSM-5分子筛弱酸位点含量较高、比表面积大,且展现出优异的催化性能。当丙烷与CO2的体积比为1: 4,反应压力为0.1 MPa,反应温度为580 ℃,催化剂用量为0.2 g,空速为6000 mL/(gcat·h)时,丙烷转化率为10.5%,CO2转化率为3.0%,丙烯选择性为38.4%、产率为4.0%。
摘要:
分别采用溶剂热法和离子交换法制备了K-Fe3O4与Ni-AlMCM-41介孔材料,串联后用于催化CO2加氢制高碳烃,采用XRD、SEM、TEM、NH3-TPD、烯烃-TPD、ICP-OES、XRF和XPS等手段对催化剂进行了表征,研究了钾含量和Si/Al比对Fe3O4/Ni-AlMCM-41串联催化CO2加氢性能影响。结果表明,Fe3O4为400−800 nm的球形颗粒,Ni-AlMCM-41是以弱酸为主的介孔材料;CO2首先在K-Fe3O4上生成富含低碳烯烃的混合气,然后在Ni-AlMCM-41酸性位点发生聚合、加氢等反应转化为高碳烃。适当的钾含量,可以提高一段反应CO2转化率及低碳烯烃选择性。当0.5%K-Fe3O4与Ni-AlMCM-41(Si/Al = 50)相串联时,两段反应器温度分别为320和250 °C,在2 MPa、空速为1000 h−1和H2/CO2物质的量比为3的条件下,CO2转化率达32.9%,CH4选择性为10.9%,高碳烃选择性为49.8%,远高于单一0.5%K-Fe3O4催化剂上的12.2%。
摘要:
分别采用共沉淀法、离子交换法和焙烧复原法制备$ {\rm{Cu(}}{{\rm{C}}_{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}{\rm{)}}_2^{2 - } $络合阴离子插层ZnAl-LDH水滑石纯物相前驱体,经焙烧得到片层结构的Cu-ZnAl-LDO催化剂。通过XRD、TEM、ICP、H2-TPR、N2O-H2氧化还原滴定及N2物理吸附-脱附等方式对前驱体和催化剂进行表征分析,考察了不同制备方法对插层结构催化剂结构性质及其合成甲醇催化活性及稳定性的影响。结果表明,相比于离子交换法和焙烧复原法,共沉淀法制备的CP-Cu-ZnAl-LDH前驱体具有较完整的水滑石二维层状结构,且插层Cu组分含量最大,焙烧后层间高分散的Cu物种颗粒尺寸较小,与ZnO发生相互作用,表现出很好的催化活性,单位质量Cu的甲醇收率可达3412 mg/(gCu·h);同时,层板对Cu物种的限域作用有效抑制了Cu颗粒的团聚长大,连续反应60 h过程中催化剂未发现失活。
摘要:
CoMoS/ZrO2 catalysts with different Co-Mo atomic ratios (0.25, 0.30, 0.35, 0.40 and 0.45) and Co-Mo loading amounts (2.35%, 4.36%, 7.48% and 10.79%) were prepared by incipient wetness impregnation. These catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), temperature-programmed reduction (H2-TPR), nitrogen adsorption/desorption and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). 4-methylphenol was used as model compound for hydrodeoxygenation reaction. The result showed that when the atomic ratio of Co-Mo (Co/Co + Mo) was 0.30 and the Mo loading amount was 4.36%, the highest hydrogenation activity was observed. The conversion of 4-methylphenol was up to 99.86% and the selectivity of main product toluene reached to 87.85%. The formation of CoMoO4 was unfavourable to the formation of toluene. An appropriate interaction between Co-Mo and ZrO2 was required.
摘要:
甲烷催化裂解制氢具有过程简单、产物易分离、无COx产生等优点,是一种潜在的制氢工艺。本工作采用浸渍法制备Ni/SiO2介孔催化剂,通过N2吸附-脱附、X射线衍射、程序升温还原、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对反应前后的催化剂结构及生成炭的形貌进行表征,研究了焙烧温度、金属负载量和反应温度对其甲烷催化裂解性能的影响。结果表明,所制备的Ni/SiO2催化剂具有较好的介孔结构,焙烧温度对催化剂的结构性质和催化性能影响较小,但会改变Ni晶粒在催化剂表面团聚程度。随着金属负载量的增加,催化剂的活性呈现先增加后降低的趋势,其中30% Ni/SiO2催化剂的催化活性最佳。反应温度会显著影响催化剂的活性、稳定性以及生成炭的形态;较高反应温度导致催化剂的稳定性降低和包覆炭的形成。在30% Ni/SiO2催化剂上、550 °C下反应1000 min,甲烷转化率为9.8%,纤维炭产率约为650 °C下的7.2倍。
摘要:
具有几何构型的球状结构可以减小电解质离子的传输距离,开发高比表面积、球形结构和制备工艺简单的多孔炭球,对于储能器件十分重要。以生产维生素C过程中产生的废液为原料,利用高温水热炭化和高铁酸钾(K2FeO4)为活化剂制备多孔炭球,并且详细研究了K2FeO4的量对所制备的多孔炭球的电化学性能影响。结果表明,所制备的样品呈现出球形结构且具有分级孔隙度(丰富的微孔和一定的中孔)的孔结构。在以6 mol/L KOH为电解液的三电极体系中,K2FeO4与焦质量比为2所得的多孔炭球(PCS-2)具有高的比表面积以及良好的电化学性能,在电流密度为0.5 A/g时,比电容高达323 F/g。以1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体为电解液的对称型超级电容器中,K2FeO4与焦质量比为3所得的多孔炭球(PCS-3)能量密度高达47.2 W·h/kg,而且经过10000次循环后比电容保持率为89%。
摘要:
在330–390 °C、8 MPa、加氢时间为1.5 h和剂油比为1∶40的条件下对中低温煤焦油原料进行加氢处理,得到精制原料后再通过热聚合煅烧等过程制得针状焦。通过元素分析、红外光谱(FT-IR)、气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)等检测方法分析了精制原料组成,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和偏光显微镜等方法测试了不同原料所制备出的针状焦结构,研究了加氢温度和精制原料组成对针状焦结构的影响。结果表明,提高缓和加氢精制温度有利于脱除杂原子(尤其是S),但当加氢温度为390 °C时,原料中的芳烃会因为裂解和缩聚而发生两极分化。此外,精制原料中3环和4环芳烃的含量越高,所制备出针状焦石墨化程度越高。
摘要:
方解石是煤中主要含钙矿物质,通过物理混合在脱灰宁夏无烟煤上负载不同含量的方解石制备活性焦,并分析其对制备及脱硫脱硝的影响。结果表明,方解石对活性焦的孔结构和表面化学性质起调控作用。在脱硫过程中,随着方解石含量的增加,活性焦的硫容呈先升高后下降趋势,NX-2%CaCO3-AC表现出最佳的脱硫能力(84.0 mg/g),方解石的加入增加了π−π*含量,促进了SO2氧化过程;在脱硝过程中,CaCO3的添加促进了脱硝,添加2%CaCO3的脱硝率(16.9%)比未添加的活性焦的脱硝率(7.9%)提升了1.14倍,主要是由于碱性基团数量的提高;同时脱硫脱硝过程中,活性焦CaO的存在对脱硫脱硝具有不同程度的促进作用。与单独脱硫/脱硝相比,硫容升高,脱硝效率降低,主要是由于竞争性吸附及铵盐的生成。
摘要:
采用自行设计的介质阻挡耦合电晕放电等离子体反应装置进行了模拟船舶尾气同时脱硫脱硝的研究。分别考察了尾气中各气体组分及乙醇胺用量、放电电流和气体流量等因素对NOx 和SO2脱除的影响,探究了放电脱除NOx 的机理。结果表明,在模拟船舶尾气(N2/O2/SO2/NOx /CO2/H2O)中,保持放电电流为1.67 A和气体总流量为650 mL/min,添加0.48%乙醇胺后可以有效减弱O2和H2O对等离子体放电脱除NOx 的抑制作用,同时乙醇胺会吸收进入体系中的部分CO2,减弱CO2对NOx 脱除的抑制,最终脱硝率达94%。添加乙醇胺后,由于其可高效吸收SO2,且不受尾气中O2、CO2和H2O等组分的影响,SO2脱除率可达97%。