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2021年 第49卷  第8期

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2021-08期目录
2021, 49(8): 1-8.
摘要:
摘要:
Waste gasification has the potential to contribute to China’s transition towards carbon neutrality and zero waste cities via the recirculation of waste as secondary carbon feedstock for the production of chemicals with lower/and or zero carbon footprint, green hydrogen with zero carbon footprint and CO2-neutral synthetic liquid fuels. With China’s significant coal gasification capacity and associated experiences and expertise, Coal-to-X could act as a bridge to Waste-to-X for carbon intensive sectors such as the waste management, chemical production and mobility sectors. To illustrate the opportunities in these areas, this article presented highlights from dynamic global developments in waste gasification, focusing on pioneering industrial developments in Germany between 1980−2000’s as well as current international developments. Lessons learnt from previous and current waste gasification project deployment are shared and enabled the identification of problems which will have to be addressed in the transition from coal gasification towards mono-waste gasification technologies. Additionally, a qualitative evaluation of gasification technologies pointed to the strengths and weaknesses of fixed-bed, fluidized-bed and entrained-flow gasification principles in their application for waste gasification.
摘要:
煤直接液化过程会产生约占投煤量30%的煤液化油渣,利用萃取手段可将其中的多环芳烃类物质提取出来,制备高价值的炭材料。本文总结了萃取剂的组成结构对煤液化油渣萃取率及萃取产物性质的影响。含有芳环结构或氮氧杂环的萃取剂萃取率可达50%以上。烷烃类有机萃取剂的萃取物主要包含2–4环缩合芳香结构,拥有较低的分子量和杂原子含量。含杂原子有机萃取剂的萃取物主要包含4–7环缩合芳香结构,其分子量大且富含氮、氧、硫等杂原子,C/H原子比较高。吡啶基离子液体萃取物的C/H原子比和芳香度较高;有机酸根基离子液体萃取物的灰分含量较低。使用煤液化油或煤焦油馏分油为萃取剂时,萃取率可达60%,具有工业化应用的前景。
摘要:
热解是煤炭清洁高效利用的有效途径,也是处理废旧塑料高效转化的重要方式。本文针对无害化处理困难的含氯塑料,以聚氯乙烯(PVC)和平朔煤为研究对象,提出将PVC先经预热处理脱除大部分氯,然后将预处理后的PVC残渣与煤进行共热解,并利用气相色谱(GC)、模拟蒸馏、GC-MS、元素分析、红外光谱及拉曼光谱等对热解产生的气体、焦油以及半焦的组成和性质进行分析表征。结果表明,预脱氯处理后的PVC和平朔煤的共热解过程存在协同效应,共热解对半焦和焦油的形成具有明显的正协同作用,焦油产率实验值比理论计算值最大高3.35%;而对热解水和气体的形成产生负协同作用,其中,CH4产率下降最多,即出现最强的负协同效应;共热解使焦油中轻质焦油含量提高,其中,萘类物质含量显著增加,沥青减少,当预脱氯处理PVC添加量为10%时,轻质焦油含量比理论计算值提高5个百分点。此外,共热解半焦表面更为光滑,结构变得更加有序,石墨化度提高。
摘要:
为了研究煤直接液化残渣(Direct Coal Liquefaction Residue,DCLR)改性沥青胶浆的性能,制备不同DCLR掺量和粉胶比(Filler-Asphalt ratio, FA)的DCLR改性沥青胶浆。采用动态剪切流变仪与弯曲梁流变仪对胶浆的性能进行测试,并利用方差分析法分析了单一因素(DCLR掺量、温度、FA)及因素间耦合作用对胶浆性能的影响。结果表明,DCLR和矿粉的加入均能显著提高胶浆的高温性能,但对其低温及疲劳性能会造成较大的损伤。平衡DCLR掺量和FA对胶浆性能的综合影响,得出最佳DCLR掺量为10%,最佳FA为1.0。除此之外,单一因素(DCLR掺量、温度、FA)及因素间耦合作用对胶浆的性能均有着显著的影响,相对来说,因素间耦合作用对胶浆性能的影响明显小于单一因素对胶浆性能造成的影响。
摘要:
以煤系针状焦生产过程同一生焦周期内八种不同进料时间的混合油为研究对象。采用偏光显微镜定量分析混合油制备针状焦的光学组织结构;扫描电镜(SEM)观察针状焦的形貌;XRD、Raman光谱分析针状焦的微晶结构等手段。研究不同进料时间的混合油转化为针状焦后的质量差异。结果表明,混合油热转化后生焦的收率高于理论计算的收率,说明重油参与了热转化反应。并且形成了以流线型为主的光学组织结构的生焦。生焦煅烧后形成针状焦光学组织结构中含有纤维结构最多的是样品MO-8";其次是MO-16",总纤维含量最少的是样品MO-32"。SEM进一步证明了MO-8"的片层数量更多且取向更规整。针状焦的XRD谱图分析表明,针状焦中的微晶结构参数(层间距d002, 片层含量N以及每一层中碳原子数n)非常接近。但是趋于规整的石墨微晶含量(Ig)却存在明显的差异,其中MO-8"含量最高;其次是MO-4",含量最少的是样品MO-32"。Raman光谱分析结果进一步证实了针状焦的基础微观结构相近。其根本原因在于针状焦的基础微观结构由混合油中的精制沥青决定的,但是由于重油在系统内不断循环改变了成焦的环境,造成了针状焦微观结构的差异。因此,煤系针状焦生产中,生焦周期不易超过32 h,否则将严重影响针状焦的微观结构。
摘要:
采用水蒸气对ZSM-5分子筛进行后处理,系统考察了水蒸气处理时间和处理温度对分子筛孔结构、骨架铝分布、酸性及乙醇转化制丙烯的影响。研究结果表明,随着水蒸气处理时间的延长及处理温度的升高,分子筛结晶度和比表面积明显下降。27Al NMR及Co(Ⅱ)交换-ICP结果显示,在水蒸气作用下,分子筛骨架上孤立铝(Alsingle)物种被优先脱除,但临近铝(Alpairs)物种较为稳定。同时,吡啶吸附红外光谱结果显示,在水蒸气作用下,分子筛酸量和酸强度均显著降低。乙醇催化转化结果显示,随着水蒸气处理时间的延长和处理温度的升高,乙烯转化率和烷烃选择性迅速下降,但丙烯和丁烯等高碳烯烃的选择性明显提高。同时发现,乙烯转化率和孤立铝含量之间存在较好的正相关线性关系,而丙烯的生成则与孤立铝和邻近铝的共同作用有关。
摘要:
采用色散修正的密度泛函理论,分别采用隐性溶剂模型和显性溶剂模型,对比研究了亚临界水中葡萄糖异构化为果糖以及果糖脱水制备5-羟甲基糠醛(5-HMF)的反应机理。结果表明,显性溶剂模型更接近真实反应情况,溶剂水分子能够参与反应并在质子迁移过程起催化作用。葡萄糖异构化反应的控速步骤为开环葡萄糖的醛-烯醇异构化,其活化能取决于开环葡萄糖中α−H提取的难易程度及生成的碳负离子的稳定性。果糖脱水反应控速步骤为呋喃果糖的第一次分子内脱水,所需活化能取决于呋喃果糖C(2)位OH质子化脱水后形成的碳正离子的稳定性。本工作揭示了Brønsted碱对葡萄糖异构化反应及Brønsted酸对果糖脱水反应促进作用的根本原因,为葡萄糖降解转化催化剂的调控及溶剂的筛选提供理论依据。
摘要:
通过In2O3/SSZ-13双功能催化剂实现了二氧化碳(CO2)加氢高选择性合成液化石油气(LPG,${\rm{C}}_3^0 $${\rm{C}}_4^0 $)。利用X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)等表征手段对双功能催化剂的物化性质进行了表征。在固定床反应器上研究了氧化铟的晶粒尺寸、反应条件对In2O3/SSZ-13催化二氧化碳加氢制液化石油气性能的影响。结果表明,SSZ-13分子筛的八元环结构和强酸性位点有利于丙烷的选择性生成,初始晶粒尺寸为5 nm的氧化铟具有最高的CO2转化率(11.7%)和CO选择性(61.0%),而烃类产物分布受In2O3晶粒尺寸影响较小,其中,烃类产物中LPG的选择性基本维持在90%左右,丙烷选择性约为75%。增加反应压力、降低反应空速均有利于LPG收率的提高,在350 ℃,3 MPa,9000 mL/(gcat·h)的反应条件下,In2O3/SSZ-13双功能催化剂反应100 h未观察到显著失活现象。本研究为CO2加氢高选择合成液化石油气提供了新的探索途径。
摘要:
通过在弱碱性条件下水解正硅酸乙酯(TEOS),以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂成功制备了SiO2@Al核壳结构高导热载体,并采用过量浸渍法负载15%(质量分数)钴物种,进行了费托合成反应性能考察。结果表明,制备得到的核壳结构载体既保留了高金属铝含量,又具有高比表面积壳层,孔径较为均一,为2.6−2.8 nm。通过改变正硅酸乙酯的添加量可以调节载体中二氧化硅的含量,进而控制壳层厚度。随着二氧化硅壳层厚度的增加,载体的比表面积逐渐增大,催化剂还原度降低。二氧化硅壳层增强了金属钴的分散,避免金属钴在铝颗粒上的团聚失活。在相近转化率条件下,壳层厚度较薄的15Co/5-SiO2@Al催化剂显示出最好的费托反应性能,这主要归因于较薄的二氧化硅壳层和金属钴颗粒之间具有适中的金属-载体相互作用,在起到锚定分散钴物种作用的同时提高了钴物种的还原度。
摘要:
以(NH)4SO4作为晶化调节剂,通过调节铵盐添加量,合成出了不同钛物种分布的TS-1-X系列分子筛(X为铵盐与SiO2的物质的量比)。通过ICP-AES、FT-IR、UV-vis、UV-Raman等表征对TS-1-X系列分子筛中钛物种分布进行了系统的研究。以1-己烯环氧化为探针反应,考查了TS-1-X分子筛的催化性能。研究结果表明,适量铵盐不仅有利于钛从液相向固相富集,促进Ti元素进入MFI骨架结构,还有利于抑制晶粒过快生长,得到晶粒粒径小且分布均匀的TS-1分子筛;而过量的(NH)4SO4反而利于锐钛矿TiO2、无定型钛等非骨架钛物种的形成,同时促进晶粒过快生长得到大晶粒TS-1分子筛。最后,当n((NH4)2SO4)/n(SiO2) = 0.2时合成出反应性能最佳的骨架富钛TS-1,其对1-己烯转化率高达42%,同时H2O2的有效利用率为81.8%。此外,通过实验和表征考察了铵盐中各组分对TS-1性质的影响,发现铵盐通过自身的阴离子以及对pH值的改变,对TS-1晶化体系进行调节。
摘要:
本文利用等离子体耦合催化剂的方式进行CH4干重整(Dry Reforming of Methane,DRM),重点考察了反应温度、CO2/CH4物质的量比、合成气主要气体组分浓度(N2、H2、CO、H2O)对CH4转化率及等离子体催化能量效率的影响。结果表明,以La-Ni/γ-Al2O3为催化剂,当反应温度450 ℃,CO2/CH4物质的量比为1.0时,CH4转化率为41.57%;提高CO2/CH4物质的量比可提高CH4转化率,当CO2/CH4物质的量比为5.0时,等离子体催化CH4干重整过程的CH4转化率可达92.82%。温度和CO2/CH4物质的量比对CH4转化率影响显著,气体组分的变化改变了体系中的激发态粒子,不仅直接影响到CH4转化率,还影响着催化剂表面积炭。向反应体系中添加N2、H2O可提高CH4转化率,并抑制积炭;而添加H2、CO后CH4转化率显著降低。研究结果可望为生物质气化合成化工品的工艺开发提供基础数据和参考依据。
摘要:
The isomerization and hydroformylation of butene under the catalysis of Rh-BIPHEPHOS were investigated by varying the butene feed and reaction temperature. The results indicate that in the presence of syngas, with 1-butene as feed, more isomerization product (i.e. 2-butene) is detected in comparison with the hydroformylation products, whereas with 2-butene as the feed, the hydroformylation is superior to isomerization. Due to the equilibrium limit between 1-butene and 2-butene, the increase of temperature shows a great positive effect on the isomerization reaction. Furthermore, under the catalysis of Rh-BIPHEPHOS, more n-pentanal is always formed than i-pentanal, as the larger bite angle of BIPHEPHOS restricts the intermediate rearrangement in the formation of i-pentanal.
摘要:
不同温度下直接煅烧偏钨酸铵制备了晶化程度不同的两种氧化钨(WO3-500和WO3-900),通过XRD、SEM、TEM、XPS、H2-TPR和NH3-TPD手段对WO3载体负载Pt前后的物化性质进行了系统的表征,低温反应条件下研究了不同氧化钨负载Pt对萘加氢的催化性能。与WO3-900载体相比,低温煅烧得到具有较低的结晶程度,载体中大量的W5+物种和负载的Pt具有强的相互作用,并显示出较强的酸性。在低的反应温度下(70 ℃),Pt/WO3-500催化剂对萘加氢合成十氢萘具有优异的催化性能,萘的转化率和十氢萘的选择性均达到100%;在Pt/WO3-900催化下萘的转化率和十氢萘的选择性仅为26.7%和1.7%。结合催化剂的表征和催化反应结果,揭示了氧化钨中的氧缺陷位是提升Pt/WO3催化性能的关键因素,对设计高效的WO3负载 Pt催化剂催化萘合成十氢萘提供了一定的理论指导。
摘要:
通过共沉淀法合成了羟基磷灰石(HAP)和一系列Sr掺杂羟基磷灰石载体(Ca9Sr1、Ca8Sr2和Ca7Sr3),以浸渍法制备负载型Co3O4催化剂。采用XRD、N2-physisorption、Raman、FT-IR、H2-TPR、XPS、O2-TPD和CO2-TPD对所制备的样品进行表征,使用连续流动微反应装置研究了其N2O分解性能。实验结果表明,催化活性顺序为Co/Ca8Sr2 > Co/Ca9Sr1 > Co/HAP > Co/Ca7Sr3。当Sr/Ca比为1∶9和2∶8时较好地保持了HAP载体的结构,适量Sr的掺杂不仅促进了Co3O4分散,增加了催化剂中Co2+和表面氧空位的数量,同时提高了催化剂的表面碱量和碱性位密度,从而更加有利于N2O活化和O2脱附。
摘要:
采用相分离技术制备了具有三维贯通大孔结构的Al2O3载体,载体的大孔尺寸为250 nm,比表面积174 m2/g,具有21 nm及250 nm集中的双重孔分布,抗压强度达到16.5 N/mm。采用该载体制备的渣油加氢脱金属催化剂仍然保持与载体接近的双峰孔分布、三维贯通大孔结构及较大的抗压强度等特性,Ni、Mo金属组分在载体表面分散均匀。催化剂的片层状活性相的长度为3−10 nm,堆垛层数1−7层,其中,大于4层的活性相分布约占40%,形成非均匀形态的活性相结构。与现有工业催化剂相比,三维贯通大孔渣油加氢脱金属催化剂的脱金属率、脱硫率及脱残炭率分别提高6.2%、6.0%及6.8%,孔结构、表面性质、活性相结构及其协同作用是三维贯通大孔催化剂具有优异催化性能的主要原因。
摘要:
The chemical and mineralogical characteristics of fly ash from a municipal solid waste incineration (MSWI) in China and the influence of processing parameters on heavy metals removal during leaching were investigated in this work. The fly ash particles had complex surface structure with limited specific surface area. The alkali chloride and metal salts in MSWI fly ash showed evidently impact on leaching efficiency. Metal leachability was related to their properties and speciation in fly ash. Water-soluble salts such as KCl, NaCl and CaCl2 in fly ash were easily washed out. In this study, removal efficiency by water washing was achieved to 93.1% for Cl, 41.4% for Na, 48.5% for K and 24.8% for Ca, respectively. Mineralogical analysis also revealed change of fly ash mineral phases and specification distribution after water washing. Under liquid to solid ratio of 40∶1 L/kg and treatment time of 120 min, the leaching process achieved high dropping yields of toxicity characteristic leaching procedure (TCLP) concentrations for Cu, Zn Cd and Pb (80%−100%), moderate dropping yields for As (30%−80%) and relatively low dropping yields of Ni (< 30%). In addition, heavy metals such as Pb and Zn in fly ash with twice water washing treatment at a low liquid-solid ratio could reach lower TCLP concentrations. The result indicated that the combination process of twice water washing and one acid washing could significantly reduce the environmental risk of MSWI fly ash.