当期目录

2022年 第50卷  第8期

显示方式:
2022 年 8 期目录
2022, 50(8): 1-8.
摘要:
摘要:
本研究利用固定床反应装置、原子吸收光谱、X射线衍射法(XRD)考察负载碳酸钾的榆林煤(ZA-K)、负载碳酸钾的榆林脱灰煤(ZA-THK)、负载碳酸钾的模拟灰(采用SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3四种氧化物配置)气化反应后的钾迁移行为,采用傅里叶红外光谱、拉曼光谱,探究ZA-K及ZA-THK在热解过程中的结构演变对钾迁移行为的影响;实验结果表明,温度越高,气化反应残渣中水溶性钾回收效率越低;三次水洗可以回收总水溶性钾的94.06%−98.80%;不溶性钾的生成是因为钾与煤灰中硅铝生成钾的硅铝酸盐物相;ZA-THK比ZA-K中的钾在气化反应过程中更容易挥发,在700−850 ℃下,ZA-THK中的钾挥发比ZA-K高出10.28%−44.92%。主要原因是ZA-K中的灰分会将负载的钾固定在煤灰中;也是酸洗脱灰使煤的芳香聚合度降低,煤中出现更多的小环芳香结构(2−8环)。
摘要:
The co-combustion of the low-rank coal with coal derived semi-coke is of great significance to solve the urgent problem of excessively produced semi-coke in China. In this research, the oxy-fuel co-combustion characteristics of Zhundong sub-bituminous coal with bituminous coal derived semi-coke are systematically investigated using thermogravimetric analysis. Compared with air combustion, oxy-fuel atmosphere increased the ignition and burnout temperature by 10 and 40 °C, respectively. Increasing the oxygen concentration to 30% strongly compensated for the slight reduction of the combustion parameters under oxy-fuel condition and much better co-combustion performance was obtained. Three iso-conversional methods, namely, Flynn-Wall-Ozawa (FWO), Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) and Starink, were applied to estimate the activation energy, which can be divided into two stages during the co-combustion process. The average activation energy of sub-bituminous coal, the blend and semi-coke were 49.31, 50.82 and 59.00 kg/mol, respectively. Further, the pre-exponential factor and thermodynamic parameters of the enthalpy change, Gibbs free energy change and entropy change were calculated. Interaction indices were innovatively used for both kinetic-thermodynamic parameters and DTG values. An obvious interaction can be observed during the co-combustion process. The kinetic and thermodynamic results demonstrated that the 30% semi-coke ratio was beneficial to co-combustion. Meanwhile, X-ray fluorescence (XRF) and ash fusion analyses proved that the slagging tendency of sub-bituminous coal ash reduced by blending of semi-coke.
摘要:
本研究以水煤浆气化细渣(CWSFS)为研究对象,将其通过湿法筛分分级,采用工业分析、XRF、XRD、BET、SEM等手段考察粒度组成与结构特征的关系,并提出CWSFS的分类方法,用以指导煤气化灰渣的分质高值化利用;再采用粉碎解离-气流分级联合处理方法开展了水煤浆气化细渣的干法分选研究。结果表明,不同粒级CWSFS,在固定碳含量、灰组成、矿物类型上有明显差异。≥74 μm粒级的CWSFS中,固定碳含量>60%、发热量>20 MJ/kg,比表面积较高,主要为残炭,并含有磁铁矿和板钛矿;13−74 μm粒级的CWSFS中,固定碳含量为20%−60%、发热量为11−19 MJ/kg,比表面积较小,矿物类型主要为辉石、白铁矿和赤铁矿等;0−13 μm粒级的CWSFS中,固定碳含量低于20%、发热量低于10 MJ/kg,主要为富含铝、铁、钙等非晶态玻璃相、石英和少量铁橄榄石、白云母等矿物。根据不同粒级CWSFS的特征,将上述三个组分分别定义为高炭组分、中炭组分和低炭组分。干法分选试验表明,与圆盘粉碎-分级工艺相比,采用气流粉碎-分级工艺可获得产率为29.60%、烧失量高达93.76%的产品,气流粉碎有助于提高残炭的分级分离富集率。
摘要:
本研究以宁夏地区煤气化细渣为研究对象,通过低温氮气吸附-脱附、扫描电镜以及低场核磁共振对不同粒度级产品孔隙结构进行了表征与分析。孔隙形态以裂缝形为主,各粒级产品BET比表面积较大,为125.78−589.78 m2/g,扫描电镜分析表明,BJH孔径与实际相差较大,仅以低温氮气吸附法分析孔隙结构具有一定的局限性。低场核磁共振法表明,各粒度级产品孔径均含有微孔、过渡孔、中孔和大孔,总孔隙度均在27%左右,以中孔、大孔为主,微孔次之,过渡孔较少。该种孔隙结构表明煤气化细渣不同粒度级产品均具有一定的吸附性能,但中大孔为水分的主要储存空间,导致脱水困难。
摘要:
碳资源在能源、材料及化工等领域的清洁高效利用日益重要,而焦炭氧化特别是脱附产生CO2/CO的机理研究并不充分。其中较高焦炭表面氧覆盖率相应于较低温度或较高压力的反应条件,对此,本研究基于第一性原理研究讨论了该情况下焦炭Zigzag结构碳环簇氧化脱附过程的反应路径。计算表明,表面吸附氧热解生成CO2过程需要经过重排形成含O−C−O团簇的结构,最终至CO2完成脱附需多个中间反应步,与对比文献中形成碳氧六元环再依次断掉两个C−O 键而脱附 CO2 不同,本研究得到了相关的两种路径,分别为形成 CO2−C−官能团再断掉 C−C 而脱附CO2以及基于碳氧六元环结构直接断裂两个C−O 键而脱附CO2的可能反应路径。另外,研究了CO脱附过程的不同反应路径。模型计算结果与相关文献理论和实验结果具有良好的符合。
摘要:
以碱木质素为原料,采用GC-MS、FT-IR、元素分析等实验表征手段并结合DFT计算,对LaBO3钙钛矿(LaCoO3、LaFeO3和LaNiO3)催化液化木质素的性能进行了研究,考察了反应时间、温度、催化剂用量和B位阳离子对木质素转化率、生物油收率及生物油化合物分布的影响。结果表明,三种钙钛矿都能促进木质素的裂解生成芳香族化合物,但LaCoO3木质素液化催化性最好,其次为LaNiO3和LaFeO3。LaCoO3添加量为5%、180 °C下反应60 min时,生物油产率最高达67.20%,单芳香族化合物的相对含量最高达89.59%。LaBO3晶体表面的氧原子通过吸附木质素中的氧原子降低了木质素分子内键的解离能(LaCoO3的吸附能最大),同时其疏松多孔的形貌和适中的氧化还原能力,能够有效促进木质素分子内的C−C和CAr−OCH3的断裂,实现大分子解聚和脱甲氧基反应,生成苯酚等高附加值化合物。
摘要:
轻质芳烃是化工领域重要的基础有机原料,可通过生物质和废塑料共催化热解技术路线制取。首先,采用烘焙预处理对毛竹进行脱氧改性提质;其次,通过Na2CO3溶液对微孔HZSM-5进行碱扩孔预处理,制备多级孔分子筛催化剂,最后通过烘焙毛竹和高密度聚乙烯(HDPE)共催化热解制取轻质芳烃,研究烘焙温度、Na2CO3浓度、原料共混比例、热解温度等因素对轻质芳烃产率的影响。结果表明,毛竹经烘焙脱氧预处理后,碳元素显著增加,氧元素显著下降,氧脱除率达到40.3%,高位热值从17.47 MJ/kg增加至25.64 MJ/kg;微孔HZSM-5经Na2CO3溶液碱扩孔预处理后,介孔容积、总孔容和平均孔径均增加,表明经过碱扩孔后HZSM-5形成了一定程度的介孔结构,使其转变为具有微-介孔结构的多级孔分子筛;烘焙毛竹热解产生的呋喃类含氧中间产物和HDPE热解产生的轻烯烃中间产物会发生“双烯合成”反应,成为轻质芳烃生成的关键协同催化反应,当烘焙温度为250 ℃、Na2CO3浓度为0.6 mol/L、烘焙毛竹和HDPE质量比为1∶2和热解温度为800 ℃时,BTX(苯、甲苯和二甲苯)等轻质芳烃产率达到最大值,为3.05×108 p.a./mg。
摘要:
采用水热还原法制备出具有金属Ni和K2MoO4紧密接触的合成低碳醇用非硫化态K-Ni-Mo基催化剂。通过XRD、N2物理吸附-脱附、H2-TPR、HR-TEM、SEM-EDS、XPS、H2-TPD、CO-TPD和CO2-TPD等手段对所合成催化剂进行了分析表征。研究结果显示,向Ni-Mo基催化剂中引入K可产生K2MoO4相,同时伴随NiMoO4相含量的降低,显著提升了K-Ni-Mo基催化剂上CO非解离吸附活化能力,从而促进了CO转化和醇类产物的形成。此外,同时增加的催化剂表面碱性可提高催化剂上碱性羟基基团数量,进而有效降低烃类选择性,表现出优异的合成低碳醇性能。其中,K0.4-Ni-Mo基催化剂具有最优的催化性能,在5 MPa、240 ℃、空速5000 h−1的反应条件下,CO转化率达到19.6%,总醇选择性57.8%,其中,总醇中C2+醇选择性为66.5%。
摘要:
本研究采用溶胶-凝胶法制备了一系列CuAg/SiO2催化剂用于草酸二甲酯(DMO)加氢合成MG,使用XRD、N2吸附-脱附、FT-IR、TEM、SEM、H2-TPR、XPS等方法对其结构进行表征,重点考察了Ag含量对催化剂结构及性能的影响。当Ag负载量为5%时,5Ag-Cu/SiO2催化剂活性最高,DMO的转化率和MG的选择性分别可达83.7%和72.2%。表征结果表明,适量Ag的引入可有效提高活性组分Cu的分散度,增加催化剂表面Cu+的含量,从而提高催化剂活性。此外,Ag与Cu之间的电子转移可以有效稳定Cu+,进而提高催化剂的稳定性。
摘要:
Metal oxide-zeolite (OX-ZEO) bifunctional catalysts have been shown to have excellent aromatic selectivity and catalytic stability in syngas conversion; however, low CO conversion hinders their further development. In this paper, a series of In-ZrO2 bi-metallic oxides with In/Zr molar ratio ranging of 1/100−1/1 were prepared. After thoroughly investigated by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, N2 sorption, pyridine-adsorbed infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, electron paramagnetic resonance and temperature programmed desorption technologies, we found that introduction of indium has significantly influence on the catalytic performance due to the variation of sample’s physicochemical properties. Indium species was benefit to the dissociation of H2 that promotes CO activation. Nevertheless, it also induced the formation of more CH4. In-ZrO2 oxide with In/Zr ratio of 1/50 showed CO conversion of 18.2% with the selectivity of oxygenates of 86.4%. After combined with H-ZSM-5, In/Zr=1/50&H-ZSM-5 gave CO conversion of 46.5% with $ {\rm{C}}_{5+} $ selectivity of 62.6% and the aromatic selectivity in ${\rm{C}}_{5+} $ reached 93.4%. However, the catalytic stability of this bifunctional catalyst was gradually decreased due to the aggregation of indium atoms.
摘要:
以CeO2为载体,Ni为活性组分,采用球磨法制备了低温条件下性能较好的CO氧化NiO/CeO2催化剂。通过XRD、BET、H2-TPR、XRF和XPS等技术对催化剂进行了表征,考察了镍含量对催化剂结构和CO低温氧化性能的影响。结果表明,不同Ni/Ce比主要影响催化剂表面晶格氧空位的数量以及活性组分和载体之间的相互作用。其中,Ni/Ce物质的量比为1∶9时,催化剂表面氧空位数量较多,因此,表现出优良的催化性能。在反应温度为200 ℃、氧过量系数为5、气体总空速为60000 mL/(gcat·h)的条件下,CO转化率为99.2%。此外,与传统液相制备催化剂技术相比,球磨法具有污染小、成本低、易操作等特点,有利于节约能源。
摘要:
双金属氰化物(double mental cyanide,DMC)是一种用于二氧化碳与环氧丙烷(PO)共聚反应的催化剂。DMC催化剂是具有晶体结构的有机金属配合物,其催化活性与结晶度密切相关。加入配体、共配体能够破坏立方晶体结构、增加无定形态结构从而降低结晶度。研究证明,以叔丁醇为配体的DMC催化剂活性较高,但是对共配体的使用则鲜有报道。本研究使用不同共配体(Span80、Tween80、D400、D2000)对DMC催化剂改性以达到两个目的:一是降低结晶度,提高催化剂活性;二是减小催化剂粒径。此外,利用PO与CO2的共聚反应对催化剂性能进行考察。结果表明,使用D2000作为共配体改性后的DMC+D2000催化剂,催化活性为1547 g/gcat,聚合产物中碳酸酯单元占聚合部分的质量分数为25.3%,选择性为92.1%。
摘要:
采用共沉淀法制得镁铝物质的量比为0、0.2、0.5、1.0的MgO-Al2O3载体,采用浸渍法负载活性组分钼,进行预硫化分别制得Mo/M-A0-S、Mo/M-A0.2-S、Mo/M-A0.5-S和Mo/M-A1.0-S催化剂。使用固定床实验装置评价了其催化转化焦炉煤气中COS加氢的性能,采用X光电子能谱和拉曼光谱等手段对催化剂的结构及Mo物种的存在形式进行了分析,将分析结果与镁铝物质的量比进行了关联,探讨了镁铝物质的量比对催化剂性能的影响。结果表明,改变镁铝物质的量比可依次调变MgO-Al2O3载体的物化结构、预硫化前样品中钼的分散及其与载体间相互作用以及催化剂中MoS2活性相的数量和堆叠方式,进而调控催化剂的活性和选择性。控制镁铝物质的量比符合MgAl2O4中镁铝化学计量比0.5时,最有利于生成MgAl2O4;MgAl2O4可减弱钼与载体间的相互作用,强化钼在载体表面的均匀分散,促使更多钼在预硫化过程中转变为MoS2活性相,进而提高催化剂的性能。Mo/M-A0.5-S催化剂的性能最佳,其在280 ℃,空速62000 h−1的条件下,前550 min可维持高达97.7%的COS转化率,近100%的H2S选择性。
摘要:
以环己胺(CHA)和铜胺络合物(Cu-TEPA)为共模板剂,一步水热合成Cu-SAPO-44分子筛催化剂,用于贫燃条件下选择性催化丙烯还原NO(C3H6-SCR)。采用N2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见光谱(UV-vis)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)和H2程序升温还原(H2-TPR)等方法对催化剂进行表征。与纯SAPO-44相比,Cu-TEPA的引入显著增强了分子筛的C3H6-SCR催化活性。当Cu/Al=0.25时,Cu-SAPO-44催化剂有着最大的比表面积、丰富的酸性位和较多的孤立Cu2+物种,具有最佳的脱硝性能。随着Cu-TEPA引入量的增加,铜物种会在分子筛表面聚集,生成相对较多无活性的CuO,从而降低了脱硝活性。原位红外光谱(In situ DRIFTS)研究表明,孤立的Cu2+有助于NO和 C3H6的吸附和活化,促进反应关键中间产物−NCO形成。50 h的持久性反应测试表明,Cu-SAPO-44催化剂始终保持>60%的NOx转化率和>90%的N2选择性,表现出良好的反应稳定性。
摘要:
以钼酸铵和二氰二胺为原料,通过高温固相法制备了Mo2C。以合成的Mo2C为原料,通过原位法合成了Mo2C/ZnIn2S4复合光催化材料。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、紫外可见漫反射(UV-vis)、开尔文探针(KP)等对材料的组成、结构和性能进行了表征。结果表明, ZnIn2S4在Mo2C颗粒表面原位生长并形成异质结。Mo2C/ZnIn2S4复合材料析氢速率可达到1.33 mmol/(g·h),是纯ZnIn2S4析氢速率的5.1倍。光催化机理分析认为,Mo2C作为助催化剂具有类金属特性,较高的导电性能和高的表面功函,与ZnIn2S4形成Mo2C/ZnIn2S4异质界面后,可以有效促进ZnIn2S4光生电荷的分离和迁移。同时,由于Mo2C较低的析氢过电位使其成为析氢反应的活性位点,有效降低了ZnIn2S4在析氢反应中的过电势,进而提高材料的光催化析氢性能。
摘要:
在固定床反应器上,研究了不同种类有机固废在800−1100 ℃不同温度下燃烧/气化过程As、Pb的释放特性以及灰的组成成分,探究了CaO、SiO2、Al2O3对气化过程中重金属 As、Pb 迁移转化的影响。结果表明,有机固废气化过程As、Pb的释放率整体上随温度升高而升高,且气化过程As、Pb的释放率明显低于燃烧;灰产率随温度升高而降低,灰中主要含有CaO、Al2O3和SiO2;热力学研究表明,在高温下气化过程主要生成气态As和Pb,而燃烧过程则会生成大量的As2O3和PbO,As和Pb的单质沸点相比氧化物更高,因此,气化过程As、Pb的释放率比燃烧过程要低;在900 ℃以下CaO、SiO2、Al2O3会与As、Pb反应生成Ca3(AsO4)2、Ca2PbO4、PbSiO3和 AlAsO4,随着温度升高会逐渐分解,As、Pb的释放率逐渐升高,因此,气化温度应越低越好,并考虑适当增加有机固废中Ca、Si、Al含量,减少S、Cl含量来降低As、Pb在大气中的排放。
摘要:
基于吉布斯自由能最小化原则,采用遗传算法对甘油与异丁烯醚化、甘油与叔丁醇脱水制叔丁基甘油醚过程进行了非均相热力学对比研究。在100 mol甘油 + 600 mol异丁烯、100 mol 甘油 + 600 mol叔丁醇的进料条件,40−300 ℃、0.1−0.7 MPa范围内,考察了温度和压力对两种体系的平衡转化率、产物选择性及气液相平衡组成的影响。计算结果表明,甘油和异丁烯醚化过程,低温有利于三叔丁基甘油醚生成,高温有利于二叔丁基甘油醚和单叔丁基甘油醚的生成;提升压力促进了三叔丁基甘油醚的生成,而抑制了二叔丁基甘油醚和单叔丁基甘油醚的产生。甘油和叔丁醇脱水过程中甘油的平衡转化率接近100%,其产物中三叔丁基甘油醚的选择性超过90%,二叔丁基甘油醚选择性小于10%,单叔丁基甘油醚得到有效转化。热力学计算表明,提升压力使得非均相温度区间向右移动,可以利用压力来调节液相中的产物组成。