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論文
氣流床氣化細渣中殘炭的結構特征及燃燒特性研究
呂登攀, 白永輝, 王焦飛, 宋旭東, 蘇暐光, 于廣鎖, 祝賀, 唐廣軍
2021, 49(2): 129-136  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60011-7
[摘要]  (94) [HTML全文] (94) [PDF 1331KB] (2)
摘要:
氣流床氣化過程中產生的細渣含碳量很高,目前多以填埋的方式進行處理,將細渣用于循環流化床鍋爐摻燒有望為細渣處理提供有利的技術。本研究選用寧東能源化工基地典型氣化工藝GE、OMB及GSP產生的氣化細渣為研究對象,利用物理吸附儀、激光拉曼及熱重分析儀等儀器,系統研究了氣化細渣中殘炭的結構特征與燃燒特性。結果表明,原始氣化細渣中的物質可分為黏結球形顆粒、多孔不規則顆粒與孤立的大球形顆粒,而酸洗后的氣化細渣多以疏松細小的顆粒和多孔不規則塊狀顆粒存在;細渣中殘炭的孔徑尺寸主要分布在4?8 nm,且比表面積與殘炭的活性位點大小順序均為:GE > OMB > GSP;GE渣中殘炭結構有序度最低,無定形炭結構最多,GSP則相反;GE渣中殘炭燃燒速率最快,主要是由于GE渣中殘炭有較大的比表面積、較多的無定形炭結構及較高的的活性位點,且GE渣中殘炭的綜合燃燒指數為5.26 × 10 ?7%2/(min2·℃3)。
鈣改性HZSM-5分子篩對油頁巖熱解特性的影響研究
楊天華, 劉家興, 李秉碩, 翟英媚, 王建, 佟勃霖
2021, 49(2): 137-144  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021033
[摘要]  (73) [HTML全文] (73) [PDF 1261KB] (0)
摘要:
采用熱重質譜紅外光譜(TG-MS-FTIR)聯用技術和管式熱解爐,探究了Ca改性前后HZSM-5分子篩對油頁巖熱解的催化行為,并采取BET、NH3-TPD、TG手段對分子篩進行表征。結果表明,改性前后的HZSM-5均可以顯著提高C1?4脂肪烴類產物的產量,降低其析出溫度。Ca改性后的HZSM-5可以降低CO2的產量。對頁巖油的分析表明,改性后的HZSM-5可以提高頁巖油產量,并且有效降低頁巖油中脂肪鏈長度。但是對芳構化促進作用更強。分子篩中Br?nsted酸位點對脂肪烴催化效果明顯,Lewis酸位點有利于芳構化反應的發生。
工業廢堿液催化煤焦加壓水蒸氣氣化反應的研究
王會芳, 李鵬, 祖靜茹, 李克忠
2021, 49(2): 145-150  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021010
[摘要]  (81) [HTML全文] (81) [PDF 852KB] (0)
摘要:
為了研究工業廢堿液對煤水蒸氣反應的催化作用,選取內蒙古王家塔煤(WJT),負載造紙黑液(BL)進行高壓水蒸氣氣化性能評價。分別考察了溫度和負載量對催化活性的影響,并與分析純碳酸鈉(SC)催化活性進行對比。固定床小試評價結果表明,700?750 ℃,催化劑活性隨負載量增加呈先增大后減小的趨勢,BL最佳負載量為3%Na,并且催化活性優于SC催化劑;溫度升高,催化活性更顯著。采用N2吸附-脫附等溫實驗考察BL對煤焦比表面積和孔結構的影響,結果表明,隨著BL負載量增加到3%,煤焦比表面積和孔容都增加,從而有利于提供更多的氣化活性位點,提高煤焦反應活性;隨著負載量的進一步增加,催化劑過量造成堆積堵孔,導致催化劑的比表面積和孔容降低,從而降低了氣化反應速率。
煤焦油瀝青族組成對針狀焦中間相結構的影響
林雄超, 盛喆, 邵苛苛, 許德平, 王永剛
2021, 49(2): 151-159  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021008
[摘要]  (66) [HTML全文] (66) [PDF 11135KB] (0)
摘要:
原料瀝青的族組成是決定針狀焦品質的關鍵因素。采用超聲溶劑萃取對煤焦油瀝青進行組分分離,并對瀝青族組成進行混合再調配,以探究不同組分對生焦中間相結構形成及發育的影響并進行優化。研究表明,正己烷可溶物(HS)中含有豐富的脂肪結構,在炭化過程中過高比率的HS不利于大尺寸中間相的生成,但是適量的組分HS在炭化過程中可以調節體系黏度,維持體系足夠長時間的低黏度,保證中間相可以充分的生長和發育;甲苯不溶物(TI)主要為高聚合度的稠環芳烴,可以加速中間相小球體的生成和發育,但是過量的TI組分會導致鑲嵌型結構的生成,降低針狀焦的品質;正己烷不溶-甲苯可溶物(HI-TS)炭化得到的生焦具有最優的光學各向異性結構,是最適宜作為針狀焦原料的組分。組成為HS≈25%、HI-TS≈69%、TI≈3%?8%的精制瀝青炭化后可制備出中間相結構發育良好、熱膨脹系數較低的針狀焦。
Co/Al2O3催化褐煤衍生模型化合物的加氫脫氧制單體烴類化合物
趙云鵬, 司興剛, 趙薇, 曹景沛, 魏賢勇
2021, 49(2): 160-167  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021032
[摘要]  (75) [HTML全文] (75) [PDF 1154KB] (0)
摘要:
以鈷鋁類水滑石(CoAl-LDH)為前驅體,經焙燒和氫氣還原制備了Co/Al2O3催化劑。采用X 射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和X射線光電子能譜(XPS)等表征手段研究了前驅體及催化劑的理化性質。以2-萘基醚為褐煤模型化合物,考察了Co/Al2O3催化其加氫脫氧制單體烴的性能。結果表明,Co/Al2O3-700催化劑具有最高的加氫脫氧活性,在溫度250 ℃和氫氣壓力2 MPa反應條件下,反應90 min時2-萘基醚完全轉化為單體烴(十氫化萘和四氫化萘)。2-萘基醚先加氫生成6,6′-氧代二(1,2,3,4-四氫萘),然后斷裂C?O鍵生成四氫化萘和5,6,7,8-四氫-2-萘酚是主要反應路徑。此外,Co/Al2O3-700對褐煤衍生芐醚和苯醚模型化合物加氫脫氧同樣具有很高的催化活性。
鎳基催化劑催化木醋液重整制氫實驗研究
梁昌明, 張安東, 李志合, 李玉峰, 王紹慶, 易維明
2021, 49(2): 168-177  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021016
[摘要]  (80) [HTML全文] (80) [PDF 2963KB] (0)
摘要:
為了實現木醋液的高值化利用,在固定床反應器中,進行木醋液催化重整制氫實驗,采用浸漬法制備一系列不同Co添加量的Ni基催化劑,以產氫率、碳轉化率、H2選擇性和積炭量為主要評價指標,探究液時空速、反應溫度、鎳鈷比等工況對木醋液催化重整制氫的影響,同時采用 XRF、H2-TPR、SEM及元素分析等方法對催化劑進行了表征。結果表明,液時空速增加,產氣量增大,但液時空速過高會加速催化劑失活。高溫有利于木醋液的催化重整制氫反應,溫度到達900 ℃時,氫氣產率最高。隨著鈷添加量的增加,反應產生的積炭降低,但氫氣產率也會有所下降。因此,當液時空速為60 h?1,溫度為800 ℃時,采用Ni-0.5Co/Al2O3催化劑,最適于木醋液的催化重整制氫實驗。
液相體系Ru-Co3O4催化CO2加氫制甲烷過程中的溶劑效應研究
宋英健, 崔曉靜, 鄧天昇, 秦張峰, 樊衛斌
2021, 49(2): 178-185  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60013-0
[摘要]  (69) [HTML全文] (69) [PDF 1048KB] (0)
摘要:
采用共沉淀法制備了Ru-Co3O4催化劑,考察了其在液相體系的CO2加氫制甲烷催化性能,并與浸漬法制備的Ru基催化劑(Ru/SiO2、Ru/CeO2、Ru/ZrO2、Ru/TiO2)進行了對比,探討了不同溶劑(水、正丁醇、1, 4-丁內酯、DMF、十氫萘、環己烷、異辛烷)對催化性能的影響規律。發現Ru-Co3O4具有較高的加氫催化活性和產物選擇性,十氫萘和異辛烷作溶劑顯示出良好的催化性能。在200 °C及H2/CO2 = 3∶1(v/v, 4 MPa)條件下,CO2轉化率達45.6%,CH4的選擇性約97%。同位素標記實驗和原位漫反射紅外光譜結果表明,十氫萘和異辛烷中的叔碳離子可以起到較強的供氫作用,從而提高了催化活性。
Ni(OH)2/Ni/g-C3N4 composite: An efficient electrocatalyst for hydrogen evolution
Jie ZHANG, Yu ZHAO, Ai-lian WU, Jia LI, Yu-xue WANG
2021, 49(2): 198-204  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60010-5
[摘要]  (77) [HTML全文] (77) [PDF 860KB] (3)
摘要:
The preparation of efficient catalysts in hydrogen evolution reaction (HER) is an urgent task at present. In this work, Ni(OH)2/Ni/g-C3N4 composite catalyst was prepared through liquid phase impregnation with in-situ reduction, which was used to compose the cathode with carbon paper (CP) for the microbial electrolysis cell (MEC). With the help of SEM, TEM, XRD, XPS and electrochemical analysis techniques, the structure, properties and electrocatalytic performance in hydrogen evolution of the Ni(OH)2/Ni/g-C3N4 composite were investigated. The results indicate that the Ni(OH)2/Ni/g-C3N4 catalyst exhibits excellent electrochemical activity for hydrogen evolution in the MEC. Using the Ni(OH)2/Ni/g-C3N4 catalyst, the current density reaches 100 A/cm2 at a small overpotential of 1881 mV, with a low charge transfer resistance of 10.86 Ω and a low Tafel slope of 44.3 mV/dec, which is much superior to pure g-C3N4 catalyst and CP, and even comparable to the Pt catalyst, suggesting that the Ni(OH)2/Ni/g-C3N4 composite can be a potential candidate of HER catalyst in MEC.
甲醇水蒸氣重整制氫CuO/La1?xCe x CrO3 催化劑
喬韋軍, 肖國鵬, 張磊, 慶紹軍, 趙瑛祁, 耿忠興, 高志賢
2021, 49(2): 205-210  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021012
[摘要]  (60) [HTML全文] (60) [PDF 971KB] (1)
摘要:
采用溶膠凝膠法制備了負載型CuO/La1?xCexCrO3催化劑,研究了A位中Ce元素摻雜量對CuO/La1?xCexCrO3催化劑結構、性質及其催化甲醇水蒸氣重整制氫性能的影響。結果表明,摻雜Ce元素影響了CuO的還原性能和鈣鈦礦載體與CuO之間的作用力,進而影響了CuO/La1?xCexCrO3催化劑對甲醇水蒸氣重整制氫反應的催化性能。其中,CuO/La0.8Ce0.2CrO3具有較好的催化性能,在280 °C、水醇物質的量比為1.2、甲醇氣體空速為800 h?1的條件下,甲醇轉化率達到100%。
不同制備方法對氧化鈰結構及甲苯催化燃燒性能的影響
權燕紅, 苗超, 李濤, 王娜, 武朦朦, 張寧, 趙金仙, 任軍
2021, 49(2): 211-219  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60014-2
[摘要]  (81) [HTML全文] (81) [PDF 1338KB] (0)
摘要:
采用溶膠-凝膠-超臨界干燥法、水熱法及共沉淀法分別合成了氧化鈰氣凝膠(CeO2-A)、納米棒(CeO2-R)和納米片(CeO2-F)??疾炝瞬煌蚊惭趸嫷拇呋紵妆叫阅?,通過多種方法分析表征了氧化鈰樣品的微觀結構,討論了不同方法制得的CeO2形貌結構對催化性能的影響。結果表明,CeO2-R和CeO2-F比表面積較低,并且僅暴露(111)晶面,催化燃燒甲苯活性較低。CeO2-A具有高比表面積和豐富的孔道結構,有利于反應物分子的吸附,而且同時暴露(100)和(111)兩種活性晶面,增加了氧空位濃度(Osur/Olatt = 0.25)。此外,CeO2-A由于表面晶格氧移動性較強,有利于Ce3+/Ce4+氧化還原的循環,加快甲苯深度氧化反應的進行。因此,CeO2-A具有更加優異的催化燃燒甲苯活性,t50t90分別為223 和239 ℃,這主要歸因于其大比表面積、高暴露活性晶面以及強晶格氧遷移性。
Fe負載UiO-66協同非均相類Fenton氧化降解廢氣苯的研究
張婷婷, 周長松, 周夢長, 吳昊, 張振, 楊宏旻
2021, 49(2): 220-227  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021013
[摘要]  (73) [HTML全文] (73) [PDF 1387KB] (0)
摘要:
采用水熱合成法制備了不同摻雜比例Fe負載UiO-66,并借助XRD、SEM、XPS等分析測試手段對催化劑物理化學特性進行分析,通過自制非均相類Fenton體系裝置探究不同Fe負載量、H2O2濃度、空塔速率、反應溫度等條件下對廢氣苯的氧化降解效率影響。結果表明,不同Fe負載量的UiO-66均具有較高的結晶度,呈不規則球狀;在非均相類Fenton氧化降解苯實驗中,30%的Fe負載UiO-66具有最高的苯脫除效率。EPR結果顯示,Fe負載量的增大促進·OH的產生,在一定程度上促進苯的氧化降解。過高的反應溫度導致H2O2不穩定,非均相類Fenton氧化降解苯的效率隨溫度的升高先增大后降低。
WO3增強RuO2/ZrO2表面酸性及其NH3選擇性催化氧化性能研究
李粉吉, 張艷琨, 楊春曉, 張可欣, 夏福婷, 張秋林, 龐鵬飛, 王慧敏
2021, 49(2): 228-237  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021015
[摘要]  (62) [HTML全文] (62) [PDF 1673KB] (0)
摘要:
以氨的選擇性催化氧化為主要研究對象,設計制備了RuO2/ZrO2催化劑和一系列不同含量WO3改性的RuO2/ZrO2催化劑。其中,RuO2/ZrO2催化劑顯示出優異的催化活性和較差的N2選擇性。引入5%或10%的WO3之后RuO2/ZrO2催化劑的活性不變,但是高溫N2選擇性顯著提高,NH3在225 ℃實現完全轉化。然而,當WO3的含量上升至15%和20%時,RuO2/ZrO2催化劑的催化活性稍微有所下降,且相比于RuO2/10%WO3-ZrO2、RuO215%WO3-ZrO2和RuO2/20%WO3-ZrO2催化劑的高溫氮氣選擇性也沒有進一步提升,因此,可以判斷WO3的最佳含量為10%。此外,通過BET分析發現,WO3的加入能夠改變催化劑的微觀結構,對應的比表面積隨著WO3含量的增加而增大。通過XRD、H2-TPR和XPS表征可知,WO3的引入能夠改變ZrO2的晶型結構,使催化劑的穩定性增加,通過原位紅外分析可知,WO3的引入使催化劑的表面酸性位點增加,較多的表面酸性位點有利于氨物種的吸附,能夠抑制氨與氧氣發生快速反應,避免形成較多副產物,是氮氣選擇性提高的關鍵所在。
利用固廢煤矸石制備Fe/C/Mullite-基陶粒復合型吸波材料
王亞珂, 朱保順, 力國民, 梁麗萍
2021, 49(2): 238-246  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021014
[摘要]  (71) [HTML全文] (71) [PDF 2252KB] (1)
摘要:
采用煤矸石與鋁礬土作原料制備莫來石(Mullite)基陶粒;以陶粒為載體、硝酸鐵為Fe源、葡萄糖為C源,借助液相合成技術結合氬氣氣氛中900 ℃焙燒制備Fe/C/Mullite-基陶粒復合型吸波材料。研究發現,在該顆粒狀復合材料中,具有一定石墨化程度的C以層狀覆蓋于陶粒表面,Fe微粒較為均勻地嵌在C層的網格內。Fe微粒與石墨化C層引起的電導極化以及各組元間接觸引起的界面極化均會產生明顯的介電損耗,賦予材料優良的微波吸收性能。當初始溶液中硝酸鐵濃度為0.1 mol/L時,樣品FeCM-0.1在14.6 GHz頻率處的反射損耗達到最低值?13.9 dB,有效帶寬為3.6 GHz(對應的測試涂層厚度為2 mm)。
低溫等離子體作用下亮氨酸轉化路徑的密度泛函理論研究
李月慧, 李先春, 孟繁銳, 王晴, 王煥然, 葛玉潔
2021, 49(2): 247-256  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021038
[摘要]  (69) [HTML全文] (69) [PDF 1715KB] (1)
摘要:
目前低溫等離子體技術在處理固體廢棄物方面已得到廣泛關注,本研究基于密度泛函理論(DFT),在B3LYP/6-31G (d, p) 的水平上模擬計算了污泥中蛋白質模型化合物亮氨酸(LEU)在低溫等離子體中的轉化路徑,包括脫氨優先機理、脫羧優先機理、其余C?C鍵斷裂優先機理等七條主要路徑。結果表明,亮氨酸易脫除氨基、羧基生成C5H10,再進一步分解成小分子烴。產物CO2來自羧基;生成CO的反應勢壘相對較高,但CO2易在等離子體中被電離成CO從而提高CO的產量;小自由基的相互結合及其他小分子的分解生成CH4和H2。所有路徑所需的能量均在低溫等離子體高能電子能量的最大值范圍內。
Articles
Formation of perovskite-type LaNiO3 on La-Ni/Al2O3-ZrO2 catalysts and their performance for CO methanation
Hong-wei WANG, Jun-xia WU, Xiao-yan WANG, Hong WANG, Jin-rong LIU
2021, 49(2): 186-197  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60012-9
[摘要]  (75) [HTML全文] (75) [PDF 2676KB] (1)
摘要:
The carbon deposition and sintering of Ni-based catalysts, used in CO methanation, are the main problems to be solved. In this paper, supported LaNiO3/Al2O3-ZrO2 catalyst was prepared by neutralization hydrolysis-citric acid complexation method. The effects of La-Ni loading and calcination temperature of support on the structure and catalytic activity of the catalyst were investigated. The structural evolution of catalyst precursor before and after reduction was studied via XRD, H2-TPR, BET, XPS, TEM and other characterization methods. The results showed that the catalyst supported by homogeneous Al-Zr solid solution was beneficial to form the active component with LaNiO3 structure, and the Ni0 derived from LaNiO3 was the key factor for keeping the activity at high temperature. The La-Ni loading affected the formation of LaNiO3 and the reduction state of Ni. Among the catalysts studied, 30% of the La-Ni loading was more favorable for the formation of perovskite LaNiO3. The Ni0 and La2O3 reduced from LaNiO3 were highly dispersed on the surface of the support, and the Ni0 nanoparticles were anchored by the support and La2O3, which inhibited the migration and aggregation of Ni0 particles at high temperature and thus led to high thermal stability.
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論文
工業高碳富鈣型灰對準東混煤結渣特性的影響
王萌, 王毅斌, 譚厚章, 賀力海, 孫瑞, 何光, 楊建偉
2021, 49(1): 1-10  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021001
[摘要]  (79) [HTML全文] (79) [PDF 2114KB] (79)
摘要:
結合灰熔融測定、固定床和一維沉降爐實驗,詳細研究兩種工業高碳富鈣型灰(除塵灰和烘干灰)分別作為添加劑對高、低鈉混煤結渣特性的影響。結果表明,原混煤在取樣溫度1000 ℃時已存在大量無定型硅,升高溫度這些組分極易誘發低溫共融反應。添入5%除塵灰后混煤煤灰的軟化溫度提高幅度高達100 ℃,能使混煤煤灰中CaO/SiO2質量比達到2.5,促使新相硅酸二鈣和鈣鋁榴石生成,能夠有效改善混煤的高溫結渣傾向。沉降爐實驗工況下探針收集灰樣中主要物相均為鈣鋁黃長石,摻入兩種添加劑后均可促使含硅物相演變為結晶礦物相,抑制非晶相含硅組分誘發的低溫熔融,但添入5%烘干灰后探針表面結渣傾向改善的效果不顯著。
生物質與煙煤混合灰渣黏溫特性研究
吉恒松, 李振強, 周言, 戚奕, 何志霞
2021, 49(1): 11-19  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021002
[摘要]  (62) [HTML全文] (62) [PDF 1216KB] (62)
摘要:
以神華煙煤和玉米秸稈為實驗原料,研究弱還原性氣氛下生物質摻混量對神華煙煤的灰熔融特性和黏溫特性的影響。利用XRD和SEM對灰渣的礦物質組成和微觀形貌進行檢測和表征。并利用熱力學軟件FactSage對不同溫度下灰渣的物相及礦物質轉化過程進行模擬計算。結果表明,隨著玉米秸稈摻混量的增加,灰渣中高熔點的石英、鈣長石和堇青石的含量降低,低熔點的鉀長石含量增加,在玉米秸稈摻混量為20%(質量分數)時,灰渣的臨界黏度溫度(tcv)和最低操作溫度(tlp)降到最低,此時灰渣的黏度最低,溫度升高至1255 ℃時黏度值小于25 Pa·s,滿足氣化爐的液態排渣要求。結合Urbain均相模型和Einstein-Roscoe非均相模型,以及FactSage軟件計算的不同溫度下的液相含量得出適合玉米秸稈和神華煙煤混合灰渣的黏度預測經驗公式。
褐煤基多孔炭/CoNi2S4復合材料的制備及電容特性研究
朱俊生, 丁曉波, 曹景沛, 張雙全, 岳曉明, 胡光洲
2021, 49(1): 20-26  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60006-3
[摘要]  (99) [HTML全文] (99) [PDF 1148KB] (99)
摘要:
以寶清褐煤為原料,使用KOH溶液萃取、活化后制得煤基多孔炭,并利用簡單的水熱法將褐煤基多孔碳與CoNi2S4復合,制備復合電容電極材料??疾炝瞬煌继砑恿繉置夯嗫滋?CoNi2S4復合材料電化學性能的影響,結果表明,碳添加量過高或過低都不利于復合材料比電容的提升,而碳添加量為37%的褐煤基多孔碳/CoNi2S4復合材料具有較高的比電容和良好的循環性能,該復合電極在4 A/g電流密度下,比電容達到1318.2 F/g,在4000次充放電循環后電容保持率為80.9%。
鎳鈷助催化劑對環烷酸鉬催化煤瀝青懸浮床加氫反應活性的影響
吳孟德, 李廣慈, 李明時, 李學兵, 莊慶發, 陳松
2021, 49(1): 27-36  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60002-6
[摘要]  (71) [HTML全文] (71) [PDF 1746KB] (71)
摘要:
合成了鉬、鎳、鈷的五種分散型油溶性均相催化劑,選用高壓釜反應器進行懸浮床加氫催化反應,控制反應條件在370 ℃、10 MPa氫壓,反應時間4 h,考察環烷酸鉬加入量、鉬-鎳、鉬-鈷雙金屬等比例對加氫反應的影響。通過反應結果的液體收率來衡量催化體系的煤瀝青加氫催化效果。綜合運用了元素分析、ICP-MS、透射電鏡、X射線光電子能級、四組分分析等多種分析方法,探索煤瀝青懸浮床加氫反應的最優催化體系。得出最優催化體系為:2.0×10?3下,環烷酸鉬&環烷酸鎳(1∶1)。此體系下,液體收率達85.3%,殘渣量10.6%,氣體4.1%。
低階煤與生物質混合低溫共熱解特性分析及對產物組成的影響
王俊麗, 趙強, 郝曉剛, 黃偉, 趙建國
2021, 49(1): 37-46  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021003
[摘要]  (64) [HTML全文] (64) [PDF 1606KB] (64)
摘要:
通過非等溫熱重實驗和固定床實驗對兩種低階煤(內蒙興和煤、小龍潭煤)和三種比較常見的生物質(秸稈、向日葵桿、蘋果樹枝)的低溫共熱解特性進行了研究。結果表明,煤與生物質共熱解是否存在協同效應與生物質種類及混合比例密切相關。對于內蒙興和煤,秸稈和向日葵桿的加入對于共熱解過程影響不顯著,與蘋果樹枝共熱解效果明顯大于前兩種生物質,且內蒙興和煤與蘋果樹枝混合比例為2∶1時,共熱解協同效果最為明顯。通過固定床實驗對共熱解產物的研究進一步證明了蘋果樹枝與內蒙興和煤共熱解時協同效應的存在。焦油組分分析結果表明,焦油中含氧化合物組分含量升高,烴類含量降低,即共熱解提高了焦油產率,但不能改善焦油品質。
載鑭白云石催化劑對松木催化氣化性能的研究
牛永紅, 宋子曌, 李義科, 王文才, 溫建軍, 鄭坤燦
2021, 49(1): 47-54  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60005-1
[摘要]  (70) [HTML全文] (70) [PDF 1441KB] (70)
摘要:
為增強白云石的催化效果,以La(NO3)3為助劑,采用浸漬法對白云石進行改性研制La/Dol催化劑,通過BET、SEM、XRD對其進行了表征。以松木燃料棒為生物質原料,La/Dol為重整催化劑,采用自制的兩段式生物質氣化重整試驗爐對比分析了不同氣化溫度、不同載La量催化劑對松木屑催化氣化結果的影響。結果表明,少量的La(2%)可明顯促進水煤氣反應的正向進行,改善催化重整效果。2-La/Dol在催化劑蒸汽流量為10 g/min,重整溫度為750 ℃ 的工況下,隨著氣化溫度的升高,產H2量顯著增加,H2體積分數的最高值從28.51%(0-La/Dol)增加到41.72%(2-La/Dol)。催化劑內的La2O3促進了焦油的二次裂解,使得液相產物焦油含量明顯減少,官能團數目減少,分布在白云石表面的La2O3占據了活性位點,使得碳絲不宜集聚,抑制了積炭的生成,同時存在于催化劑中的碳酸鹽(La2O2CO3)亦與表面的積炭發生反應,減緩催化劑積炭問題,提高了催化劑活性和使用壽命。
Co@C催化木質素衍生酚類化合物的加氫轉化
趙云鵬, 趙薇, 司興剛, 曹景沛, 魏賢勇
2021, 49(1): 55-62  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021004
[摘要]  (77) [HTML全文] (77) [PDF 1366KB] (77)
摘要:
采用溶劑熱法合成Co-MOF,然后通過一步熱解法制備了Co@C催化劑。通過N2物理吸附-脫附(BET)、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等分析手段對Co@C催化劑的結構進行了表征。探討了Co-MOF熱解溫度、反應溫度、初始氫壓以及反應時間對Co@C催化愈創木酚加氫轉化的影響。結果表明,Co-MOF和Co@C中均以介孔為主;片層結構的Co-MOF熱解后變成不規則的球狀,并且隨著熱解溫度升高,Co@C的比表面積不斷減小。以Co@C-600為催化劑,在反應溫度180 ℃、初始氫壓2 MPa、反應時間2 h的條件下,愈創木酚完全轉化,環己醇的選擇性為92.8%。Co@C催化愈創木酚加氫轉化的主要反應路徑為先通過脫甲氧基生成苯酚,進一步加氫生成環己醇。此外,Co@C-600對苯酚、對甲氧基苯酚和4-甲基愈創木酚等其他衍生酚單體也具有較好的催化活性。
焙燒溫度對Ti(SO4)2/CS催化二甲醚直接氧化合成聚甲氧基二甲醚性能的影響
馮茹, 高秀娟, 楊奇, 李明杰, 張俊峰, 宋法恩, 張清德, 韓怡卓, 譚猗生
2021, 49(1): 72-79  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60004-X
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摘要:
采用等體積浸漬法制備了活性炭球(CS)負載Ti(SO4)2的雙功能催化劑,考察了焙燒溫度對Ti(SO4)2/CS催化劑選擇氧化二甲醚(DME)直接合成聚甲氧基二甲醚(DMMx)催化性能的影響。結果表明,不同焙燒溫度制備的Ti(SO4)2/CS催化劑表現出明顯的催化活性差異,280 ℃焙燒的30% Ti(SO4)2/CS催化劑具有最佳性能,DME轉化率為11.7%,DMM1?3的選擇性達到75.8%,其中,DMM2, 3選擇性在30%以上。采用SEM、XRD、Raman、TG、NH3-TPD及XPS等表征手段研究了催化劑的結構及表面性質。焙燒溫度改變了活性炭球表面官能團的分布,進而影響了Ti(SO4)2的分散狀態,調變了酸中心種類和數量,尤其是弱酸和中強酸的比例,使催化劑表面酸性強弱呈現不同梯度,催化劑的酸性和氧化還原性位達到比較合理的匹配,進一步促進了C?O鏈的增長。。
K-CuZrO2催化劑上乙醇制備2-戊酮的研究
魏玲, 曾春陽, 解紅娟, 武應全
2021, 49(1): 80-87  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60008-7
[摘要]  (68) [HTML全文] (68) [PDF 1560KB] (68)
摘要:
制備了不同Cu含量的K-CuZrO2催化劑。以乙醇縮合制備2-戊酮為探針反應,考察了催化劑的催化性能并對反應機理進行了探索;采用BET、XRD、H2-TPR、CO2-TPD、TEM以及XPS等表征技術對催化劑的體相結構、性質進行了研究。結果表明,當Cu含量為9%時,乙醇轉化率達到極大值(99.5%),這是由于此時催化劑中各組分分散較好,CuO-ZrO2之間存在較強的相互作用,促進了CuO的還原,使催化劑表面Cu比表面積最大;2-戊酮選擇性達到最大值(35.0%),是由于催化劑表面適合縮合反應的中等強度堿性中心堿性最強。通過對反應中間物種分析,推測了K-CuZrO2催化劑上2-戊酮的形成過程:乙醇首先脫氫形成乙醛,之后兩分子乙醛經縮合、分解得到丙酮,丙酮進一步與乙醛反應形成目標產物2-戊酮。
Ce改性CuZnAl催化劑上仲丁醇脫氫制備甲乙酮
李英, 馬會霞, 周峰, 苑興洲, 張磊, 張健
2021, 49(1): 88-96  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021005
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摘要:
采用共沉淀法制備了CuZnAl催化劑,并通過浸漬法將不同含量Ce引入到CuZnAl催化劑中,將其用于仲丁醇(SBA)脫氫制甲乙酮(MEK),研究了Ce改性對其催化性能的影響。結果表明,Ce的引入可以促使CuZnAl催化劑中Zn物種和Al物種發生反應,生成尖晶石(CuAl2O4)結構,有利于提高其催化穩定性;同時引入Ce能降低催化劑晶粒尺寸、提高CuO和ZnO的分散度,并使催化劑中Cu2+含量提高、還原溫度降低、還原后催化劑中活性組分Cu0含量增加。Ce改性后的8%-Ce-CuZnAl催化劑對仲丁醇脫氫具有良好的活性,在240 °C、質量空速為5 h?1的條件下,SBA轉化率達91.4%,MEK收率為87.74%;而且在100 h內催化活性穩定,SBA轉化率保持在92%左右、MEK收率保持在88%左右。
蒸氨法制備Ni/SiO2催化劑及其在2-MF加氫制2-MTHF反應中的應用
王英文, 張雅靜, 王康軍, 談立美, 陳姝穎
2021, 49(1): 97-103  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60007-5
[摘要]  (89) [HTML全文] (89) [PDF 1338KB] (89)
摘要:
以硝酸鎳為鎳源,堿性硅溶膠為硅源,采用蒸氨法制備了Ni/SiO2催化劑。通過XRD、N2等溫吸附脫附、H2-TPR、NH3-TPD、XPS和TG對催化劑進行表征。采用固定床反應器,考察了催化劑焙燒溫度及反應條件對催化劑應用于2-甲基呋喃(2-MF)氣相加氫合成2-甲基四氫呋喃(2-MTHF)的反應性能。結果表明,蒸氨法制備的Ni/SiO2催化劑在焙燒后均呈現層狀硅酸鎳結構,還原后保持了該結構,活性組分Ni晶粒尺寸較小、金屬載體相互作用較強,從而具有較高的活性。催化劑的焙燒溫度影響催化劑Ni晶粒尺寸及催化劑的表面酸性。在500 ℃焙燒條件下制備的催化劑性能最佳,優化反應條件下,2-MF轉化率100%,2-MTHF選擇性為93.5%,反應15 h內催化性能穩定;含碳的有機物在催化劑表面沉積是催化劑失活的主要原因。
C5烴催化裂解過程中氫轉移反應的研究
劉美佳, 王剛, 張忠東, 田愛珍
2021, 49(1): 104-112  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021006
[摘要]  (73) [HTML全文] (73) [PDF 1057KB] (73)
摘要:
對C5烴(正戊烷、1-戊烯)的裂解反應產物進行分析,按照理想正碳離子和自由基反應機理,正戊烷和1-戊烯裂解生成低碳烯烴(C2H4+C3H6+C4H8)的摩爾選擇性分別達到50%和100%。但是使用MFI-30分子篩,在650 ℃反應條件下,正戊烷和1-戊烯催化裂解生成低碳烯烴的摩爾選擇性分別為23.41%和56.79%,說明分別有26.59%和43.21%的低碳烯烴發生了氫轉移反應。進一步考察了不同類型分子篩和關鍵反應溫度對C5烴催化裂解過程中氫轉移反應的影響,研究發現,小孔結構、低酸密度的分子篩和較高反應溫度,可以不同程度地抑制氫轉移反應,提高低碳烯烴的選擇性。在650 ℃條件下,當分子篩由大孔結構、高酸量的FAU更換為小孔結構、低酸量的MFI-120時,正戊烷和1-戊烯催化裂解的氫轉移系數HTC分別減小96.86%和50.58%,焦炭選擇性分別由11.91%和20.77%減小到0.75%和0.89%,低碳烯烴(C2H4+C3H6+C4H8)的選擇性分別由14.25%和25.14%增加到46.28%和62.58%。
低溫選擇性催化還原脫硝Mn-Ce/TiO2催化劑的Pb中毒與再生研究
閆東杰, 郭通, 玉亞, 陳兆輝
2021, 49(1): 113-120  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60003-8
[摘要]  (70) [HTML全文] (70) [PDF 1677KB] (70)
摘要:
考察了Pb對Mn-Ce/TiO2低溫選擇性催化還原(SCR)脫硝活性的影響,并對Pb中毒的催化劑進行了再生;結合氮吸附、SEM、XRD、FT-IR、H2-TPR和NH3-TPD等表征結果,研究了Mn-Ce/TiO2催化劑Pb中毒和再生活性恢復的原因。結果表明,Pb對Mn-Ce/TiO2催化劑脫硝活性有明顯的抑制作用;當Pb的含量為11%時,Mn-Ce/TiO2催化劑在180 ℃下的脫硝效率從原來100%下降至44%。Pb在Mn-Ce/TiO2中的摻雜使得催化劑的比表面積以及活性組分Mn4+和Ce3+的含量降低,影響了氧化還原循環反應(Mn4+ + Ce3+ ? Mn3+ + Ce4+)的進行;此外,Pb的加入破壞了催化劑的酸性位點,阻礙了催化劑對NH3的吸附和活化。經硝酸再生后的Mn-Ce/TiO2催化劑的脫硝活性幾乎完全恢復,在80–150 ℃下其脫硝活性甚至超過新鮮未中毒的催化劑,其原因主要在于硝酸再生能恢復催化劑的氧化還原能力、增大比表面積、并形成新的酸位點。
草酸二乙酯新合成過程的熱力學分析和實驗驗證
萬思玉, 石磊
2021, 49(1): 121-128  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021007
[摘要]  (74) [HTML全文] (74) [PDF 604KB] (74)
摘要:
報道新穎的草酸二甲酯(DMO)與乙醇(EtOH)通過酯交換路徑一步合成高品質草酸二乙酯(DEO)。采用基團貢獻法及Watson公式估算過程中各物質的熱力學參數,并通過經典熱力學公式計算在常壓和溫度323?368 K時合成DEO各步反應的焓變、熵變、吉布斯自由能及平衡常數。通過實驗測定不同溫度和原料比例下DMO轉化率、產物組成和反應平衡常數并與理論估算值比較。發現實測DMO轉化率與估算值誤差在1%內,實測平衡常數與估算值基本一致。經過嚴格的實驗驗證,證明經熱力學方法估算的熱力學參數比較可靠。模擬真實催化精餾條件,以塔釜DEO純度達99.9%為目標計算353 K時塔釜的初始原料和最終產物組成,當塔釜EtOH含量高于2.59%,初始n(EtOH)/n(DMO)大于2.10時可使DEO純度達到指標,并顯著降低整體工藝能耗,是一個高效綠色的DEO生產工藝。
Articles
The optimum conditions for methanol conversion to dimethyl ether over modified sulfated zirconia catalysts prepared by different methods
EL-DESOUKI Doaa S., IBRAHIM Amina H., ABDELAZIM Samira M., ABOUL-GHEIT Noha A. K., ABDEL-HAFIZAR Dalia R.
2021, 49(1): 63-71  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60009-9
[摘要]  (64) [HTML全文] (64) [PDF 1266KB] (64)
摘要:
Sulfated zirconia (SZ) and two promoted 1%Mn/SZ catalysts which have been prepared via sol gel (Mn/SZ-S) and impregnation (Mn/SZ-I) methods were studied. The morphology of the catalysts was characterized by XRD, BET, NH3-TPD, ICP, SEM and FT-IR analysis. The conversion of methanol to dimethyl ether and hydrocarbons was carried out in the temperature range of 120?300 °C. The Mn/SZ-S showed the highest activity due to the high surface area with suitable acidity. The optimum condition of Mn/SZ-S catalyst was investigated at 200 °C and LHSV of 0.02 h?1 in a time range from 30 to 210 min. It was found that the total conversion decreased from 80.18% to 53.26% at 210 min. The reusability of this catalyst was studied at the optimum condition up till four cycles for 1 h. The characterization of the reused catalyst showed a significant change in the structure and surface acidity due to the blockage of the surface acid sited by carbonaceous materials.

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