热通道内典型碳氢燃料的热解结焦行为

燃料分子结构是影响主动冷却通道内热解结焦过程的重要因素。在预氧化的STS304(Φ3.0 mm×0.5 mm×1.0 m)流动反应管内,600～800℃、1.0 MPa下对比了正庚烷(n C₇H₁₆)、异庚烷(i C₇H₁₆)、甲基环己烷(MCH)、正十二烷(n C₁₂H₂₆)、甲苯(A₁CH₃)的热解结焦行为。实验定量获取了热解气液产物并计算了燃料反应热沉,通过称重法对比了非稳态结焦特性和沿程结焦分布规律。结果表明,较低温度650℃下链烷烃的转化率较高,环烷烃次之,A₁CH₃在高于775℃转化率骤增。低温下MCH和n C₁₂H₂₆结焦速率较低,高温下MCH和A₁CH₃的结焦速率显著提高。直链烷烃裂解双烯含量最高,稳定的环状结构均有利于提供高热沉。i C₇H     

反应吸附强化C2/C3烃水蒸气重整制氢反应热力学计算

为拓宽反应吸附强化水蒸气重整制氢（ReSER）原料的应用范围,采用化工流程模拟软件Aspen Plus,针对包括C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈ 的C2/C3轻烃 ReSER制氢反应可行性和优化条件进行热力学分析计算。在选择的反应压力0.1～5 MPa,温度200～800℃,水碳摩尔比（S/C）1～8和吸附剂中氧化钙和原料碳摩尔比（Ca/C）0～5条件下进行热力学分析计算。计算结果表明：在优选的水碳比（S/C）4,钙碳比（Ca/C）2.5,温度200～650℃,压力0.1～1.8 MPa的条件下, C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈均可分别通过ReSER反应获得H₂含量在95%以上的产物,产物中H₂浓度均随着水碳比和钙碳比的增大而提高。在假设的水碳比4,钙碳比2.5条件下,当CO₂脱除率达到0.9以上,C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈的反应温度分别高于250、400、250、350℃时,产物中H₂摩尔分数均可达到95%以上,产物中的H₂浓度随着反应温度的升高和CO₂脱除率的增加而提高。当CO₂脱除率低于0.9,产物H₂摩尔分数要达到95%时,C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈的反应温度均需升高50℃。在相同长度C链的烃类中,烯烃比烷烃更容易发生ReSER反应。而原料的碳链越长,则越容易发生ReSER制氢反应。     

贫氧条件下正癸烷在Pt/ZSM-5上的催化燃烧特性

航空煤油实际燃烧过程中往往存在高化学当量比（Φ）的贫氧条件,导致航空煤油着火困难、燃烧效率较低。本文以航空煤油一元替代燃料正癸烷为燃料,实验研究了贫氧条件下（Φ=2~4）微圆管内Pt/ZSM-5催化剂和石英砂填充床中正癸烷的贫氧催化/无催化燃烧特性,分析了当量比（Φ=2~4）、温度（300~450℃）和催化剂对正癸烷转化率、燃烧效率以及气相产物分布特性的影响。结果表明：Pt/ZSM-5催化剂对正癸烷燃烧反应的促进作用明显,存在温度激增现象,当量比Φ从2增大到3.5时,动态着火点从196℃上升到271℃,而无催化则没有明显的着火点。贫氧催化条件下正癸烷的转化率始终低于无催化条件,但燃烧效率明显高于无催化。正癸烷催化燃烧的主要气相产物为CO₂,无催化的主要气相产物则为CO和烯烃。     

不同氧浓度下煤挥发分燃烧的化学动力学研究

燃煤有机污染物对人类健康和生态环境存在严重危害,而O₂对火焰中有机产物的形成具有明显的调控作用。鉴于煤挥发分燃烧是燃煤过程中至关重要的一环,本文以煤热解气为燃料,通过数值模拟研究了氧化剂侧O₂浓度对对冲扩散火焰中碳氢产物生成特性和机制的影响。结果表明,O₂浓度升高促进了O和OH的生成,进而提高H浓度,突显了含H和OH参与的反应的重要性。此外,乙炔(C₂H₂)、丙炔(PC₃H₄)、炔丙基(C₃H₃)、乙烯基乙炔(C₄H₄)、苯(C₆H₆)和萘(C₁₀H₈)的浓度均增大。增加O₂浓度促进了C₂H₂向PC₃H₄的转化,并使得C₃H₃更倾向于转化为丁二烯(C₄H₆),而富烯更倾向于通过苯基(C₆H₅)生成C₆H₆,因此C₆H₅作为C₆H₆前体的地位被加强。     

不同氧浓度下煤挥发分燃烧的化学动力学研究

燃煤有机污染物对人类健康和生态环境存在严重危害,而O₂对火焰中有机产物的形成具有明显的调控作用。鉴于煤挥发分燃烧是燃煤过程中至关重要的一环,本文以煤热解气为燃料,通过数值模拟研究了氧化剂侧O₂浓度对对冲扩散火焰中碳氢产物生成特性和机制的影响。结果表明,O₂浓度升高促进了O和OH的生成,进而提高H浓度,突显了含H和OH参与的反应的重要性。此外,乙炔(C₂H₂)、丙炔(PC₃H₄)、炔丙基(C₃H₃)、乙烯基乙炔(C₄H₄)、苯(C₆H₆)和萘(C₁₀H₈)的浓度均增大。增加O₂浓度促进了C₂H₂向PC₃H₄的转化,并使得C₃H₃更倾向于转化为丁二烯(C₄H₆),而富烯更倾向于通过苯基(C₆H₅)生成C₆H₆,因此C₆H₅作为C₆H₆前体的地位被加强。     

不同CO2浓度下负直流电场对C3H8/O2/Ar/CO2预混火焰的影响规律

为了揭示电场对火焰效应与火焰传播速率的关系,在定容燃烧弹上研究了常温常压下、负直流电场（U=0、-5、-10 kV）对当量燃空比f为1.0的C₃H₈/O₂/Ar/CO₂预混火焰影响规律随混合气中CO₂掺混浓度（混合气中CO₂体积分数分别为0、10%、15%、20%）的变化关系。实验结果表明：给定加载电压,随着CO₂掺混浓度的增大,C₃H₈/O₂/Ar/CO₂预混火焰传播速率降低,规范化火焰变形率与平均火焰传播速率变化率均增大。当U=-10 kV时,CO₂掺混浓度为0、10%、15%、20%时对应的平均火焰变形率分别为1.01、1.31、1.80、3.12,平均火焰传播速度变化率分别为10.87%、17.87%、19.16%和34.63%。研究结果表明负直流电场对C₃H₈/O₂/Ar/CO₂火焰传播的促进效应随着火焰传播速率的降低而显著增强。     

C2H6/C3H8影响CH4爆炸极限参数及动力学特性研究

为研究C₂H₆/C₃H₈对甲烷爆炸极限参数及动力学特性的影响,采用标准的可燃气体爆炸极限测定装置测定了不同配比的C₂H₆/C₃H₈混合气体对甲烷爆炸极限的影响规律,同时得出了氮气惰化条件下甲烷爆炸临界参数的变化规律。此外,利用Chemkin软件模拟了C₂H₆/C₃H₈混合气体对甲烷爆炸过程中中间产物浓度的影响情况,并进行了敏感性分析。结果表明,C₂H₆/C₃H₈的存在降低了甲烷的爆炸上下限,增大了甲烷的爆炸危险度;在氮气惰化过程中甲烷的爆炸上限下降,爆炸下限上升,最终爆炸上下限重合,重合点处甲烷浓度和氮气临界浓度均随C₂H₆/C₃H₈的添加而逐渐减小;此外,C₂H₆/C₃H₈混合气体使甲烷爆炸过程中CO和·H的生成量逐渐增大,而CO₂、·O和·OH的生成量则有下降趋势,通过对爆炸过程中甲烷体积的敏感性分析,发现C₂H₆/C₃H₈的存在在某种程度上促进了甲烷爆炸。对比不同配比的C₂H₆/C₃H₈混合气体,发现C₃H₈含量越高,其对甲烷爆炸过程中相关参数的影响越大,这可为工矿企业的安全生产提供一定的理论依据。     

焦炉煤气常量含碳气氛对加氢脱硫催化剂活性、选择性和积炭的影响

利用微型固定床反应装置对工业Fe-Mo预加氢脱硫催化剂进行加氢脱硫(HDS)评价，研究焦炉煤气中不同常量含碳原料组分(CH₄、C₂H₄、C₂H₆、CO、CO₂)对催化剂加氢活性、选择性以及积炭的影响，并采用红外碳硫分析仪、N₂吸附-脱附、Raman以及TPRS-MS对催化剂进行表征。结果表明：在N₂气氛下，COS、CS₂和C₄H₄S加氢转化由易到难顺序为：COS>CS₂>C₄H₄S，但COS加氢转化受含碳气氛影响最明显，致使焦炉煤气加氢脱硫中COS难以完全脱除；不同气氛对硫化物加氢选择性都会产生影响，其中C₂H₄气氛对选择性影响最明显，而对H₂S收率影响最明显的是CO₂和CO；不同含碳...     

温度对MOF-74(Ni)吸附分离丙烯丙烷机理和选择性的影响

采用水热法成功制备了MOF-74(Ni),使用PXRD、孔径分析对材料进行了表征,测定了材料在不同温度下的C₃H₆和C₃H₈吸附等温线,应用程序升温脱附技术估算了脱附活化能,并使用IAST理论预测了材料对C₃H₆/C₃H₈二元体系的吸附选择性。讨论了温度对吸附机理和吸附选择性的影响。结果显示,MOF-74(Ni)的BET比表面积高达1306 m²·g^-1。在298 K下,C₃H₆的吸附量高达7.4 mmol·g^-1。随着温度升高,C₃H₈的吸附量大幅降低,而C₃H₆的吸附量下降程度较小,导致材料对C₃H₆/C₃H₈吸附选择性升高。当温度为328K时,MOF-74(Ni)对C₃H₆/C₃H₈二元气体混合物的吸附选择接近12。程序升温脱附的实验结果显示,C₃H₆在MOF-74(Ni)上的脱附活化能大于C₃H₈,分别为68.92 kJ·mol^-1和50.80 kJ·mol^-1。C₃H₆是通过与MOF-74(Ni)的不饱和金属位点Ni²⁺以p络合作用方式吸附,作用力较强,而C₃H₈与Ni²⁺之间的作用力较弱。根据吸附机理不同的特点,适当提高温度,将有助于提高MOF-74(Ni)吸附分离C₃H₆/C₃H₈混合物体系的吸附选择性。     

Ag/Cu耦合催化剂的Cu晶面调控用于电催化二氧化碳还原

电催化二氧化碳还原是降低大气中二氧化碳浓度和缓解温室效应的有效方法。然而，将CO₂电还原为具有高附加值和高能量密度的碳氢化合物或燃料(C₂₊产物)仍然具有十足的挑战性。为了降低大气中二氧化碳浓度和将其转换为有价值的工业品，本文通过优化Ag/Cu耦合催化剂中Cu的晶面，有效地促进了其还原CO₂至C₂H₄和C₂H₅OH等C₂₊产物。利用暴露Cu₂O(100)晶面的Ag/Cu₂O-(100)，暴露Cu₂O(111)晶面的Ag/Cu₂O-(111)以及具有Cu₂O(100)和(111)晶面的Ag/Cu₂O-(100/111)还原制备得到了三种具有不同Cu晶面的Ag/Cu耦合催化剂。控制Cu/Ag比均为30∶1，采用H型电解槽，在CO₂饱和的0.1mol/L KHCO     

Pd-Rh/TiO2光催化CO2氧化乙烷脱氢研究

采用浸渍还原方法制备Pd-Rh/TiO₂催化剂用于常温光催化CO₂氧化乙烷脱氢制C₂H₄。研究不同Pd/Rh比催化剂的光反应性能，利用XRD、EDX-mapping、TEM、HRTEM、XPS技术表征催化剂表面和电子特性，通过UV-Vis、PL技术考察催化剂光响应性能，采用原位红外光谱技术分析Pd-Rh/TiO₂光催化CO₂氧化乙烷脱氢反应机理。研究表明，Pd-Rh双金属体系可有效提高光反应活性，光照下Pd和Rh金属之间存在内部电子转移的作用，降低了Pd表面的电子云密度，促进光生电子和空穴的分离，同时促进了C₂H₆和CO₂在材料表面的吸附。Ar替换CO₂的对比实验证明，反应中的CO₂消耗H₂，可消除催化剂表面积碳，促进C₂H₄生成。     

三氯化铁离子液体催化异丁烯的齐聚反应

离子液体（C₂H₅）₃NHCl-xFeCl₃（FeCl₃摩尔分率x≥0.55）对异丁烯齐聚反应具有良好的催化性能。在反应温度40℃,反应时间30 min,酸烃比为1.2∶1的条件下,异丁烯齐聚转化率达到85%,液相产物中二聚物和三聚物的含量之和达到80%以上。在离子液体中引入适量CuCl可以提高异丁烯的转化率。当CuCl/[（C₂H₅）₃NH]Cl-0.6FeCl₃的摩尔比为0.25时,异丁烯的转化率达到98%,液相产物中二聚物和三聚物的含量之和高达90.20%。     

类水滑石的制备及其焙烧产物催化苯制苯酚

采用共沉淀法制备了类水滑石CuNiAl,450 ℃焙烧后得到复合氧化物催化剂,利用XRD和FT-IR对其结构进行表征。研究了该催化剂体系对苯直接氧化制苯酚反应的催化性能,并考察了反应温度、反应时间、催化剂用量、溶剂用量和n(C₆H₆)∶n(H₂O₂)对收率的影响。结果表明,类水滑石CuNiAl经焙烧后,催化苯直接氧化制苯酚反应的转化率提高,适宜的反应条件为：反应温度65 ℃,反应时间6 h,催化剂用量10 mg,溶剂用量15 mL,n(C₆H₆)∶n(H₂O₂)=3∶1,产物中没有发现副产物,苯转化率达6.5%。     

NTP转化C3H6/NO/N2气氛中NO及发射光谱分析

利用介质阻挡放电产生低温等离子体转化C₃H₆/NO/N₂气氛中NO,结合发射光谱诊断法研究了碳氢化合物C₃H₆对NO转化的影响。研究结果表明,随着放电功率的升高,NO转化率先升高后逐渐趋于平缓,NO₂浓度持续降低,N₂O浓度呈先升高后降低趋势,NO主要被还原为N₂;相同放电功率下,随着C₃H₆初始浓度升高,NO_x转化率和N₂O浓度升高、NO₂浓度降低;添加C₃H₆会降低N₂第二正带系和NO-γ带的发射光谱强度,产生CN自由基的激发跃迁谱线,影响NO的化学反应机制,同时生成了棕黄色的聚合物。     

CCUS环境下水泥单矿C3S的CO2腐蚀动力学研究

在碳捕集、利用和封存(CCUS)井下,油井水泥因长期受井下高温、高压和高酸性流体的作用会遭受碳化腐蚀导致水泥环失效。为了模拟CO₂地质封存井下碳化腐蚀环境,本文将油井水泥的主要单相矿物硅酸三钙(C₃S)置于不同温度(30 ℃、60 ℃、90 ℃),并密封在8.0 MPa的气相或液相的CO₂碳化环境下,采用XRD和TGA相结合的分析方法,分析水泥单矿C₃S受CO₂腐蚀环境的影响规律。根据非稳态Fick扩散的渗透理论模型,建立腐蚀产物定量分析结果与腐蚀龄期的数学模型,拟合得到C₃S受CO₂腐蚀后的产物生成系数,以此评价不同CO₂腐蚀因素对C₃S的影响程度。结果表明:在CO₂气相环境中,温度升高将显著加剧对C₃S的腐蚀且产生溶蚀现象;而在CO₂液相环境下,高温(90 ℃)使C₃S水化反应加剧并形成阻滞层,降低CO₂对C₃S的腐蚀速率。     

基于热重-质谱联用的煤粉富氧燃烧动力学及污染物生成特性

富氧燃烧是最具工业化前景的燃烧中碳捕集技术之一,为更深入掌握煤粉富氧燃烧的着火模式和污染物生成特性,本文构建了热重-质谱联用实验系统,以烟煤和无烟煤标准煤样为对象,针对3个不同的氧气体积分数：21%、30%和50%,研究了O₂/Ar和O₂/CO₂气氛下煤粉的富氧燃烧特性。结果表明,O₂/CO₂气氛下煤粉着火温度和燃尽温度均降低,燃烧速率提高,燃烧时间缩短;两种煤粉在O₂/Ar气氛下的燃烧都属于非均相着火,而富氧燃烧都属于均相着火模式;氧气体积分数在30%以上时,无烟煤O₂/CO₂燃烧的表观活化能明显低于O₂/Ar气氛,在相同工况下烟煤的表观活化能均低于无烟煤;O₂/CO₂气氛促进了CO和挥发分NO的逸出,生成温度均低于O₂/Ar气氛,CO会对NO起到还原作用。     

低碳烷烃烯烃在超微孔柔性Cu(Qc)2上的吸附行为

采用实验研究与分子模拟相结合的方法研究了低碳烷烃烯烃在超微孔柔性Cu(Qc)₂上的吸附热力学、动力学和吸附分离机理。用常温合成方法制备了超微孔金属-有机骨架材料Cu(Qc)₂,测定了低碳烷烃烯烃（CH₄/C₂H₄/C₂H₆/C₃H₆/C₃H₈）在Cu(Qc)₂上的吸附相平衡和吸附动力学。使用Materials Studio中的Fortcite模块模拟低碳烷烃烯烃在超微孔柔性Cu(Qc)₂上的吸附机理以及材料的结构形变。结果表明Cu(Qc)₂具有优良的C₂H₆ /C₂H₄吸附选择性和吸附动力学,而对C₃H₈ /C₃H₆的吸附选择性很低。273 K和0.1 MPa下,C₂H₆/C₂H₄在Cu(Qc)₂上的IAST选择性达4.6。298 K和0.05 MPa下C₂H₆/C₂H₄在Cu(Qc)₂上的扩散时间常数分别达1.42×10^-3和1.48×10^-3_{s^-1,扩散活化能分别为16.62 和16.43 kJ/mol。应用装填Cu(Qc)2的固定床可在常温条件下实现C2H6 /C2H4二元混合气的完全分离。模拟结果显示Cu(Qc)2为二维堆叠结构,材料会由于吸附不同分子而发生不同程度的结构形变。甲烷易从变大的层间扩散脱附,导致其在材料上的吸附量很低;C2H6/C2H4两者都能稳定吸附在层中的孔道中,其分离推动力主要来源于两种气体在材料上明显的吸附热差异;C3H8/C3H6会分别吸附在两种不同的环境,吸附热差异小导致Cu(Qc)2对C3H8 /C3H6的吸附选择性低。}     

CO2诱导肼类燃料低温反应机理研究

为研究CO₂诱导肼类燃料在低温下的反应机理，采用量子化学计算对肼(N₂H₄)、甲基肼(MMH)和偏二甲肼(UDMH)在不同温度下与CO₂的反应过程与势能面进行了分析。利用分子平均局部离子化能(ALIE)与福井函数/双描述符预测了N₂H₄、MMH和UDMH的反应活性位点，通过过渡态理论获得不同肼类燃料与CO₂反应的路径，构建其通道势能面，根据高精度能量获得宽温度范围下热力学参数与动力学数据。结果表明N₂H₄活性位点为N,MMH活性位点为与甲基相连的N,UDMH活性位点为氨基中的N;CO₂诱导肼类燃料低温反应的主要产物为肼羧酸，该反应为低温正向、高温逆向反应，这与常规燃料反应呈现相反的特点；在10MPa压力下，N₂H₄的正逆向反应转变温度最小，约为400K,MMH的正逆向反应转变温度约为460K,而UDMH很难与CO_2<...     

O2/H2O燃烧方式下石灰石的间接硫化反应特性

利用水平管式炉和热重实验台架,对O₂/H₂O、O₂/N₂和O₂/CO₂ 3种不同燃烧方式下石灰石的间接硫化反应特性进行了研究。重点探究了燃烧方式、水蒸气浓度对石灰石间接硫化反应的影响规律与机理。同时,对硫化产物进行了X射线荧光光谱（XRF）、X射线衍射（XRD）、孔结构特性和扫描电镜（SEM）分析。结果表明,O₂/H₂O燃烧方式相比于相同氧浓度下的O₂/N₂和O₂/CO₂燃烧方式,石灰石间接硫化反应的钙转化率在化学反应控制阶段基本相同,在扩散控制阶段O₂/H₂O燃烧方式下的钙转化率有显著的提高。主要原因是水蒸气促进了硫化反应后期产物层内的固态离子扩散。此外,O₂/H₂O燃烧方式下,不同的水蒸气浓度对石灰石的钙转化率基本没有影响。     

甲烷与正丁烷微小尺度催化燃烧性能比较

对微圆管内甲烷和正丁烷在Pt/ZSM-5上的催化燃烧进行实验研究,获得并分析了二者的稳燃范围、产物浓度、壁温分布和壁面散热等燃烧性能。发现在富燃条件下甲烷和正丁烷能够在大当量比下实现催化自稳燃烧。相同流量下正丁烷稳燃当量比范围宽于甲烷,贫燃范围在0.4附近。流量由200 ml·min^-1增大至1000 ml·min^-1,甲烷和正丁烷转化率出现大幅下降。在实验范围内,正丁烷和甲烷的转化率差异不大。化学当量比条件下随流量增大,正丁烷的转化率在600 ml·min^-1开始高于甲烷。甲烷和正丁烷能够在散热比例高达70%的情况下自稳催化燃烧且转化率在95%以上。相同流量下,与甲烷相比,正丁烷催化燃烧的壁温、散热功率和散热比例都更高。整体来看,正丁烷催化稳燃范围较甲烷略宽,两者转化率曲线相近,放热功率和壁面散热功率相差较小,正丁烷在必要时可作为甲烷的替代燃料。