A robust mixed‐conducting multichannel hollow fiber membrane reactor

To accelerate the commercial application of mixed‐conducting membrane reactor for catalytic reaction processes, a robust mixed‐conducting multichannel hollow fiber (MCMHF) membrane reactor was constructed and characterized in this work. The MCMHF membrane based on reduction‐tolerant and CO₂‐stable SrFe_0.8Nb_0.2O_3‐δ (SFN) oxide not only possesses a good mechanical strength but also has a high oxygen permeation flux under air/He gradient, which is about four times that of SFN disk membrane. When partial oxidation of methane (POM) was performed in the MCMHF membrane reactor, excellent reaction performance (oxygen flux of 19.2 mL min^?1 cm^?2, hydrogen production rate of 54.7 mL min^?1 cm^?2, methane conversion of 94.6% and the CO selectivity of 99%) was achieved at 1173 K. And also, the MCMHF membrane reactor for POM reaction was operated stably for 120 h without obvious degradation of reaction performance. © 2015 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 2592–2599, 2015     

氮和磷对生物滴滤塔净化煤矿乏风瓦斯的影响

研究了氮源类型和浓度以及磷元素浓度对生物滴滤塔净化极低浓度CH4的影响。利用空气和高纯CH4混合气模拟煤矿乏风瓦斯,生物滴滤塔填料为陶瓷鲍尔环,以实验室分离筛选到的甲烷氧化菌进行接种挂膜。结果表明,进气流量为2 L?min?1,喷淋液流量为0.1 L?min?1,进气CH4浓度在0.1%~1.1%,以Na NO3为氮源时,生物滴滤塔净化CH4的效果最好,优于(NH4)2SO4和NH4NO3为氮源时的表现。喷淋液中Na NO3浓度为70 mmol?L?1,进气CH4浓度为0.1%~1.1%时,生物滴滤塔的CH4去除负荷为10.67~39.72 g?m?3?h?1,去除负荷随CH4浓度增加而增加;CH4净化率为97.92%~39.70%,净化率随CH4浓度增加而下降。在最佳氮源条件下,进气CH4浓度为0.9%,P元素浓度为100 mmol?L?1时,滴滤塔CH4去除负荷最大为49.69 g?m?3?h?1,CH4净化率60.90%。     

利用测井资料求取煤层气含量的方法

煤层气与常规天然气的成因与储集特性均有很大不同,常规天然气测井识别技术不适用于煤层气。在分析煤层气含量影响因素和煤岩等温吸附实验的基础上,利用煤质组分结合上覆地层厚度、温度、压力等参数,拟合出煤岩的等温吸附曲线,得到煤层的理论含气量;通过对煤层理论含气量与实际含气量的分析,引入含气饱和度,首次提出了利用测井资料计算煤层含气饱和度的方法,计算得到煤层的实际含气量。该方法经过在东北2个煤田应用,计算的煤层气含量与现场实测含气量平均绝对误差小于±0.5m3/t。     

氨基改性MIL-101(Cr)用于CH4/CO2吸附分离的研究

采用浸渍法合成氨基改性金属有机骨架材料MIL-101(Cr),并用XRD、N2吸附和脱附、FT-IR和TG等表征手段考察材料的结构和性能,测试氨基改性MIL-101(Cr)吸附剂在101.3kPa、25℃下的CO2、CH4吸附量。结果表明,氨基改性后的MIL-101(Cr)与CO2作用力显著增强,提高了CO2吸附量和CO2/CH4分离性能。 PEI/MIL-101(Cr)质量比为70的MIL-101-PEI-70吸附剂的CO2吸附量由50.55cm3/g增加到89.43cm3/g,提升76%,而CH4吸附量由10.62cm3/g下降为5.91cm3/g,降低44%,用理想吸附溶液理论预测其CH4/CO2吸附选择性由11增加到255。吸附CO2后的吸附剂可在80℃、真空下再生,脱附条件温和。     

基于ZigBee的煤层气录井红外甲烷监测系统设计

针对传统煤层气录井系统中采用老式传感器和有线网络对煤层气甲烷含量进行监测实时性差和精度不高等问题,该文设计一种红外甲烷技术和ZigBee无线传输技术相结合的新型煤层气甲烷监测系统。该系统以MSP430F449单片机和CC2430芯片为核心,采用ZigBee无线通信协议。其可实时采集传输甲烷含量数据,具有稳定性高,拓展能力强,精度高,实用性强等优点。     

超临界二氧化碳协助改性芳纶纤维的表面性能

本文用超临界二氧化碳流体做反应介质,利用其超强的扩散性及溶解渗透性,将甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)带到芳纶纤维表面进行渗透并发生接枝、扩链反应,通过红外光谱、扫描电镜、x-射线光电子能谱方法、AFM等测试了纤维的表面形貌变化及元素、基团变化,并用VARI成型技术制成复合材料,测试了改性芳纶布与环氧基体的力学性能和界面性能。结果表明:经改性的纤维表面变得粗糙,极性基团增加,复合材料界面剪切强力明显增加,改性复合材料力学性能及界面得到改善,纤维更适合用作复合增强材料。     

厌氧反应器中沼气泄漏扩散模拟研究

基于FDS建立沼气泄漏扩散模型,分别模拟管道接头破损、导凝管阀门破损和沼气突破水封,探究厌氧反应器中沼气泄漏扩散的基本规律。结果表明：当管道接头破损、导凝管阀门破损时,沼气泄漏后的危险范围为下风向处距离泄漏口约5 m;当沼气突破水封时,沼气泄漏后的危险范围为下风向处距离泄漏口约60 m;沼气突破水封的危险性最大;泄漏后的甲烷会向下风向膨胀扩散,但遇到障碍物时,窝风位置会出现甲烷积聚;当沼气发生类似突破水封的大面积泄漏时,固定桩式可燃气报警仪的预警作用非常重要。     

Ni/Ce-Al2O3复合氧化物催化甲烷部分氧化制合成气的性能

 采用柠檬酸络合法一步制备了Ni/CeO2-Al2O3复合氧化物催化剂。利用N2物理吸附、XRD、H2-TPR和SEM手段对催化剂进行了表征。考察了还原条件对该复合氧化物在甲烷催化部分氧化(POM)制合成气的催化性能的影响,进一步考察了原料气配比(V(CH4)/V(O2))、反应空速和反应温度对Ni/CeO2-Al2O3催化POM反应性能的影响。结果表明,Ni/CeO2-Al2O3复合氧化物的热稳定性好,比表面积较大(108 m2/g),其中的NiO容易被还原。在700℃、纯H2气氛下还原后的Ni/CeO2-Al2O3在POM反应中表现出最好的催化性能。最佳反应条件为V(CH4)/V(O2)=2、GHSV=12000 mL/(h?g)、反应温度750℃。在该反应条件下,POM反应的CH4转化率大于85%,CO选择性达到85%,H2选择性大于94%。     

低浓度煤层气流态化燃烧技术的研究进展

低浓度煤层气由于热值低、流量变化大,利用较困难,大部分都未经处理就直接被排放,不仅浪费资源,而且还污染环境,引起了国内外的密切关注。较之常规的煤层气利用技术,以惰性颗粒和催化颗粒为床料的流态化燃烧技术具有热容量大、燃料适应性广的特点,在低浓度煤层气燃烧利用方面表现出巨大的潜力。为此,综述了该技术的研究现状,分析了惰性颗粒和催化颗粒作用下,床层温度、进气浓度、流化风速及气固两相流对其燃烧特性的影响,介绍了在流化床中催化燃烧反应的模型及其动力学特性,探讨了杂质性气体对气固催化反应的作用机制,明确了SO_2作用下硫酸铜的生成是催化剂硫中毒的根本原因,提出了相应的抗硫中毒措施,讨论了水蒸气对低浓度甲烷催化燃烧的影响。最后,就该技术的未来发展进行了分析与展望,得出的认识如下:①后续的研究应该侧重颗粒尺寸变化对流态化燃烧带来的影响;②应寻找更加廉价、催化活性更优的催化剂替代;③对惰性颗粒下低浓度甲烷流态化燃烧,缺乏燃烧机理分析,需要进一步从理论角度进行深度挖掘。     

甲烷与氢气的流量比在高功率下对金刚石膜生长的影响

目的 在实验室自制的10 kW微波等离子体化学气相沉积装置中,系统分析甲烷与氢气的流量比在高功率微波等离子体环境中对金刚石膜生长的影响。方法 利用等离子体发射光谱诊断分析高功率微波等离子体放电环境的特征,同时利用SEM及Raman光谱对不同沉积条件下获得的金刚石膜的形貌及质量进行表征,以确定高功率微波馈入情况下甲烷流量的调控原则。结果 微波功率的提高可以有效地增加等离子体中的电子密度,产生更多活性H原子以及CH和C2等有利于金刚石膜生长的含碳气团。在保持微波功率为5000 W、氢气流量为300 mL/min、腔体气压为13 kPa和基片温度为(950±20) ℃的实验条件下,当Q(CH4)/Q(H2)<1.0%时,金刚石膜中二次形核现象明显,晶粒尺寸较小;当1.0%≤Q(CH4)/Q(H2)≤2.0%时,可获得晶粒完整且质量较高的金刚石膜;当Q(CH4)/Q(H2)>2.0%,金刚石膜可获得较大的晶粒,但易产生孪晶。结论 提高微波功率利于活性氢原子的产生,可更充分地活化含碳大分子气体。在本实验条件下,当1.0%≤Q(CH4)/Q(H2)≤ 2.0%时,所制备的金刚石膜具有较高的质量。