侧壁不连续边界下多孔介质自然对流数值模拟

采用局部非热平衡模型,在方腔左侧壁面布置不连续等温边界条件,数值模拟了固体骨架发热多孔介质方腔内的稳态非达西自然对流传热,探讨了不同等温边界布置方案及方腔的高宽比M/L对方腔内自然对流传热的影响规律。计算结果表明:由于单向重力影响,多孔介质方腔内流函数结构呈现上下不对称特性,而固体相温度场分布呈现出上下对称分布规律;流体相局部Nu数的大小及分布规律与等温边界的位置相关,局部Nu数随着Y=0.5值的增大而增加,固体相局部Nu数则以Y=0.5处为中心呈现上下对称分布规律。存在一个最佳ξ值及高宽比值,使得多孔介质方腔内的整体向外传热量达到最大值,等温边界布置于方腔上侧更有利于强化方腔整体的自然对流传热。     

提高煤热解过程中BTX收率的方法

煤热解及由煤热解联产高附加值化学品BTX(苯、甲苯和二甲苯)是实现煤炭高效清洁转化利用的重要方式之一。围绕如何提高煤热解过程中BTX收率的核心问题,论述了热解气氛、煤热解催化剂、溶剂预处理技术以及反应器类型等对热解产物分布的影响,认为欲提高热解产物中BTX等轻质芳烃的收率,必须从热解工艺和催化剂两方面进行重点突破,同时结合其他次要因素以实现操作条件最优化,提高煤热解产物中BTX等轻质芳烃的收率。     

负载型铜在萘的α-硝基化反应中的催化性能

目前工业上合成 α-硝基萘仍然采用传统的混酸硝化法,然而该方法存在区域选择性不高、官能团耐受性差、产生过量酸性废液以及后处理费用高等诸多局限性,导致环境污染以及生产成本的提高,不符合绿色化学的理念。鉴于 α-硝基萘的应用前景,本文通过浸渍-焙烧-还原等步骤设计合成一系列负载型铜催化剂,实现了萘向 α-硝基萘的高效、经济、绿色的催化转化。其中,以ZSM-5等为载体合成的催化剂Cu/ZSM-5催化效果最好,以较高的分离产率（高达95%）和优异的区域选择性[(α-∶β-)>(98∶2)]得到了目标产物α-硝基萘,而且在重复使用4次后依然保持较高的催化活性和结构稳定性。     

EDTA辅助制备高活性费托合成催化剂

费托合成（FTS）对天然气、煤炭和生物质向清洁运输燃料和增值化学品的转化至关重要。传统上,用于FTS的负载型铁催化剂主要是以氧化铝和二氧化硅为载体。然而,金属与载体的相互作用阻碍了活性相碳化铁的形成,使得催化剂活性较低。本文通过乙二胺四乙酸（EDTA）络合浸渍制备了Fe/Al₂O₃催化剂,通过带正电荷的羟基（OH{}_{\mathrm{2}}^{+}）与[Fe(EDTA)]^-配合物阴离子之间的库仑相互作用来提高氧化铝载体上铁物种的分散度。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、比表面积（BET）、原位红外（In-situ IR）等手段进行表征分析。结果表明,添加EDTA有助于增强Fe的抗烧结性。在煅烧络合浸渍制备样品的过程中,EDTA可以分解为具有还原性质的有机小分子,将催化剂中的铁物种还原为Fe²⁺,有利于催化剂的还原;更多活性中心增强了催化剂对CO的吸附量。原位红外实验表明,EDTA辅助制备的催化剂更容易富集活性物种,从而提高CO的转化率。调节体系中碱金属钠的含量改善了烃内产物分布。在较低的氢碳比（H₂/CO=1/1）下,EDTA络合制备的Fe-Na/Al₂O₃催化剂显示出高的CO转化率（88.5%）以及最大的C₂~C₄=和C₅~C₁₁选择性,总选择性达71.2%。     

府谷煤CO2催化气化反应性的研究

加入适宜的催化剂可以提高气化反应速率,降低起始气化温度。为了研究不同阴离子（SO₄^2-、CO₃^2-、Cl^-）盐对府谷煤热失重过程的影响,利用热重分析仪对负载了8种催化剂（K₂CO₃、K₂SO₄、KCl;Na₂CO₃、Na₂SO₄、NaCl;FeSO₄、FeCl₂）的煤样进行了CO₂气化实验,其中每克府谷煤的K⁺、Na⁺、Fe²⁺负载量分别为0.001mol。同时采用升温动力学模型进行了数据拟合。实验结果表明：催化剂对煤与CO₂的低温热解并无明显的催化作用,而在高温气化阶段催化效果显著。对于钾盐和钠盐催化剂,当阳离子相同时,其催化活性顺序为：CO₃^2->SO₄^2->Cl^-。对于铁盐催化剂,FeSO₄的催化活性优于FeCl₂。动力学结果发现：负载催化剂煤样的活化能大小符合上述实验规律,分布在169～232.6kJ/mol之间,相比原煤（267.9kJ/mol）都有一定程度的降低。     

煤原位热解研究进展

煤热解是煤炭热转化利用中最初和必经的阶段,煤受热分解会产生煤气、焦油及半焦产品等,是目前我国化工原料和能源燃料的重要来源。由于一次热解是煤热解过程的重要步骤之一,大部分的煤热解产物都直接或间接地来源于一次热解,而一次热解产物的产率和性质直接影响到二次热解对目的产物的定向调控,故二次调控对提高煤热解产物产率具有一定的局限性。笔者提出了煤原位热解的概念,以提高煤热解产物产率为目的,从直接影响煤一次热解的角度出发,对煤不同的预处理方法,包括热预处理、水热预处理、溶剂溶胀预处理、离子液体预处理以及溶胀同步负载金属离子预处理等方法进行论述,并讨论了温度、压力、热解气氛、停留时间、粒径等工艺参数条件对煤原位热解的影响,最后对未来煤热解工艺技术的发展趋势进行展望,在继续探索煤热解机理的基础上,研究不同煤预处理方式与不同工艺参数条件的优势结合,同时发展对应的煤热解工艺技术,努力提高煤原位热解的产物收率,减少环境污染。     

BP神经网络的发展及其在化学化工中的应用

人工神经网络（ANN）由于本身具有极强的非线性映射能力、容错性、自学习能力得到广泛的应用。基于反向传播算法（BP）的神经网络作为ANN重要组成部分,在涉及多种非线性因素建模时,相对于传统的反应机理建模显示出巨大的优势。虽然神经网络的发展几经繁荣与冷落,但目前在不同领域已经获得成功的应用。本文概述了BP神经网络的映射原理、缺点以及相应的改进方法,介绍其在催化剂设计、动力学模拟、理化特性估算、过程控制与优化、化学合成与反应性能预测的应用现状,展示了使用不同优化方法的改进模型在实验设计与优化方面取得的成果。最后指出未来BP神经网络的发展要进一步结合数据深度挖掘与机器学习等技术,为今后化学化工领域的研究提供强有力的工具。     

间/对混酚分离技术的研究进展

间/对甲酚沸点十分接近,难以通过常规方法分离,这一问题已成为制约煤焦油粗酚精制发展的瓶颈。为此,笔者系统介绍了近年来常用的间/对混酚分离提纯技术,包括烷基化法、络合分离法、结晶分离法、模拟移动床吸附分离技术及膜分离技术等。通过对不同分离技术的优点和缺点进行分析和评估提出：烷基化法是目前最成熟的间/对混酚分离工业化方案,但其过程能耗较大;模拟移动床吸附分离技术是今后规模化分离混酚的重要技术,然而其吸附剂的选择性和吸附量仍有待改进。因此,今后对间/对混酚分离技术的研究重点应放在分离材料、分离工艺的开发优化及其与煤焦油提酚技术的整合上,从而形成一条完整的由煤焦油生产精酚产品的高附加值煤化工产业链。     

热重-红外光谱联机用于Cu/AC焙烧温度确定和焙烧过程分析

通过浸渍法制备载铜活性炭(Cu/AC),利用热重-红外光谱联机分析方法对Cu/AC前驱物Cu(NO3)2/AC进行分析,探索了前驱物制备Cu/AC在焙烧过程发生的变化,确定Cu/AC的最佳焙烧温度为700℃。     

纵向涡发生器排数对三维喷动床内气-固两相流动影响数值模拟

为了研究纵向涡流对柱锥体喷动床内颗粒横向混合规律的影响,采用双流体模型对带纵向涡发生器喷动床内的气 固两相流动规律进行了数值模拟,分析了纵向涡流效应及纵向涡发生器排数(1~3排)对喷动床内颗粒相运动规律的影响。结果表明,纵向涡流能够有效地增加喷动床内近环隙区域颗粒的体积分数,使得颗粒沿径向分布更加均匀。其中2排纵向涡发生器能够使喷动床内整体颗粒体积分数沿径向分布实现最均匀状态。纵向涡流能够有效增加喷动床内颗粒的径向速度,强化气体、颗粒的横向混合,进而有效地降低了颗粒拟温度。