能源化工专业拔尖创新人才培养的实践与思考

大连理工大学(盘锦校区)能源化学工程专业围绕培养高水平拔尖创新人才的目标,实施了一系列创新性改革举措。该专业以能源和“双碳”意识为主导,强化专业思政教育;依托化工原理课程改革.以科创活动为载体,实施长链条递进式创新训练;利用优质科研资源,建设高端化、模块化、智慧化产业链模式创新训练平台：实施创新人才培养“双计划”,加强本研贯通：以一流师资培养一流人才,强化高水平师资队伍建设。文章介绍了以上改革举措的实施过程,以期为其他专业的建设提供参考。     

利用烟气废热的LiBr制冷液化粗CO_2节能新工艺

二氧化碳液化是衔接碳捕集与封存利用(CCSU)的重要环节。传统的低温液化工艺,操作温度低于–20℃,为避免水结冰冻堵,脱水预处理过程复杂、制冷能耗高,显著增加了CCSU的成本。对此,本研究提出利用烟气废热的LiBr制冷液化CO_2新工艺。以烟气携带的低温废热为热源驱动LiBr吸收式制冷机,制取4℃左右的冷媒;同时,提高粗二氧化碳的压力,使液化温度升高至7℃以上,与冷媒温度匹配。本工艺二氧化碳液化温度高于水的冰点以及水合物形成的临界温度,不再需要复杂的脱水预处理过程。Aspen Plus过程模拟分析表明,本项目提出的新工艺,全过程的压缩功耗(二氧化碳压缩+制冷压缩)为123.7 kW·h/t液态二氧化碳,比传统工艺节省约23.9%。以20万吨/年工业级二氧化碳生产装置为例,新工艺通过综合利用低温废热,每年可减少电耗7.70×10~6 kW·h,节省运行成本约225万元,具有显著的节能效果和经济效益。     

β-C位引入供电子羟基增强季铵化聚砜膜的热碱稳定性

以氯甲基化的聚砜(CMPSf)为基材,与N-甲基二乙醇胺和N,N-二甲基乙醇胺反应,分别制备了β-C具有供电子羟基的N-甲基二乙醇胺季铵化聚砜膜(PSf-MDOH)和N,N-二甲基乙醇胺季铵化聚砜膜(PSf-DMOH)。在60℃、1 mol/L的KOH溶液中浸泡6 h后,β-C具有供电子羟基的PSf-DMOH膜和PSf-MDOH膜的离子传导率略有下降,但仍保持了良好的膜尺寸稳定性,而β-C无羟基的三乙胺季铵化聚砜膜发生破碎,完全丧失膜形态,表明供电子羟基的引入显著提高了膜的热碱稳定性。同时,2种膜的性能比较发现,低离子交换容量(IEC)时,PSf-MDOH膜的离子传导率高于PSfDMOH膜,但随着IEC的升高,PSf-MDOH膜吸水率急剧增加,膜内有效离子浓度下降,离子传导率低于PSf-DMOH膜。     

加氢裂化反应动力学建模研究进展

加氢裂化是炼油与石化行业的关键技术,借助反应动力学建模以及软件模拟技术来深入认识加氢裂化反应机理并指导生产,优化装置操作条件,可以给企业带来显著的经济效益.本文主要对利用集总法来模拟加氢裂化反应过程动力学的相关研究进行了综述,包括基于生产方案划分的集总、离散集总以及连续集总建立的反应动力学模型[微软用户1],重点介绍了这三类集总模型的建模思路及发展现状,对不同模型的优缺点和反应网络进行了详细的对比分析,其中连续集总模型能够充分考虑混合物性质、反应途径以及切割方案变化的影响,进而实现对加氢裂化这一复杂体系反应器的模拟,准确预测其产品分布和产品性质.同时,本文还指出未来加氢裂化反应动力学建模深入研究的方向,将集总法建模和分子法建模有效结合,开发出一个全面的混合动力学模型,将是未来加氢裂化反应器模拟中一项很有意义并且具有挑战的工作.     

咪唑功能化α-Al_2O_3纳米颗粒掺杂聚砜阴离子交换膜的制备及性能表征

针对碱性阴离子交换膜离子传导率低的问题,采用添加表面富含咪唑的α-Al_2O_3(Al_2O_3-Im)纳米颗粒来改善咪唑功能化聚砜(PSf-Im)膜内的离子传递,制备了高离子传导性的PSf-Im/Al_2O_3-Im复合膜。当纳米颗粒掺杂量为12%时,PSf-Im/Al_2O_3-Im复合膜的氢氧根传导率达到45 m S/cm,比PSf-Im原膜提高了41%,膜的溶胀度与PSf-Im原膜相当,表明添加Al_2O_3-Im纳米颗粒可以在保持膜的尺寸稳定性不变的情况下获得高的氢氧根传导率。同时复合膜也表现出比PSf-Im原膜更加优良的碱稳定性。     

电纺纳米纤维诱导LDH生长促进CO2分离

先进的功能膜材料是实现高效膜分离的关键，要求兼顾选择性和渗透通量.层状双金属氢氧化物(LDH)表面存在丰富的-OH基团，对CO₂具有较高吸附选择性.利用晶种外延生长策略(SES),通过溶剂热合成在电纺纤维载体上诱导生长LDH,并用聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)在纤维间隙间原位光聚合得到致密的PEO/HPAN-LDH MMM,用于CO₂的高效分离.研究结果表明，沿纤维连续的低结晶LDH具有丰富的亲CO₂基团，提供连续亲和CO₂的传递通路.通过增加LDH生长次数，提高LDH的担载量.性能最佳的PEO/HPAN-LDH-2 MMM的CO₂渗透性能为132.1 Barrer, CO₂/N₂选择性高达99.4,相较于PEO/HPAN MMM,CO₂渗透性能提升46.8%,CO₂/N₂选择性提升25.8%.     

咪唑鎓化聚醚砜CO2固定载体分离膜的初探

通过化学改性的方法以氯甲基辛基醚(CMOE)、1-甲基咪唑(MIm)和聚醚砜(PES)为材料制备了咪唑鎓化聚醚砜(Im PES),并以其为分离层,聚丙烯(PP)为支撑层制备了用于CO2分离的固定载体复合膜。考察了咪唑鎓化程度、聚合物浓度、操作温度和压力对Im PES/PP复合膜性能的影响。结果表明,咪唑鎓化程度(DIm)对复合膜的性能影响最大,随着咪唑鎓化程度的提高,特别是当DIm大于50%后,复合膜对CO2的分离性能有很大提高。当取代度DIm为64%、聚合物质量分数为20%、测试温度为30℃、压力为0.4MPa时,Im PES/PP复合膜的纯CO2渗透速率为23.92GPU,CO2/N2理想分离因子为65.34。     

接枝型聚离子液体聚砜膜制备及CO2分离性能 （着急）

聚离子液体是一种具有较高CO2选择性的新型膜材料,然而,由于可聚合离子液体的种类少、价格昂贵,难以实现工业应用。对此,本文提出以商业化芳族聚合物聚砜（PSf）为基础材料,通过简单可控的氯甲基化和咪唑鎓化反应,制备接枝型聚离子液体—咪唑鎓化聚砜（PSf-g-[MIm][Cl]）膜。研究了咪唑鎓化程度、操作温度、操作压力对膜性能的影响,结果表明该膜材料具有较好的压力稳定性,并且咪唑鎓（MIm）基团含量会极大的影响其性能,随着咪唑鎓化程度的增加,膜内MIm基团逐渐形成连续的传递通道,CO2渗透系数和选择性显著提高。本文制备的聚离子液体,咪唑鎓化程度最高达172%,具有良好的成膜性,在25 ℃、0.4 MPa以及增湿条件下进行测试,CO2渗透系数达到66.4 barrer,CO2/N2选择性为118.4。     

利用氢气分离膜降低乙烯深冷系统制冷压缩机的功耗

针对传统乙烯过程中深冷脱氢工艺冷凝温度低、能耗大的问题,基于某800kt/a乙烯的裂解气脱氢装置,提出了两级膜与深冷耦合回收乙烯裂解气中氢气的流程,利用UniSimDesign软件对新流程进行了模拟分析,确定了两级膜面积分别为28000m²和10110m²。由于第一级膜分离装置回收了裂解气中的部分氢气,显著地减少了深冷系统中制冷压缩机的功耗和脱甲烷塔塔顶的乙烯损失,新流程深冷系统的制冷压缩机功耗为39496kW,比原流程减少了8996kW,乙烯损失率由1.29%降低到0.46%。第二级膜分离装置实现了氢气回收的高纯度(99%)和高回收率(98.52%),获得的氢气产品可以直接并入氢网或用于对氢气浓度要求较高的加氢裂化装置中。     

氨基MIL-101(Cr)强化CO2分离性能的混合基质膜优化制备

金属有机骨架MIL-101(Cr)是大孔径、高孔隙率的新型膜材料，可显著提升混合基质膜的CO₂渗透性，但其掺杂会明显降低选择性，有两方面原因：有机配体的CO₂亲和性较低；填料干燥活化后再分散性差，易团聚形成缺陷。对此，首先以氨基对苯二甲酸为配体合成氨基MIL-101(Cr)，提高溶解选择性，再采用先浇铸-后活化的制膜工艺，减少团聚缺陷。红外测试表明氨基填料成功合成；扫描电镜表明膜中填料分布均匀。掺杂15%(质量)氨基MIL-101(Cr)的乙基纤维素混合基质膜，CO₂渗透系数达到200 barrer，比MIL-101(Cr)膜提高11.2%，较纯聚合物膜提高133.1%；同时，CO₂/N₂选择性达到23.9，比MIL-101(Cr)膜提高25.8%，较纯聚合物膜提高17.1%。综上，采用先浇铸-后活化的制膜工艺掺杂氨基MIL-101(Cr)填料，可同时提高混合基质膜的CO₂渗透性和选择性。