微型流化床中焦油热裂解和水蒸气重整的反应特性及动力学对比

采用微型流化床反应分析仪(MFBRA)考察了不同温度(T,750~950℃)和水蒸气分压(SP,10%~30%)下生物质焦油水蒸气重整过程中的气体生成、气体产物中总碳转化和焦油转化等反应特性,求算反应动力学,并与焦油热裂解特性进行比较。在热裂解过程中,随温度增加,各气体(H₂、CH₄、CO、CO₂)产率和气体产物中的总碳转化率增加,反应时间缩短。而在焦油水蒸气重整过程中,等温下的反应时间明显延长,且H₂、CH₄、CO产率和气体产物中的总碳转化率显著提升,而CO₂产率在850℃时有最大值。在焦油水蒸气重整过程中,不仅有焦油裂解,还有裂解产物与水蒸气的反应,促进碳转化。在950℃、SP=30%条件下,气体产物中的总碳转化率达到92.34%。水蒸气作用下,气体组分的产率和气体产物中的总碳转化率增加,而等温条件下的反应速率下降。水蒸气分压对各气体组分的影响具有差异性。随分压增加,CO、CH₄的生成速率和气体产物中的总碳转化的反应速率增加;H₂生成速率逐渐下降,速率稳定段扩大;CO₂生成速率在850℃时有最大值。采用均相模型求取焦油水蒸气重整反应过程中的活化能,气体产物的生成活化能(H₂、CO、CO₂和CH₄)、气体产物中的总碳转化及焦油转化的活化能明显偏低,分别为90.10、42.01、58.56、64.92、61.44和63.26 kJ/mol,对应数值明显小于焦油热裂解,说明水蒸气对焦油重整反应的促进作用。最后,将焦油热裂解动力学数据与文献数据对比,验证了MFBRA对焦油水蒸气重整反应测试的可行性和分析结果的准确性。     

Mo2C/Cu共负载TiO2光催化CO2还原性能

光能驱动CO₂还原技术有望减少CO₂排放并同时提供高价值化学燃料，缓解能源转型带来的压力。发展高活性光催化剂是实现该技术应用的关键，负载贵金属是提高其光催化效率的有效途径，但由于贵金属成本昂贵、储量稀少等原因，限制了其大规模使用。因此，发展贵金属替代品对光催化CO₂还原具有重要意义。Mo₂C是一种具有与贵金属相似的电子结构的过渡金属碳化物，采用尿素还原方式制备了Mo₂C和Cu共负载TiO₂光催化剂，结合物理化学性质分析，对其在紫外光下的光催化活性进行评价。结果表明，在TiO₂上负载Mo₂C后，在CO₂催化转化过程中显著促进H₂和CH₄的产生，而Mo₂C和Cu共沉淀可抑制H₂产生并促进CO₂进一步转化为CH₄;光照4 h后，其CH₄累计产量达...     

N2气氛下温度和压力对煤热解的影响

研究煤热解的反应特性有助于提高煤热解的转化率和焦油收率并且能够改善焦油的品质。本文在固定床反应器上研究了N₂气氛中,不同压力和温度下的唐山烟煤热解反应,考察了温度和压力对热解失重率、热解气体组成及液相产物产率的影响规律。结果表明当热解压力由1MPa增加至3MPa时,唐山烟煤的失重率和焦油产率均先增加后降低,在2MPa时达到最大值。当温度低于600℃时,压力不影响CH₄、H₂和CO的收率,当温度超过600℃时,CH₄、H₂和CO的收率随热解压力的升高而降低。随着热解温度的升高,煤热解的失重率、水的产率以及CH₄、H₂的收率不断增大,焦油的收率和CO的收率先增大后降低,在2MPa下600℃时焦油的收率达最大值为9.23%。     

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。     

油页岩低温热解过程中轻质气体的析出特性

为研究油页岩低温热解过程中轻质气体的析出特性,在热重-红外-质谱三联机上对国内有代表性的4个地区(FS、HD、MM和NM)油页岩以20℃·min^-1的升温速率进行了热解实验研究,考察了H₂、H₂O、CO、CO₂、CH₄和C_nH_m 6种轻质气体的析出速率和累积产量随温度变化的规律。实验结果表明:油页岩轻质气体析出的温度范围在180～540℃;H₂、CH₄和C_nH_m的析出速率曲线大致相似,呈高斯分布,CO和CO₂的析出速率则是先缓慢增加随后快速增加,达到最大值后又快速下降,直到析出结束,H₂O的析出速率相对比较复杂,油页岩的内水、矿物质的结晶水和热解水在3个阶段析出,析出速率都是先增大,达到最大值而后减小。     

Z型g-C3N4/WO3·H2O的制备及其光催化CO2还原性能

以石墨相氮化碳(g-C₃N₄)和二水合钨酸钠为原料,采用水热合成法制备了复合材料g-C₃N₄/WO₃·H₂O(CNW-1),通过XRD、XPS、SEM、TEM对其进行了表征,探究了298 K、0.1 MPa条件下其对CO₂的可见光催化还原性能,并提出了可能的反应机理。通过调控WO₃结晶水含量可以实现CO和CH₄的产率调节,在反应10 h后,CNW-1具有最高的CH₄产率(0.33μmol/g),而g-C₃N₄/WO₃(CNW)具有最高的CO产率(0.67μmol/g)。该研究为CO₂选择性还原为C1化合物提供了一种有效策略,同时突出了以g-C₃N₄作为半导体构建Z型光催化体系在催化领域的应用潜力。     

炭材料在CH4-CO2重整反应中的研究进展

双碳时代,CO₂的转化与利用成为研究热点。CH₄-CO₂重整反应在催化诱导合成气(CO和H₂)时同时利用这2种温室气体,并能通过费托合成解决气体燃料固有的存储和运输问题。CH₄-CO₂重整反应原料中,CH₄分子构型为正四面体,不易分解;CO₂是最小的非极性分子,■键断裂需较高能量。因此CH₄-CO₂重整反应需使用催化剂,且使用廉价、高效率的催化剂一直是研究重点。与无法兼具催化活性和稳定性的非贵金属相比,炭材料发达的孔隙结构能对活性金属进行分散和固定,部分生物质材料含有丰富的官能团,能提高反应气体的吸附和活化,从而提高催化剂的稳定性和抗积碳能力。总结了炭材料在CH₄-CO₂重整反应中的应用,分析了不同炭材料在提高催化剂抗烧结和抗积碳性能方面的作用机制。炭材料单独作催化剂时活性并不理想,将炭材料用作载体或对炭材料进行改性尤为重要。...     

铁基氧载体化学链CO2重整CH4方法制备合成气

提出一种铁基氧载体（Fe₃O₄/FeO）化学链CO₂重整CH₄方法制备合成气。为评价该系统的性能,采用Aspen Plus软件对其进行过程模拟和热力学分析。以CH₄转化率、CO₂转化率、能源利用效率和产气氢碳比（H₂/CO）为评价指标,得到系统的优化运行条件,并研究各操作参数（包括各反应器的温度和压力、氧载体甲烷比和CO₂甲烷比）对系统性能的影响。结果表明：当系统处于优化工况时,得到CH₄转化率为97.91%、CO₂转化率为32.76%、能源利用效率为93.77%及产气氢碳比为0.93。该系统能有效利用CO₂和CH₄这两种温室气体获得较低氢碳比的合成气,利于二甲醚的高效合成。     

电催化还原CO2研究进展

用于还原二氧化碳(CO₂)获得低碳燃料,包括CO,HCOOH/HCOO^-,CH₂O,CH₄,H₂C₂O₄/HC₂O^-₄,C₂H₄,CH₃OH,CH₃CH₂OH等的电催化剂的最新进展。电催化剂主要分为金属、金属合金、金属氧化物、金属络合物、聚合物/簇、酶和有机分子等。主要分析了实现高活性和高稳定性电催化还原CO₂所面临的挑战,并提出了几个实际应用的研究方向,旨在克服出现的挑战,促进该领域的研究和开发。     

滴管炉内不同煤阶煤焦水蒸气气化反应特性

在滴管炉内对煤焦与水蒸气气化反应进行了实验研究,考察了煤阶、气化温度、水蒸气与进料煤焦质量比（气焦比）对气化气体产物释放特性以及煤焦转化率的影响。实验温度为1100、1200、1300和1400℃,气焦比分别为0.4：1、0.6：1和1：1。研究发现：滴管炉内不同煤焦的水蒸气气化气体产物以H₂含量最高,CH₄含量最低。不同煤阶热解焦、气化温度以及气焦比的变化影响滴管炉内水蒸气气化产物气体组成和转化率的高低。随气化温度的升高,神府煤焦和北宿煤焦气化气体产物中H₂和CO产率不断增大,H₂/CO的比值则逐渐减小,碳转化率有不断增加的趋势。在气化温度大于1200℃的条件下,当气焦比从0.4：1增至0.6：1,神府煤焦和北宿煤焦的碳转化率变化幅度不大（5%以内）;当气焦比从0.6：1增至1：1,北宿煤焦的碳转化率略微降低,而神府煤焦的碳转化率增幅则在15%以上。     

镍源对Ni/Al2O3结构及其1,4-丁炔二醇加氢催化性能构效关系的影响

本文通过溶液燃烧法,分别以Ni(CH₃COO)₂·4H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O、NiCl₂·6H₂O和NiSO₄·6H₂O为镍源制备系列Ni/Al₂O₃催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N₂吸附-脱附、程序升温还原(H₂-TPR)等表征手段,进一步揭示了镍源对合成Ni/Al₂O₃催化剂结构与其催化加氢性能间的构效关系的影响,结果表明,以Ni(CH₃COO)₂·4H₂O为镍源制备的Ni/Al₂O₃催化剂比表面积最大,达到225m²·g^-1,最大孔容0.39c...     

MgO、La2O3对Ni-Fe双金属甲烷化催化剂催化性能的影响

对不同含量 NiO 和 Fe₂O₃活性组分、不同含量 MgO、La₂O₃助剂系列催化剂进行等体积浸渍,在固定床微型反应装置中进行催化性能研究,结果表明,当活性组分配比为 8 % Ni-2 % Fe 时,CO 转化率达 90.07 %,CH₄选择性为 97.34 %;当 MgO 添加量为 2wt%时,CO 转化率在反应温度 530 ℃时达到最大值 95.98 %,CH₄选择性随温度的升高在 390 ℃和 550 ℃出现有两个极大值分别为 96.43%和 94.52 %;当 La₂O₃添加量为 2 wt%时,在反应温度 440 ℃和 530 ℃时 CH₄选择性分别为 98.72 %和 97.74 %,而 CO 转化率在 500 ℃最好,达到 94.41 %;催化剂表征添加助剂 MgO 不仅能缩小孔径提高其比表面积,还增加了活性组分在载体表面的分散性。     

Ni/W-Al2O3催化剂在富氢气体中CO选择性甲烷化的研究

采用等体积浸渍法在Ni基催化剂上添加W助剂制备Ni/W-Al₂O₃催化剂，探究Ni负载量、W摩尔分数和焙烧温度对催化剂CO选择性甲烷化的影响。利用XRD、N₂-物理吸附、H₂-TPR、NH₃-TPD、CO₂-TPD、TEM等对催化剂进行表征。结果表明，有W的催化剂在低温下活性很差，不能提高活性。在Ni负载量为20%、W摩尔分数为0.05、焙烧温度为900℃、空速为4 800 h^-1的条件下，反应温度在207～339℃范围内，20%Ni/0.05W-Al₂O₃-900℃催化剂能使CO出口体积分数始终小于10μL/L,CH₄出口体积分数小于2%。     

水蒸气热等离子体处理废焦油实验研究

采用自行研制的直流电弧水蒸气热等离子体炬,直接以废焦油溶液为工作介质,无需额外放电气源,通过发射光谱进行等离子体诊断,通过分析气态产物和液态产物,研究焦油处理后产物性质,探讨可能的反应机理。结果表明,含焦油的水蒸气等离子体气体温度为4 600 K,废焦油经水蒸气等离子体处理后,气态产物主要含有H₂、CO、CO₂、CH₄,其中以H₂、CO和CH₄为主的合成气含量高达67%以上。上述结果为高浓度废焦油的处理提供了一种新思路。     

基于SiC CVD工艺的MTS-H2前驱体热解动力学研究

为了研究三氯甲基硅烷-氢气(MTS-H₂)前驱体在碳化硅(SiC)化学气相沉积工艺(CVD)过程中的热解动力学，利用DETCHEM软件，在不同沉积温度、α值和系统压力下对其在零维和一维反应器中的的气相组分进行了数值模拟。结果表明：在零维反应器中，各温度下的主要气相组分为HCl、CH₄、C₂H₆、SiCl₄、CH₄SiCl₂、SiHCl₃、SiH₂Cl₂和SiH₃Cl，温度越高气相组分可达到气相平衡的时间越短。900℃气相组分浓度达到平衡的时间约为5 s,1000℃下的气相组分浓度达到平衡的时间约为2 s,1100℃下的气相组分浓度达到平衡的时间小于1 s。随着温度增加，气相反应加剧，生成了更多的Si-Cl气相组分。气相组分浓度受α值变化的影响较小，达到气相平衡的时间基本一致。体系压力对气相组分有显著影响，增大压力有助于提高各组分的平衡浓度，但达到气...     

Ni-CeO2-K/γ-Al2O3催化剂上沼气联合重整制合成气

采用超声波辅助等体积浸渍法制备Ni-CeO₂-K/γ-Al₂O₃催化剂用于沼气联合重整反应,采用 BET、XRD、TG/DTG等技术对催化剂性质进行了表征,在微型固定床反应装置中研究了反应温度、体积空速、原料气组成等对沼气联合重整反应特性的影响,并对催化剂的稳定性进行了研究。结果表明,助剂CeO₂的加入,提高了催化剂中Ni的分散度,降低了催化剂还原温度。升高反应温度和减小体积空速,能够提高沼气中CH₄和CO₂的转化率;原料气中加入水蒸气,能够明显提高H₂/CO体积比;加入的O₂容易与H₂、CO发生反应,CH₄转化率稍有提高。在常压、反应温度850℃、体积空速为100000h^-1、摩尔比CH₄∶CO₂∶H₂O∶O₂∶Ar=1∶0.5∶0.5∶0.1∶0.01的优化条件下,沼气中CH₄转化率超过95%,CO₂转化率超过75%,生成合成气H₂/CO体积比约为1.6,反应48h后,催化剂未见积炭,保持稳定的活性。与沼气干重整相比,沼气联合重整不利于沼气中CO₂的转化。     

CO2/N2置换-降压强化开采天然气水合物

将天然气水合物中的CH₄置换为CO₂水合物是未来能源生产和温室气体控制的一种创新方法,但通常条件下CO₂对水合物中CH₄的置换效率较低,因此采用混合气联合降压强化置换的开采方法被提出。模拟(海底静水压力)在三轴应力约束状态下,通过注入固定比例[n(CO₂)∶n(N₂)=4∶1]的置换气体,研究降压强化置换过程中储层气相组分、CH₄开采率与CO₂封存率的变化。结果表明：CO₂+N₂联合降压强化置换法大幅度提高CH₄水合物置换效率,CH₄置换率相较于传统置换法的15.2%提升至35.22%,其中N₂直接贡献率占8.66%。通过降压强化,显著增强分解后期阶段气体扩散效果,提高CH₄开采率与CO₂封存率,对提高水合物转换开采具有良好的应用前景。     

ASP/H2O2/EDTA-Mg2+体系对烷基糖苷脱色工艺优化

ASP/H₂O₂/EDTA-Mg²⁺烷基糖苷脱色工艺中,ASP是影响消光系数的重要因素,其次是ASP/H₂O₂摩尔比与温度,EDTA-Mg²⁺的影响最弱。优化的脱色条件为：100 g 50%烷基糖苷溶液ASP的添加量16.5 g, ASP与H₂O₂的摩尔比0.55,EDTA-Mg²⁺为0.4 g,温度50℃。对脱色后烷基糖苷的固含量、残醇含量、pH值、黏度、平均聚合度、灰分含量等检测结果显示,各项指标均符合烷基糖苷国标。     

玉米秸秆棒状燃料热解过程和产物特征研究

以玉米秸秆棒状燃料为原料,在固定床反应器上探究热解温度对玉米秸秆棒状燃料热解过程和热解产品性质的影响。研究发现,随着热解温度的升高,热解气体产量增加,固体炭产量逐渐减少,生物油产量先增后减在450℃时达到最大值35.61%。对固体炭进行工业分析,发现其灰分含量较高;FT-IR分析表明:玉米秸秆棒状燃料的热解反应主要发生在650℃之前;SEM图显示断截面表现为蜂窝状的孔结构。生物油的GC-MS分析表明:在250~750℃下生物油的组成主要是呋喃、酮、醛和酚类等含氧化合物,其中酚类和呋喃类化合物是含量最多的物质;而在850~950℃下以多环芳烃类化合物为主。热解气的主要组成是CO₂、CO、CH₄和H₂,同时有少量的C₂H_n化合物,在250~450℃范围内,气体的主要组成是CO和CO₂,随着温度升高,CO、H₂、CH₄和C₂H_n逐渐增加,热解气的热值逐渐增加,在650℃下气体产品的热值已达到13.05 MJ/m³,当温度大于650℃后,热值增加速率变慢。     

CH4-CO2低温等离子体重整制合成气的研究

为了探究CH₄-CO₂低温等离子体重整制合成气的反应特性,考察了添加气体、放电电压、放电频率、CH₄与CO₂物质的量比和原料气流量对重整反应的影响,在优化单纯等离子体作用下CH₄-CO₂重整反应条件的基础上,开展了等离子体与NiO-CeO/TiO₂-MgO催化剂协同转化CH₄-CO₂的实验。结果表明,实验体系中添加Ar或N₂,放电引发的亚稳态Ar^*或N₂激发态粒子,可促进反应物转化和目标产物生成,且Ar对CH₄-CO₂重整反应的促进作用优于N₂;在单纯等离子体作用、Ar体积分数25%,放电电压17.0 kV,放电频率9.0 kHz, CH₄与CO₂物质的量比1∶2,气体总流量60 mL/min条件下,CH_4<...