CO2电催化还原制合成气研究进展及趋势

可再生电能驱动CO₂电催化合成化学品或燃料,具有反应条件温和、产物选择性可调且可利用分布式可再生能源优势。合成气作为一类重要的化工原料气,可制备甲醇、乙醇、烯烃等大宗化学品,是CO₂电催化转化的重要途径,如何高电流密度、高选择性且精准调控碳氢比例(CO/H2)是需要解决的关键科学技术难题。本文从提升电流密度和效率、拓宽合成气比例角度出发,综述了CO₂电催化还原制合成气的最新研究进展,包括电极材料设计、电解液开发、电解槽结构创新等;论述了利用原位表征和理论模拟(DFT、MD)方法对CO₂电催化还原制合成气反应机理的研究进展。在此基础上,提出可通过催化剂多级形貌调控、多活性位点设计、CO₂捕集与转化系统集成、CO₂还原与阳极反应耦合等途径,提升CO₂电催化还原制合成气效率的策略。最后,探讨和展望了实现CO₂电催化还原制合成气工业化的挑战和问题。     

热处理温度对高铬铸铁组织和性能的影响

研究了热处理温度对亚共晶成分高铬铸铁组织及硬度的影响.结果表明,随加热温度的升高,高铬铸铁组织出现二次碳化物的析出与重溶现象,并且当二次碳化物的析出与重溶达到平衡时,材料的硬度出现峰值.     

基于离子液体的合成氨驰放气中氨回收工艺模拟计算

设计并模拟优化了以[C4mim]BF4离子液体为吸收剂的吸收与多级闪蒸回收氨的工艺,采用NRTL活度系数模型对氨和甲烷在[C4mim]BF4中的气液平衡数据进行拟合,结果表明,该模型能很好地关联和预测含离子液体的二元体系气液平衡. 应用Aspen Plus软件灵敏度分析模块,对吸收剂流量、温度进行了灵敏度分析和优化,结果表明,增大流量和降低温度有利于[C4mim]BF4对氨的吸收,优化操作条件为流量2000 kg/h、温度30℃. 该回收工艺净化气和再生气中氨摩尔浓度分别为32.4′10-6和95.2%,满足设计要求,标准煤耗预计为940 kg/t,比传统工艺节能200 kg/t.     

基于分子矩阵的馏分油组成的分子建模

将MTHS分子矩阵(Molecular type homologous series matrix)应用于馏分油组成的分子建模,提出了表征馏分油的IMTHS(Improved MTHS matrix)分子矩阵,并建立了IMTHS分子矩阵中等价组分的性质关联方法,实现了基于分子尺度的馏分油的分子表征。实例研究表明,IMTHS分子矩阵是一种可行的预测石油馏分近似分子组成的方法。     

添加Cs进行优化的Mo-Bi-Co-Fe-Ce-O催化剂上异丁烯选择性氧化

Cs-promoted Mo-Bi-Co-Fe-Ce-O catalyst for the selective oxidation of isobutylene to methacrolein had been studied in a fixed bed micro-reactor. The selectivity to methacrolein was significantly improved by the addition of Cs, which could probably enhance the dehydrogenation ability and weaken the oxygenation ability of the catalyst based on temperature programmed reduction （TPR） analysis investigation. The kinetic studies indicated that the oxidation of isobutylene to methacrolein followed the first-order kinetic behavior.     

用于高温质子交换膜燃料电池的聚合物电解质膜研究进展

高温质子交换膜燃料电池在降低燃料电池水热管理复杂性、催化剂中毒方面有明显优势;可改善电池阴阳两极尤其是阴极氧气还原反应的动力学特性,提高电池的效率。聚合物电解质膜作为关键材料之一,在高温时易失水导致质子传导率降低、机械强度和热稳定性不高等问题。本文基于磺酸、磷酸和离子液体等不同质子传递介质,对高温聚合物电解质膜进行综述,比较了各类聚合物电解质膜的优缺点及应用时存在的问题,着重探讨嵌段共聚物在高温聚合物电解质膜方面的潜在应用,指出离子液体的添加不但可作为质子载体,而且在构建嵌段聚合物结构方面可发挥"诱导剂"作用。提出通过分子设计可更好了解嵌段聚合物的空间构效关系,进而通过结构设计提高膜的质子传导性能和稳定性。     

甲基丙烯酸甲酯-甲醇-水共沸体系萃取分离工艺模拟

针对甲基丙烯酸甲酯?甲醇?水共沸体系,分别选择水、正己烷和水?正己烷双溶剂为萃取剂建立分离流程进行模拟, 建立单溶剂、双溶剂萃取工艺过程进行全流程模拟,采用灵敏度分析优化工艺过程的溶剂比和操作温度. 结果表明,双溶剂萃取工艺比水、正己烷单溶剂萃取工艺能耗分别降低15.1%和34.9%. 采用绿色度评价方法量化3种分离工艺对环境的影响,水、正己烷、水?正己烷双溶剂萃取工艺的绿色度分别为–7.25, –21.3和–6.75 gd.     

原位脱碳流化床煤气化反应器的数值模拟

为了减少温室效应,对于煤气化过程中CO_2的减排与零排放技术的研究成为必要。本文建立了全面的煤气化反应器的数值模型,对以CaO作为吸收剂的原位脱碳的流化床煤气化反应器进行了数值模拟。模拟以简化结构的二维反应器为求解域,应用标准k-ε模型描述气相湍动,EDC模型描述反应器中湍流与反应的偶合,EDC模型将详细的化学动力学融入到湍流混合中。讨论了反应器中温度、气速、压力及气体产物的分布。     

离子液体电还原CO2合成甲醇过程评价与分析

CO₂电还原合成化学品因反应条件温和、可利用分布式清洁能源等优势成为国际热点,被视为缓解全球变暖和能源危机的有效途径之一,对该类技术潜在经济及环境效益进行系统评估,可为新技术工业应用提供重要支撑。本文以离子液体电还原CO₂制甲醇工艺为例,首先进行概念设计和建模,建立了基于生命周期的工艺经济性及碳排放评价模型,获得了离子液体电还原CO₂制甲醇工艺的盈利前景和碳减排潜力。通过灵敏度分析,确定了例如法拉第效率、电费及槽电压等影响工艺经济性的关键技术参数。结果表明,与传统煤制甲醇工艺相比,离子液体电还原CO₂制甲醇工艺兼具一定的经济效益与碳减排潜力。在最佳假设前提下,新工艺可节约成本约11.67%。若完全采用可再生能源提供电力,则可实现生命周期内的负碳排放,即每生产1kg甲醇最高可消纳1.29kg CO₂。本研究为低碳合成甲醇变革性技术的研发提供了重要参考。     

Simulation of Multi-component Multi-stage Separation Process--An Improved Algorithm and Application

This paper presents a flexible model and a robust algorithm for simulation of multi-stage multi-component separation processes in which multiple feeds, side streams, strippers and/or side heat exchangers are involved. The improved algorithm effectively accelerates the speed of convergence and offers better stability by introducing a damping factor for updating the stripping factor, and also reduces the requirement on the initial estimates by updating the Joacobian matrix directly with the stripping factor and enthalpy. On the other hand, an efficient algorithm was proposed to solve the approximate tri-diagonal matrix (containing the off-band elements) derived from the material balance equations (M equations) and phase equilibrium equations (E equations), the advantages and simplicity of the "inside-out" technique of the Russell are retained. The present algorithm was demonstrated to be effective in simulating complex separation columns with typical case studies.