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论文
气流床气化细渣中残炭的结构特征及燃烧特性研究
吕登攀, 白永辉, 王焦飞, 宋旭东, 苏暐光, 于广锁, 祝贺, 唐广军
2021, 49(2): 129-136  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60011-7
[摘要]  (561) [HTML全文] (561) [PDF 1331KB] (12)
摘要:
气流床气化过程中产生的细渣含碳量很高,目前多以填埋的方式进行处理,将细渣用于循环流化床锅炉掺烧有望为细渣处理提供有利的技术。本研究选用宁东能源化工基地典型气化工艺GE、OMB及GSP产生的气化细渣为研究对象,利用物理吸附仪、激光拉曼及热重分析仪等仪器,系统研究了气化细渣中残炭的结构特征与燃烧特性。结果表明,原始气化细渣中的物质可分为黏结球形颗粒、多孔不规则颗粒与孤立的大球形颗粒,而酸洗后的气化细渣多以疏松细小的颗粒和多孔不规则块状颗粒存在;细渣中残炭的孔径尺寸主要分布在4−8 nm,且比表面积与残炭的活性位点大小顺序均为:GE > OMB > GSP;GE渣中残炭结构有序度最低,无定形炭结构最多,GSP则相反;GE渣中残炭燃烧速率最快,主要是由于GE渣中残炭有较大的比表面积、较多的无定形炭结构及较高的的活性位点,且GE渣中残炭的综合燃烧指数为5.26 × 10 −7%2/(min2·℃3)。
钙改性HZSM-5分子筛对油页岩热解特性的影响研究
杨天华, 刘家兴, 李秉硕, 翟英媚, 王建, 佟勃霖
2021, 49(2): 137-144  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021033
[摘要]  (463) [HTML全文] (463) [PDF 1261KB] (4)
摘要:
采用热重质谱红外光谱(TG-MS-FTIR)联用技术和管式热解炉,探究了Ca改性前后HZSM-5分子筛对油页岩热解的催化行为,并采取BET、NH3-TPD、TG手段对分子筛进行表征。结果表明,改性前后的HZSM-5均可以显著提高C1−4脂肪烃类产物的产量,降低其析出温度。Ca改性后的HZSM-5可以降低CO2的产量。对页岩油的分析表明,改性后的HZSM-5可以提高页岩油产量,并且有效降低页岩油中脂肪链长度。但是对芳构化促进作用更强。分子筛中Brönsted酸位点对脂肪烃催化效果明显,Lewis酸位点有利于芳构化反应的发生。
工业废碱液催化煤焦加压水蒸气气化反应的研究
王会芳, 李鹏, 祖静茹, 李克忠
2021, 49(2): 145-150  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021010
[摘要]  (573) [HTML全文] (573) [PDF 852KB] (5)
摘要:
为了研究工业废碱液对煤水蒸气反应的催化作用,选取内蒙古王家塔煤(WJT),负载造纸黑液(BL)进行高压水蒸气气化性能评价。分别考察了温度和负载量对催化活性的影响,并与分析纯碳酸钠(SC)催化活性进行对比。固定床小试评价结果表明,700−750 ℃,催化剂活性随负载量增加呈先增大后减小的趋势,BL最佳负载量为3%Na,并且催化活性优于SC催化剂;温度升高,催化活性更显著。采用N2吸附-脱附等温实验考察BL对煤焦比表面积和孔结构的影响,结果表明,随着BL负载量增加到3%,煤焦比表面积和孔容都增加,从而有利于提供更多的气化活性位点,提高煤焦反应活性;随着负载量的进一步增加,催化剂过量造成堆积堵孔,导致催化剂的比表面积和孔容降低,从而降低了气化反应速率。
煤焦油沥青族组成对针状焦中间相结构的影响
林雄超, 盛喆, 邵苛苛, 许德平, 王永刚
2021, 49(2): 151-159  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021008
[摘要]  (484) [HTML全文] (484) [PDF 11135KB] (9)
摘要:
原料沥青的族组成是决定针状焦品质的关键因素。采用超声溶剂萃取对煤焦油沥青进行组分分离,并对沥青族组成进行混合再调配,以探究不同组分对生焦中间相结构形成及发育的影响并进行优化。研究表明,正己烷可溶物(HS)中含有丰富的脂肪结构,在炭化过程中过高比率的HS不利于大尺寸中间相的生成,但是适量的组分HS在炭化过程中可以调节体系黏度,维持体系足够长时间的低黏度,保证中间相可以充分的生长和发育;甲苯不溶物(TI)主要为高聚合度的稠环芳烃,可以加速中间相小球体的生成和发育,但是过量的TI组分会导致镶嵌型结构的生成,降低针状焦的品质;正己烷不溶-甲苯可溶物(HI-TS)炭化得到的生焦具有最优的光学各向异性结构,是最适宜作为针状焦原料的组分。组成为HS≈25%、HI-TS≈69%、TI≈3%−8%的精制沥青炭化后可制备出中间相结构发育良好、热膨胀系数较低的针状焦。
Co/Al2O3催化褐煤衍生模型化合物的加氢脱氧制单体烃类化合物
赵云鹏, 司兴刚, 赵薇, 曹景沛, 魏贤勇
2021, 49(2): 160-167  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021032
[摘要]  (415) [HTML全文] (415) [PDF 1154KB] (2)
摘要:
以钴铝类水滑石(CoAl-LDH)为前驱体,经焙烧和氢气还原制备了Co/Al2O3催化剂。采用X 射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段研究了前驱体及催化剂的理化性质。以2-萘基醚为褐煤模型化合物,考察了Co/Al2O3催化其加氢脱氧制单体烃的性能。结果表明,Co/Al2O3-700催化剂具有最高的加氢脱氧活性,在温度250 ℃和氢气压力2 MPa反应条件下,反应90 min时2-萘基醚完全转化为单体烃(十氢化萘和四氢化萘)。2-萘基醚先加氢生成6,6′-氧代二(1,2,3,4-四氢萘),然后断裂C−O键生成四氢化萘和5,6,7,8-四氢-2-萘酚是主要反应路径。此外,Co/Al2O3-700对褐煤衍生苄醚和苯醚模型化合物加氢脱氧同样具有很高的催化活性。
镍基催化剂催化木醋液重整制氢实验研究
梁昌明, 张安东, 李志合, 李玉峰, 王绍庆, 易维明
2021, 49(2): 168-177  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021016
[摘要]  (451) [HTML全文] (451) [PDF 2963KB] (3)
摘要:
为了实现木醋液的高值化利用,在固定床反应器中,进行木醋液催化重整制氢实验,采用浸渍法制备一系列不同Co添加量的Ni基催化剂,以产氢率、碳转化率、H2选择性和积炭量为主要评价指标,探究液时空速、反应温度、镍钴比等工况对木醋液催化重整制氢的影响,同时采用 XRF、H2-TPR、SEM及元素分析等方法对催化剂进行了表征。结果表明,液时空速增加,产气量增大,但液时空速过高会加速催化剂失活。高温有利于木醋液的催化重整制氢反应,温度到达900 ℃时,氢气产率最高。随着钴添加量的增加,反应产生的积炭降低,但氢气产率也会有所下降。因此,当液时空速为60 h−1,温度为800 ℃时,采用Ni-0.5Co/Al2O3催化剂,最适于木醋液的催化重整制氢实验。
液相体系Ru-Co3O4催化CO2加氢制甲烷过程中的溶剂效应研究
宋英健, 崔晓静, 邓天昇, 秦张峰, 樊卫斌
2021, 49(2): 178-185  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60013-0
[摘要]  (482) [HTML全文] (482) [PDF 1048KB] (2)
摘要:
采用共沉淀法制备了Ru-Co3O4催化剂,考察了其在液相体系的CO2加氢制甲烷催化性能,并与浸渍法制备的Ru基催化剂(Ru/SiO2、Ru/CeO2、Ru/ZrO2、Ru/TiO2)进行了对比,探讨了不同溶剂(水、正丁醇、1, 4-丁内酯、DMF、十氢萘、环己烷、异辛烷)对催化性能的影响规律。发现Ru-Co3O4具有较高的加氢催化活性和产物选择性,十氢萘和异辛烷作溶剂显示出良好的催化性能。在200 °C及H2/CO2 = 3∶1(v/v, 4 MPa)条件下,CO2转化率达45.6%,CH4的选择性约97%。同位素标记实验和原位漫反射红外光谱结果表明,十氢萘和异辛烷中的叔碳离子可以起到较强的供氢作用,从而提高了催化活性。
Ni(OH)2/Ni/g-C3N4 composite: An efficient electrocatalyst for hydrogen evolution
Jie ZHANG, Yu ZHAO, Ai-lian WU, Jia LI, Yu-xue WANG
2021, 49(2): 198-204  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60010-5
[摘要]  (614) [HTML全文] (614) [PDF 860KB] (7)
摘要:
The preparation of efficient catalysts in hydrogen evolution reaction (HER) is an urgent task at present. In this work, Ni(OH)2/Ni/g-C3N4 composite catalyst was prepared through liquid phase impregnation with in-situ reduction, which was used to compose the cathode with carbon paper (CP) for the microbial electrolysis cell (MEC). With the help of SEM, TEM, XRD, XPS and electrochemical analysis techniques, the structure, properties and electrocatalytic performance in hydrogen evolution of the Ni(OH)2/Ni/g-C3N4 composite were investigated. The results indicate that the Ni(OH)2/Ni/g-C3N4 catalyst exhibits excellent electrochemical activity for hydrogen evolution in the MEC. Using the Ni(OH)2/Ni/g-C3N4 catalyst, the current density reaches 100 A/cm2 at a small overpotential of 1881 mV, with a low charge transfer resistance of 10.86 Ω and a low Tafel slope of 44.3 mV/dec, which is much superior to pure g-C3N4 catalyst and CP, and even comparable to the Pt catalyst, suggesting that the Ni(OH)2/Ni/g-C3N4 composite can be a potential candidate of HER catalyst in MEC.
甲醇水蒸气重整制氢CuO/La1−xCe x CrO3 催化剂
乔韦军, 肖国鹏, 张磊, 庆绍军, 赵瑛祁, 耿忠兴, 高志贤
2021, 49(2): 205-210  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021012
[摘要]  (455) [HTML全文] (455) [PDF 971KB] (6)
摘要:
采用溶胶凝胶法制备了负载型CuO/La1−xCexCrO3催化剂,研究了A位中Ce元素掺杂量对CuO/La1−xCexCrO3催化剂结构、性质及其催化甲醇水蒸气重整制氢性能的影响。结果表明,掺杂Ce元素影响了CuO的还原性能和钙钛矿载体与CuO之间的作用力,进而影响了CuO/La1−xCexCrO3催化剂对甲醇水蒸气重整制氢反应的催化性能。其中,CuO/La0.8Ce0.2CrO3具有较好的催化性能,在280 °C、水醇物质的量比为1.2、甲醇气体空速为800 h−1的条件下,甲醇转化率达到100%。
不同制备方法对氧化铈结构及甲苯催化燃烧性能的影响
权燕红, 苗超, 李涛, 王娜, 武朦朦, 张宁, 赵金仙, 任军
2021, 49(2): 211-219  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60014-2
[摘要]  (492) [HTML全文] (492) [PDF 1338KB] (8)
摘要:
采用溶胶-凝胶-超临界干燥法、水热法及共沉淀法分别合成了氧化铈气凝胶(CeO2-A)、纳米棒(CeO2-R)和纳米片(CeO2-F)。考察了不同形貌氧化铈的催化燃烧甲苯性能,通过多种方法分析表征了氧化铈样品的微观结构,讨论了不同方法制得的CeO2形貌结构对催化性能的影响。结果表明,CeO2-R和CeO2-F比表面积较低,并且仅暴露(111)晶面,催化燃烧甲苯活性较低。CeO2-A具有高比表面积和丰富的孔道结构,有利于反应物分子的吸附,而且同时暴露(100)和(111)两种活性晶面,增加了氧空位浓度(Osur/Olatt = 0.25)。此外,CeO2-A由于表面晶格氧移动性较强,有利于Ce3+/Ce4+氧化还原的循环,加快甲苯深度氧化反应的进行。因此,CeO2-A具有更加优异的催化燃烧甲苯活性,t50t90分别为223 和239 ℃,这主要归因于其大比表面积、高暴露活性晶面以及强晶格氧迁移性。
Fe负载UiO-66协同非均相类Fenton氧化降解废气苯的研究
张婷婷, 周长松, 周梦长, 吴昊, 张振, 杨宏旻
2021, 49(2): 220-227  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021013
[摘要]  (533) [HTML全文] (533) [PDF 1387KB] (1)
摘要:
采用水热合成法制备了不同掺杂比例Fe负载UiO-66,并借助XRD、SEM、XPS等分析测试手段对催化剂物理化学特性进行分析,通过自制非均相类Fenton体系装置探究不同Fe负载量、H2O2浓度、空塔速率、反应温度等条件下对废气苯的氧化降解效率影响。结果表明,不同Fe负载量的UiO-66均具有较高的结晶度,呈不规则球状;在非均相类Fenton氧化降解苯实验中,30%的Fe负载UiO-66具有最高的苯脱除效率。EPR结果显示,Fe负载量的增大促进·OH的产生,在一定程度上促进苯的氧化降解。过高的反应温度导致H2O2不稳定,非均相类Fenton氧化降解苯的效率随温度的升高先增大后降低。
WO3增强RuO2/ZrO2表面酸性及其NH3选择性催化氧化性能研究
李粉吉, 张艳琨, 杨春晓, 张可欣, 夏福婷, 张秋林, 庞鹏飞, 王慧敏
2021, 49(2): 228-237  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021015
[摘要]  (433) [HTML全文] (433) [PDF 1673KB] (4)
摘要:
以氨的选择性催化氧化为主要研究对象,设计制备了RuO2/ZrO2催化剂和一系列不同含量WO3改性的RuO2/ZrO2催化剂。其中,RuO2/ZrO2催化剂显示出优异的催化活性和较差的N2选择性。引入5%或10%的WO3之后RuO2/ZrO2催化剂的活性不变,但是高温N2选择性显著提高,NH3在225 ℃实现完全转化。然而,当WO3的含量上升至15%和20%时,RuO2/ZrO2催化剂的催化活性稍微有所下降,且相比于RuO2/10%WO3-ZrO2、RuO215%WO3-ZrO2和RuO2/20%WO3-ZrO2催化剂的高温氮气选择性也没有进一步提升,因此,可以判断WO3的最佳含量为10%。此外,通过BET分析发现,WO3的加入能够改变催化剂的微观结构,对应的比表面积随着WO3含量的增加而增大。通过XRD、H2-TPR和XPS表征可知,WO3的引入能够改变ZrO2的晶型结构,使催化剂的稳定性增加,通过原位红外分析可知,WO3的引入使催化剂的表面酸性位点增加,较多的表面酸性位点有利于氨物种的吸附,能够抑制氨与氧气发生快速反应,避免形成较多副产物,是氮气选择性提高的关键所在。
利用固废煤矸石制备Fe/C/Mullite-基陶粒复合型吸波材料
王亚珂, 朱保顺, 力国民, 梁丽萍
2021, 49(2): 238-246  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021014
[摘要]  (466) [HTML全文] (466) [PDF 2252KB] (3)
摘要:
采用煤矸石与铝矾土作原料制备莫来石(Mullite)基陶粒;以陶粒为载体、硝酸铁为Fe源、葡萄糖为C源,借助液相合成技术结合氩气气氛中900 ℃焙烧制备Fe/C/Mullite-基陶粒复合型吸波材料。研究发现,在该颗粒状复合材料中,具有一定石墨化程度的C以层状覆盖于陶粒表面,Fe微粒较为均匀地嵌在C层的网格内。Fe微粒与石墨化C层引起的电导极化以及各组元间接触引起的界面极化均会产生明显的介电损耗,赋予材料优良的微波吸收性能。当初始溶液中硝酸铁浓度为0.1 mol/L时,样品FeCM-0.1在14.6 GHz频率处的反射损耗达到最低值−13.9 dB,有效带宽为3.6 GHz(对应的测试涂层厚度为2 mm)。
低温等离子体作用下亮氨酸转化路径的密度泛函理论研究
李月慧, 李先春, 孟繁锐, 王晴, 王焕然, 葛玉洁
2021, 49(2): 247-256  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021038
[摘要]  (458) [HTML全文] (458) [PDF 1715KB] (3)
摘要:
目前低温等离子体技术在处理固体废弃物方面已得到广泛关注,本研究基于密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-31G (d, p) 的水平上模拟计算了污泥中蛋白质模型化合物亮氨酸(LEU)在低温等离子体中的转化路径,包括脱氨优先机理、脱羧优先机理、其余C−C键断裂优先机理等七条主要路径。结果表明,亮氨酸易脱除氨基、羧基生成C5H10,再进一步分解成小分子烃。产物CO2来自羧基;生成CO的反应势垒相对较高,但CO2易在等离子体中被电离成CO从而提高CO的产量;小自由基的相互结合及其他小分子的分解生成CH4和H2。所有路径所需的能量均在低温等离子体高能电子能量的最大值范围内。
Articles
Formation of perovskite-type LaNiO3 on La-Ni/Al2O3-ZrO2 catalysts and their performance for CO methanation
Hong-wei WANG, Jun-xia WU, Xiao-yan WANG, Hong WANG, Jin-rong LIU
2021, 49(2): 186-197  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60012-9
[摘要]  (558) [HTML全文] (558) [PDF 2676KB] (6)
摘要:
The carbon deposition and sintering of Ni-based catalysts, used in CO methanation, are the main problems to be solved. In this paper, supported LaNiO3/Al2O3-ZrO2 catalyst was prepared by neutralization hydrolysis-citric acid complexation method. The effects of La-Ni loading and calcination temperature of support on the structure and catalytic activity of the catalyst were investigated. The structural evolution of catalyst precursor before and after reduction was studied via XRD, H2-TPR, BET, XPS, TEM and other characterization methods. The results showed that the catalyst supported by homogeneous Al-Zr solid solution was beneficial to form the active component with LaNiO3 structure, and the Ni0 derived from LaNiO3 was the key factor for keeping the activity at high temperature. The La-Ni loading affected the formation of LaNiO3 and the reduction state of Ni. Among the catalysts studied, 30% of the La-Ni loading was more favorable for the formation of perovskite LaNiO3. The Ni0 and La2O3 reduced from LaNiO3 were highly dispersed on the surface of the support, and the Ni0 nanoparticles were anchored by the support and La2O3, which inhibited the migration and aggregation of Ni0 particles at high temperature and thus led to high thermal stability.
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论文
工业高碳富钙型灰对准东混煤结渣特性的影响
王萌, 王毅斌, 谭厚章, 贺力海, 孙瑞, 何光, 杨建伟
2021, 49(1): 1-10  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021001
[摘要]  (473) [HTML全文] (473) [PDF 2114KB] (473)
摘要:
结合灰熔融测定、固定床和一维沉降炉实验,详细研究两种工业高碳富钙型灰(除尘灰和烘干灰)分别作为添加剂对高、低钠混煤结渣特性的影响。结果表明,原混煤在取样温度1000 ℃时已存在大量无定型硅,升高温度这些组分极易诱发低温共融反应。添入5%除尘灰后混煤煤灰的软化温度提高幅度高达100 ℃,能使混煤煤灰中CaO/SiO2质量比达到2.5,促使新相硅酸二钙和钙铝榴石生成,能够有效改善混煤的高温结渣倾向。沉降炉实验工况下探针收集灰样中主要物相均为钙铝黄长石,掺入两种添加剂后均可促使含硅物相演变为结晶矿物相,抑制非晶相含硅组分诱发的低温熔融,但添入5%烘干灰后探针表面结渣倾向改善的效果不显著。
生物质与烟煤混合灰渣黏温特性研究
吉恒松, 李振强, 周言, 戚奕, 何志霞
2021, 49(1): 11-19  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021002
[摘要]  (512) [HTML全文] (512) [PDF 1216KB] (512)
摘要:
以神华烟煤和玉米秸秆为实验原料,研究弱还原性气氛下生物质掺混量对神华烟煤的灰熔融特性和黏温特性的影响。利用XRD和SEM对灰渣的矿物质组成和微观形貌进行检测和表征。并利用热力学软件FactSage对不同温度下灰渣的物相及矿物质转化过程进行模拟计算。结果表明,随着玉米秸秆掺混量的增加,灰渣中高熔点的石英、钙长石和堇青石的含量降低,低熔点的钾长石含量增加,在玉米秸秆掺混量为20%(质量分数)时,灰渣的临界黏度温度(tcv)和最低操作温度(tlp)降到最低,此时灰渣的黏度最低,温度升高至1255 ℃时黏度值小于25 Pa·s,满足气化炉的液态排渣要求。结合Urbain均相模型和Einstein-Roscoe非均相模型,以及FactSage软件计算的不同温度下的液相含量得出适合玉米秸秆和神华烟煤混合灰渣的黏度预测经验公式。
褐煤基多孔炭/CoNi2S4复合材料的制备及电容特性研究
朱俊生, 丁晓波, 曹景沛, 张双全, 岳晓明, 胡光洲
2021, 49(1): 20-26  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60006-3
[摘要]  (452) [HTML全文] (452) [PDF 1148KB] (452)
摘要:
以宝清褐煤为原料,使用KOH溶液萃取、活化后制得煤基多孔炭,并利用简单的水热法将褐煤基多孔碳与CoNi2S4复合,制备复合电容电极材料。考察了不同碳添加量对褐煤基多孔碳/CoNi2S4复合材料电化学性能的影响,结果表明,碳添加量过高或过低都不利于复合材料比电容的提升,而碳添加量为37%的褐煤基多孔碳/CoNi2S4复合材料具有较高的比电容和良好的循环性能,该复合电极在4 A/g电流密度下,比电容达到1318.2 F/g,在4000次充放电循环后电容保持率为80.9%。
镍钴助催化剂对环烷酸钼催化煤沥青悬浮床加氢反应活性的影响
吴孟德, 李广慈, 李明时, 李学兵, 庄庆发, 陈松
2021, 49(1): 27-36  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60002-6
[摘要]  (401) [HTML全文] (401) [PDF 1746KB] (401)
摘要:
合成了钼、镍、钴的五种分散型油溶性均相催化剂,选用高压釜反应器进行悬浮床加氢催化反应,控制反应条件在370 ℃、10 MPa氢压,反应时间4 h,考察环烷酸钼加入量、钼-镍、钼-钴双金属等比例对加氢反应的影响。通过反应结果的液体收率来衡量催化体系的煤沥青加氢催化效果。综合运用了元素分析、ICP-MS、透射电镜、X射线光电子能级、四组分分析等多种分析方法,探索煤沥青悬浮床加氢反应的最优催化体系。得出最优催化体系为:2.0×10−3下,环烷酸钼&环烷酸镍(1∶1)。此体系下,液体收率达85.3%,残渣量10.6%,气体4.1%。
低阶煤与生物质混合低温共热解特性分析及对产物组成的影响
王俊丽, 赵强, 郝晓刚, 黄伟, 赵建国
2021, 49(1): 37-46  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021003
[摘要]  (383) [HTML全文] (383) [PDF 1606KB] (383)
摘要:
通过非等温热重实验和固定床实验对两种低阶煤(内蒙兴和煤、小龙潭煤)和三种比较常见的生物质(秸秆、向日葵杆、苹果树枝)的低温共热解特性进行了研究。结果表明,煤与生物质共热解是否存在协同效应与生物质种类及混合比例密切相关。对于内蒙兴和煤,秸秆和向日葵杆的加入对于共热解过程影响不显著,与苹果树枝共热解效果明显大于前两种生物质,且内蒙兴和煤与苹果树枝混合比例为2∶1时,共热解协同效果最为明显。通过固定床实验对共热解产物的研究进一步证明了苹果树枝与内蒙兴和煤共热解时协同效应的存在。焦油组分分析结果表明,焦油中含氧化合物组分含量升高,烃类含量降低,即共热解提高了焦油产率,但不能改善焦油品质。
载镧白云石催化剂对松木催化气化性能的研究
牛永红, 宋子曌, 李义科, 王文才, 温建军, 郑坤灿
2021, 49(1): 47-54  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60005-1
[摘要]  (404) [HTML全文] (404) [PDF 1441KB] (404)
摘要:
为增强白云石的催化效果,以La(NO3)3为助剂,采用浸渍法对白云石进行改性研制La/Dol催化剂,通过BET、SEM、XRD对其进行了表征。以松木燃料棒为生物质原料,La/Dol为重整催化剂,采用自制的两段式生物质气化重整试验炉对比分析了不同气化温度、不同载La量催化剂对松木屑催化气化结果的影响。结果表明,少量的La(2%)可明显促进水煤气反应的正向进行,改善催化重整效果。2-La/Dol在催化剂蒸汽流量为10 g/min,重整温度为750 ℃ 的工况下,随着气化温度的升高,产H2量显著增加,H2体积分数的最高值从28.51%(0-La/Dol)增加到41.72%(2-La/Dol)。催化剂内的La2O3促进了焦油的二次裂解,使得液相产物焦油含量明显减少,官能团数目减少,分布在白云石表面的La2O3占据了活性位点,使得碳丝不宜集聚,抑制了积炭的生成,同时存在于催化剂中的碳酸盐(La2O2CO3)亦与表面的积炭发生反应,减缓催化剂积炭问题,提高了催化剂活性和使用寿命。
Co@C催化木质素衍生酚类化合物的加氢转化
赵云鹏, 赵薇, 司兴刚, 曹景沛, 魏贤勇
2021, 49(1): 55-62  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021004
[摘要]  (478) [HTML全文] (478) [PDF 1366KB] (478)
摘要:
采用溶剂热法合成Co-MOF,然后通过一步热解法制备了Co@C催化剂。通过N2物理吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等分析手段对Co@C催化剂的结构进行了表征。探讨了Co-MOF热解温度、反应温度、初始氢压以及反应时间对Co@C催化愈创木酚加氢转化的影响。结果表明,Co-MOF和Co@C中均以介孔为主;片层结构的Co-MOF热解后变成不规则的球状,并且随着热解温度升高,Co@C的比表面积不断减小。以Co@C-600为催化剂,在反应温度180 ℃、初始氢压2 MPa、反应时间2 h的条件下,愈创木酚完全转化,环己醇的选择性为92.8%。Co@C催化愈创木酚加氢转化的主要反应路径为先通过脱甲氧基生成苯酚,进一步加氢生成环己醇。此外,Co@C-600对苯酚、对甲氧基苯酚和4-甲基愈创木酚等其他衍生酚单体也具有较好的催化活性。
焙烧温度对Ti(SO4)2/CS催化二甲醚直接氧化合成聚甲氧基二甲醚性能的影响
冯茹, 高秀娟, 杨奇, 李明杰, 张俊峰, 宋法恩, 张清德, 韩怡卓, 谭猗生
2021, 49(1): 72-79  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60004-X
[摘要]  (412) [HTML全文] (412) [PDF 2051KB] (412)
摘要:
采用等体积浸渍法制备了活性炭球(CS)负载Ti(SO4)2的双功能催化剂,考察了焙烧温度对Ti(SO4)2/CS催化剂选择氧化二甲醚(DME)直接合成聚甲氧基二甲醚(DMMx)催化性能的影响。结果表明,不同焙烧温度制备的Ti(SO4)2/CS催化剂表现出明显的催化活性差异,280 ℃焙烧的30% Ti(SO4)2/CS催化剂具有最佳性能,DME转化率为11.7%,DMM1−3的选择性达到75.8%,其中,DMM2, 3选择性在30%以上。采用SEM、XRD、Raman、TG、NH3-TPD及XPS等表征手段研究了催化剂的结构及表面性质。焙烧温度改变了活性炭球表面官能团的分布,进而影响了Ti(SO4)2的分散状态,调变了酸中心种类和数量,尤其是弱酸和中强酸的比例,使催化剂表面酸性强弱呈现不同梯度,催化剂的酸性和氧化还原性位达到比较合理的匹配,进一步促进了C−O链的增长。。
K-CuZrO2催化剂上乙醇制备2-戊酮的研究
魏玲, 曾春阳, 解红娟, 武应全
2021, 49(1): 80-87  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60008-7
[摘要]  (408) [HTML全文] (408) [PDF 1560KB] (408)
摘要:
制备了不同Cu含量的K-CuZrO2催化剂。以乙醇缩合制备2-戊酮为探针反应,考察了催化剂的催化性能并对反应机理进行了探索;采用BET、XRD、H2-TPR、CO2-TPD、TEM以及XPS等表征技术对催化剂的体相结构、性质进行了研究。结果表明,当Cu含量为9%时,乙醇转化率达到极大值(99.5%),这是由于此时催化剂中各组分分散较好,CuO-ZrO2之间存在较强的相互作用,促进了CuO的还原,使催化剂表面Cu比表面积最大;2-戊酮选择性达到最大值(35.0%),是由于催化剂表面适合缩合反应的中等强度碱性中心碱性最强。通过对反应中间物种分析,推测了K-CuZrO2催化剂上2-戊酮的形成过程:乙醇首先脱氢形成乙醛,之后两分子乙醛经缩合、分解得到丙酮,丙酮进一步与乙醛反应形成目标产物2-戊酮。
Ce改性CuZnAl催化剂上仲丁醇脱氢制备甲乙酮
李英, 马会霞, 周峰, 苑兴洲, 张磊, 张健
2021, 49(1): 88-96  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021005
[摘要]  (405) [HTML全文] (405) [PDF 1114KB] (405)
摘要:
采用共沉淀法制备了CuZnAl催化剂,并通过浸渍法将不同含量Ce引入到CuZnAl催化剂中,将其用于仲丁醇(SBA)脱氢制甲乙酮(MEK),研究了Ce改性对其催化性能的影响。结果表明,Ce的引入可以促使CuZnAl催化剂中Zn物种和Al物种发生反应,生成尖晶石(CuAl2O4)结构,有利于提高其催化稳定性;同时引入Ce能降低催化剂晶粒尺寸、提高CuO和ZnO的分散度,并使催化剂中Cu2+含量提高、还原温度降低、还原后催化剂中活性组分Cu0含量增加。Ce改性后的8%-Ce-CuZnAl催化剂对仲丁醇脱氢具有良好的活性,在240 °C、质量空速为5 h−1的条件下,SBA转化率达91.4%,MEK收率为87.74%;而且在100 h内催化活性稳定,SBA转化率保持在92%左右、MEK收率保持在88%左右。
蒸氨法制备Ni/SiO2催化剂及其在2-MF加氢制2-MTHF反应中的应用
王英文, 张雅静, 王康军, 谈立美, 陈姝颖
2021, 49(1): 97-103  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60007-5
[摘要]  (490) [HTML全文] (490) [PDF 1338KB] (490)
摘要:
以硝酸镍为镍源,碱性硅溶胶为硅源,采用蒸氨法制备了Ni/SiO2催化剂。通过XRD、N2等温吸附脱附、H2-TPR、NH3-TPD、XPS和TG对催化剂进行表征。采用固定床反应器,考察了催化剂焙烧温度及反应条件对催化剂应用于2-甲基呋喃(2-MF)气相加氢合成2-甲基四氢呋喃(2-MTHF)的反应性能。结果表明,蒸氨法制备的Ni/SiO2催化剂在焙烧后均呈现层状硅酸镍结构,还原后保持了该结构,活性组分Ni晶粒尺寸较小、金属载体相互作用较强,从而具有较高的活性。催化剂的焙烧温度影响催化剂Ni晶粒尺寸及催化剂的表面酸性。在500 ℃焙烧条件下制备的催化剂性能最佳,优化反应条件下,2-MF转化率100%,2-MTHF选择性为93.5%,反应15 h内催化性能稳定;含碳的有机物在催化剂表面沉积是催化剂失活的主要原因。
C5烃催化裂解过程中氢转移反应的研究
刘美佳, 王刚, 张忠东, 田爱珍
2021, 49(1): 104-112  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021006
[摘要]  (437) [HTML全文] (437) [PDF 1057KB] (437)
摘要:
对C5烃(正戊烷、1-戊烯)的裂解反应产物进行分析,按照理想正碳离子和自由基反应机理,正戊烷和1-戊烯裂解生成低碳烯烃(C2H4+C3H6+C4H8)的摩尔选择性分别达到50%和100%。但是使用MFI-30分子筛,在650 ℃反应条件下,正戊烷和1-戊烯催化裂解生成低碳烯烃的摩尔选择性分别为23.41%和56.79%,说明分别有26.59%和43.21%的低碳烯烃发生了氢转移反应。进一步考察了不同类型分子筛和关键反应温度对C5烃催化裂解过程中氢转移反应的影响,研究发现,小孔结构、低酸密度的分子筛和较高反应温度,可以不同程度地抑制氢转移反应,提高低碳烯烃的选择性。在650 ℃条件下,当分子筛由大孔结构、高酸量的FAU更换为小孔结构、低酸量的MFI-120时,正戊烷和1-戊烯催化裂解的氢转移系数HTC分别减小96.86%和50.58%,焦炭选择性分别由11.91%和20.77%减小到0.75%和0.89%,低碳烯烃(C2H4+C3H6+C4H8)的选择性分别由14.25%和25.14%增加到46.28%和62.58%。
低温选择性催化还原脱硝Mn-Ce/TiO2催化剂的Pb中毒与再生研究
闫东杰, 郭通, 玉亚, 陈兆辉
2021, 49(1): 113-120  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60003-8
[摘要]  (370) [HTML全文] (370) [PDF 1677KB] (370)
摘要:
考察了Pb对Mn-Ce/TiO2低温选择性催化还原(SCR)脱硝活性的影响,并对Pb中毒的催化剂进行了再生;结合氮吸附、SEM、XRD、FT-IR、H2-TPR和NH3-TPD等表征结果,研究了Mn-Ce/TiO2催化剂Pb中毒和再生活性恢复的原因。结果表明,Pb对Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝活性有明显的抑制作用;当Pb的含量为11%时,Mn-Ce/TiO2催化剂在180 ℃下的脱硝效率从原来100%下降至44%。Pb在Mn-Ce/TiO2中的掺杂使得催化剂的比表面积以及活性组分Mn4+和Ce3+的含量降低,影响了氧化还原循环反应(Mn4+ + Ce3+ ↔ Mn3+ + Ce4+)的进行;此外,Pb的加入破坏了催化剂的酸性位点,阻碍了催化剂对NH3的吸附和活化。经硝酸再生后的Mn-Ce/TiO2催化剂的脱硝活性几乎完全恢复,在80–150 ℃下其脱硝活性甚至超过新鲜未中毒的催化剂,其原因主要在于硝酸再生能恢复催化剂的氧化还原能力、增大比表面积、并形成新的酸位点。
草酸二乙酯新合成过程的热力学分析和实验验证
万思玉, 石磊
2021, 49(1): 121-128  doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021007
[摘要]  (446) [HTML全文] (446) [PDF 604KB] (446)
摘要:
报道新颖的草酸二甲酯(DMO)与乙醇(EtOH)通过酯交换路径一步合成高品质草酸二乙酯(DEO)。采用基团贡献法及Watson公式估算过程中各物质的热力学参数,并通过经典热力学公式计算在常压和温度323−368 K时合成DEO各步反应的焓变、熵变、吉布斯自由能及平衡常数。通过实验测定不同温度和原料比例下DMO转化率、产物组成和反应平衡常数并与理论估算值比较。发现实测DMO转化率与估算值误差在1%内,实测平衡常数与估算值基本一致。经过严格的实验验证,证明经热力学方法估算的热力学参数比较可靠。模拟真实催化精馏条件,以塔釜DEO纯度达99.9%为目标计算353 K时塔釜的初始原料和最终产物组成,当塔釜EtOH含量高于2.59%,初始n(EtOH)/n(DMO)大于2.10时可使DEO纯度达到指标,并显著降低整体工艺能耗,是一个高效绿色的DEO生产工艺。
Articles
The optimum conditions for methanol conversion to dimethyl ether over modified sulfated zirconia catalysts prepared by different methods
EL-DESOUKI Doaa S., IBRAHIM Amina H., ABDELAZIM Samira M., ABOUL-GHEIT Noha A. K., ABDEL-HAFIZAR Dalia R.
2021, 49(1): 63-71  doi: 10.1016/S1872-5813(21)60009-9
[摘要]  (341) [HTML全文] (341) [PDF 1266KB] (341)
摘要:
Sulfated zirconia (SZ) and two promoted 1%Mn/SZ catalysts which have been prepared via sol gel (Mn/SZ-S) and impregnation (Mn/SZ-I) methods were studied. The morphology of the catalysts was characterized by XRD, BET, NH3-TPD, ICP, SEM and FT-IR analysis. The conversion of methanol to dimethyl ether and hydrocarbons was carried out in the temperature range of 120−300 °C. The Mn/SZ-S showed the highest activity due to the high surface area with suitable acidity. The optimum condition of Mn/SZ-S catalyst was investigated at 200 °C and LHSV of 0.02 h−1 in a time range from 30 to 210 min. It was found that the total conversion decreased from 80.18% to 53.26% at 210 min. The reusability of this catalyst was studied at the optimum condition up till four cycles for 1 h. The characterization of the reused catalyst showed a significant change in the structure and surface acidity due to the blockage of the surface acid sited by carbonaceous materials.