焙烧温度对铁基催化剂催化浆态床F-T合成反应性能的影响

 采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了微球形Fe-Cu-K-SiO2催化剂,并考察了焙烧温度对催化剂的结构和织构性质的影响. 结果表明,催化剂具有较好的织构和结构热稳定性,粘结剂SiO2起到了分散和稳定α-Fe2O3晶相的作用. 随着焙烧温度的升高,催化剂的比表面积逐渐减小,α-Fe2O3晶粒逐渐增大,催化剂体相中的Cu和K原子向表面富集,且Cu向表面的迁移更明显; 同时,催化剂中的α-Fe2O3和CuO相发生了一定程度的离析,Cu的助剂作用减弱,使催化剂在合成气气氛下难于还原碳化. 催化剂在n(H2)/n(CO)=0.67,GHSV=2.0 L/(g·h),p=1.5 MPa和θ=250 ℃下的浆态床F-T合成反应评价结果表明,升高焙烧温度,催化剂的初活性和最高活性下降,但运行稳定性提高,而且有效地抑制了CH4的生成,明显促进了烃产物向高碳数方向移动. 反应600 h后卸载下的催化剂的形貌观测表明,催化剂的磨损主要是由化学磨损引起的,提高焙烧温度可明显改善其抗磨损性能,焙烧温度高于400 ℃时,催化剂具有较好的抗磨损性能.     

助剂Cu、K对F-T合成铁基催化剂作用的表征研究

采用连续共沉淀和喷雾干燥技术相结合的方法制备了一组Cu、K助剂单独或同时加入的微球状Fischer-Tropsch（F-T）合成铁基催化剂，借助低温N2吸附、MES、XRD、H2-TPR、CO-TPR研究了Cu和K助剂对催化剂织构、还原性能以及还原和炭化过程中的物相变化的影响。结果表明，K助剂的加入能明显提高催化剂的比表面积和铁物相在催化剂中的分散程度，增加了Fe2O3与SiO2间的相互作用；当催化剂在H2和合成气中还原时，Cu助剂的加入有利于催化剂的还原和Fe3O4的生成，在CO中还原时，Cu助剂的加入则有利于α-Fe的生成和稳定化。在H2和合成气中，单独K助剂的加入会抑制催化剂的还原或炭化，而Cu和K助剂的同时加入在H2、CO和合成气下均可使催化剂的还原或炭化能力明显提高，表明Cu和K助剂间存在一定的协同作用。     

低温等离子体协同Cu-Mn-Ce-Zr/TiO2催化降解甲苯

以TiO₂为载体,采用等体积浸渍法制备了负载型Cu_xMn_1-xCe_0.75Zr_0.25/TiO₂(x=1.0、0.75、0.5、0.25、0)负载型催化剂,采用XRD、H₂-TPR、O₂-TPD和XPS等方法对催化剂进行了表征,并通过低温等离子体协同催化剂对大流量的甲苯模拟废气进行了催化降解反应研究。结果表明,Cu和Mn单主金属催化剂的活性优于Cu-Mn双主金属催化剂,其原因是双金属催化剂中Mn的添加减弱了Cu与助剂Ce之间的相互作用,使得催化剂的晶格氧减少,低温还原性能降低。在反应初期,甲苯降解主要依赖于催化剂的活性,具有较好的低温还原性以及丰富的氧空穴和晶格氧含量的CuCe_0.75Zr_0.25/TiO₂的活性最好;Mn具有较强的O₃分解能力,当等离子体比能密度(SED)增加到一定值后,等离子体与催化剂的协同作用增强,从而使得MnCe_0.75Zr_0.25/TiO₂催化剂活性高于CuCe_0.75Zr_0.25/TiO₂,强化了甲苯的脱除。     

基于小组合作学习的“线上预习–翻转课堂–课后探究”教学模式在化工原理教学中的应用

在化工原理国家一流线上课程与线上线下混合式教学基础上,开展了基于小组合作学习的线上预习–翻转课堂–课后探究的教学探索。以化工原理精馏单元操作中的塔板数简捷计算为例,对该教学模式进行阐述。通过班级分组、布置课前思考题,引导学生带着问题开展线上预习与小组合作学习,充分发挥了学生学习的主动性,大幅提高了线上预习、线下翻转课堂的教学效果与效率。通过师生翻转课堂教学与小组合作学习,使学生掌握了解决复杂工程问题的思路与方法,培养了学生解决复杂工程问题的能力。通过课后延伸问题与小组合作,引导学生课后进行学习与探究,学生建立了比现有文献适用范围宽得多的塔板数计算方程,培养了科学研究与创新能力。化工原理教学实践表明,基于小组合作学习的“线上预习–翻转课堂–课后探究”是一种较高效、通用性较强的高等工程教育教学模式。     

粉粒流化床中松木生物质热解特性的研究

通过冷模实验考察了双颗粒流化床的流化特性。结果表明,在适宜的气速范围内,双颗粒流化床层内部可保持较好的流化状态。松木生物质在粉粒流化床反应器中的热解和催化热解实验结果表明,生物质热解时挥发分的释放存在一个最快的温度区域,生物质中约92%的挥发分在723 K时即可释放完全。773 K时,生物质热解产物中的无机气体(IOG)、低碳烃气体(HCG)和碳氢化合物液体(HCL)的收率之和只有3.1%。随着热解温度的升高,IOG、HCG和HCL的收率均逐渐增加,1 173 K时,其收率之和达到58.7%,且产物主要以CO为主。CoMo-B催化剂可有效促进生物质催化加氢热解产物的二次气相反应,在863 K下可得到6.3%,轻质芳烃化合物(苯、甲苯、二甲苯和萘)是1 173 K下非催化过程的两倍。     

“化工原理”在线开放课程的建设与教学实践

浙江师范大学“化工原理”教学团队建设了面向化学、材料、环境与药学等非化工工艺类专业、3~4学分的“化工原理”在线开放课程,录制了101个知识点的微视频,详细讲解了流体流动、流体输送机械、传热、蒸馏与吸收等单元操作,简单介绍了非均相物系的分离、传质设备、蒸发、萃取及干燥等单元操作。课程在浙江省高等学校在线开放课程共享平台上线并运行了2年。通过多所高校、千余学生学习的教学实践,发现以学生课前在线观看知识点微视频自主学习,线下翻转课堂的混合式教学模式真正地发挥了学生学习的主体作用,教师变为课堂的组织者与引导者,大幅提高了教学的质量与效果。同时,在线开放课程可以实现优质课程的互通与共享,是高等教育改革与发展的主要方向与趋势。     

浆态床F-T合成反应中反应参数对e/Cu/K/SiO2催化剂性能的影响

 用喷雾干燥法制备了微球状Fe/Cu/K/SiO2催化剂,并在不同的反应条件下对其在浆态床F-T合成反应中的催化性能进行了评价. 结果表明,反应温度和原料气H2/CO比的调变对催化剂运行稳定性的影响较大,反应初始阶段加入的液体石蜡介质对催化剂运行稳定性的影响不大. 原料气空速的增加可有效地提高反应的总烃时空产率,但同时CO转化率会明显降低,且重质烃选择性下降; 低H2/CO比的原料气有利于在保持合适的转化率的同时提高重质烃的选择性,并可明显提高总烃的时空产率; 提高系统压力可增大催化剂的催化活性,改善重质烃的选择性; 而提高反应温度尽管可明显提高催化剂活性,但同时也会促进WGS反应的发生,降低重质烃的选择性. 因此,浆态床F-T合成反应中操作参数的适当调变可使催化剂活性、产物烃分布和烃产率得到有效优化,最大限度地获得目的产物.     

铁基催化剂成型方式对浆态床费-托合成反应性能的影响

采用连续共沉淀方法制备了无定形Fe-Cu-K-SiO2催化剂,利用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了不同粒径的微球形Fe-Cu-K-SiO2催化剂.在接近反应工况的条件下对催化剂进行了浆态床费-托合成(FTS)反应性能评价,并对催化剂进行了物性表征.表征结果表明,无定形催化剂没有规整的外形和均一的粒径分布,微球形催化剂的表面光滑,球形度好,颗粒分布均匀.浆态床FTS反应评价结果表明,尽管无定形催化剂的初活性及最高活性较高,但蜡产物与催化剂的在线分离困难;随着成型时平均粒径的增大,微球形催化剂的活性降低,但失活速率减慢,烃产物选择性向轻组分方向偏移,容易实现蜡产物与催化剂的在线分离.     

钾助剂对F-T合成铁基催化剂浆态床反应性能的影响

 采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了不同K助剂含量的系列微球形Fe/Cu/K/SiO2催化剂(K/Fe质量比为0.010～0.058),采用低H2/CO比的合成气于典型的工业反应条件下(523～533 K, 1.5 MPa, H2/CO=0.67)进行了长期的浆态相F-T合成(FTS)反应性能评价. 结果表明: K助剂的添加可增大催化剂活性,提高C5+、总的烯烃、有机含氧化合物及CO2的选择性,并促进水煤气变换反应,但过高的K含量易使催化剂反应稳定性变差. 适中的K含量为K/Fe＝0.030,该K含量催化剂的660 h浆态床FTS反应性能评价结果显示,该催化剂具有较高的催化活性和C5+选择性,产物分布较合理,长期运行稳定性好,反应后卸载下的催化剂形貌观测表明该催化剂还具有较好的抗磨损性能. 除K助剂的化学效应起主导作用外,催化剂的织构性质尤其是孔结构可能对催化剂的催化性能也有一定的影响,并引起K/Fe＝0.045时铁基催化剂对FTS产物选择性和水煤气变换反应活性的部分调变.     

生物质催化热解制取轻质芳烃

以轻质芳烃苯、甲苯、二甲苯和萘(BTXN)为目的产物,采用双颗粒流化床反应器对3种木材生物质进行了热解实验. 结果表明,木材生物质的初次热解终止温度低,有利于低温催化转化. 生物质中92%的挥发分在673 K时已释放完全,且生物质在初期热解得到的焦油经过二次分解反应可以转化为其它产物,通过有效控制生物质热解二次气相反应,能够改变其产物的分布,从而获得不同的目的产物. 生物质的催化加氢热解实验结果表明,催化剂种类和热解温度对加氢热解产物收率及其分布均有影响, BTXN是热解或加氢热解过程中二次气相反应的中间产物. 为了获得高产率的BTXN, 必须选择加氢活性适度的催化剂. 当CoMo-S/Al2O3催化剂作为流化介质进行加氢热解时,在863 K时, BTXN的收率可达6 3%(干燥无灰质量基准), 而NiMo/Al2O3催化剂表现出了很强的加氢活性, CH4的收率高达99 5%.