溶剂极性控制下的煤抽余物吸附甲烷能力研究

基于原煤和有机溶剂抽余物的等温吸附实验结果,对比分析溶剂极性与其煤抽余物吸附甲烷能力变化关系,探讨抽提溶剂极性差异对煤抽余物吸附甲烷能力控制的地球化学机理。结果表明,煤溶剂抽余物等温吸附甲烷曲线都遵循Langmuir方程,且二硫化碳(CS₂)和苯(C₆H₆)溶剂抽提作用增大了煤吸附甲烷量,四氢呋喃(THF)和丙酮溶剂抽提作用减小了煤吸附甲烷量。实验发现,煤抽余物吸附甲烷能力变化与抽提溶剂极性成负相关关系,该现象可用相似相容原理解释:CS₂和C₆H₆溶剂极性较弱,抽提出较多具有非极性结构(-CH₃和-CH₂-)的烷烃和芳烃,为甲烷在煤表面吸附增多了吸附位而增强了抽余物吸附甲烷能力,THF和丙酮溶剂极性较强,抽提出较多具有极性结构(-CHO、-OH、和-COOH)的非烃和沥青质,减少了吸附位而降低煤抽余物的甲烷吸附能力。     

Y修饰CuO/ZrO_2催化剂高效催化水煤气变换反应制氢

采用水热法制备了具有不同Y掺杂量的单分散ZrO_2纳米粒子(n(Y)/n(Y+Zr)=0-5%),并以其为载体采用沉积-沉淀法制得CuO/ZrO_2催化剂;考察了富氢气氛下上述催化剂的水煤气变换反应(WGS)催化性能。结果表明,掺杂Y后催化剂的活性明显提高,其中,载体掺杂2%Y的催化剂具有最佳的催化活性,在270℃时的CO转化率高达91.4%,明显高于研究较多的CuO/ZnO和CuO/CeO_2催化剂。X射线粉末衍射、N_2物理吸附-脱附、N_2O滴定、扫描电镜和CO程序升温还原等表征结果表明,Y~(3+)掺入了ZrO_2的晶格并对催化剂的结构和还原性能产生直接影响。Y助剂的引入一方面促进了CuO在ZrO_2表面的分散,提高了催化剂表面活性Cu-[O]-Zr物种的含量;另一方面,改善了催化剂的颗粒单分散性和织构性能。载体掺杂2%Y助剂的样品具有较高的Cu-[O]-Zr物种含量、较佳的颗粒单分散性和织构性能,且其表面的Cu-[O]-Zr物种和活性羟基具有较佳的还原性能,因而表现出较高的催化活性     

Ni-Mg复合催化剂催化裂解CH_4制氢动力学研究

基于定温热重实验,建立了甲烷催化裂解反应动力学模型和催化剂表面积炭失活动力学模型。其中,甲烷催化裂解动力学模型将初始产氢速率视为催化剂未积炭条件下的动力学基础数据;催化剂表面积炭失活动力学则基于甲烷催化裂解速率的降低。实验使用Ni-Mg复合催化剂,分别在535、585、635℃,甲烷分压10~4、2×10~4、3×10~4Pa条件下展开甲烷催化裂解动力学特性研究。结果表明,甲烷催化裂解的反应级数为0.5,活化能为82 k J/mol;Ni-Mg复合催化剂反应失活级数为0.5,催化剂失活活化能为118 k J/mol。实验条件下均制得了多壁碳纳米管。     

氮化SBA-16负载镍基催化剂的制备及其对甲烷二氧化碳重整反应的催化性能

通过软模板法合成了SBA-16分子筛,采用高温氨气氮化的方法使有序介孔硅材料中的氧原子部分被氮原子取代,得到氮化的SBA-16载体(SBA-16-N)。采用满孔浸渍法制备了镍基催化剂,并将制得的Ni/SBA-16和Ni/SBA-16-N催化剂用于甲烷二氧化碳重整反应。通过透射电镜、氮气物理吸附、X射线衍射、X射线光电子能谱和二氧化碳程序升温脱附等手段研究了载体和催化剂的结构,并利用热重分析对反应之后回收催化剂进行了表征。结果表明,高温氮化后的分子筛中掺入了氮元素,增加了载体的碱性,改善了载体对反应气体的吸附活化能力,增强了载体与金属之间的相互作用,从而提高了催化剂的活性和抗积炭性能。     

甲醇制氢铜铝尖晶石缓释催化剂的研究—不同铜源合成的影响

以拟薄水铝石为铝源,氢氧化铜、乙酸铜和硝酸铜等为铜源,采用固相法合成Cu-Al尖晶石催化剂。采用TG-MS、XRD、H2-TPR、BET和XANES等表征技术,对合成过程、产物的物相、还原性质及表层结构进行研究,并考察了甲醇重整制氢的缓释催化性能。结果表明,三种铜源都得到尖晶石固溶体,其晶粒粒径相差不大,但其比表面积(25.4-65.9 m2/g)、孔容(0.213-0.434 cm3/g)、表面结构(Cu的分布)以及还原性能有明显的差别,从而导致不同的缓释催化行为。在甲醇重整反应过程中,铜铝缓释催化剂通过反应条件下还原释放活性铜物种而起催化作用。以氢氧化铜合成的催化剂活性高,反应稳定性好,反应后生成的Cu粒子最小(6.6 nm),其表现出优异的催化性能。     

基于油藏实际的稠油层内水热催化裂解机理研究

开展了稠油层内水热催化裂解技术在胜利油田的先导实验,五口井平均周期单井增油653 t,稠油初期降黏率达79.8%,措施14周后降黏率仍大于62%。利用Brookfield DV-Ⅲ黏度计、ElementarVario EL III元素分析仪、Knauer K-700蒸气压渗透仪、Agilent 6890N气相色谱仪和EQUINOX 55傅里叶变换红外光谱仪等,对措施前后稠油的物化性质进行分析。结果表明,层内水热催化裂解后稠油黏度及平均分子量减小、轻烃含量增加、重质组分含量减少、氢碳原子比增加、杂原子含量减小。稠油层内裂解反应受催化剂体系、高温水及储层矿物因素控制,催化剂是促进稠油裂解的主要因素,供氢剂及分散剂等助剂有助于提高裂解效果,高温水的酸碱性质及储层矿物对稠油具有催化裂解作用。多因素协同作用下使稠油发生脱侧链、分子链异构、断链、加氢、开环、成环、脱硫等系列反应,使得稠油大分子分解成小分子物质,降低了稠油黏度,改善了稠油品质,证实该技术在现场应用中具有可行性。     

铈铝复合载体对钼基催化剂耐硫甲烷化催化性能的研究

采用共沉淀法、浸渍法和沉积沉淀法制备了CeO₂-Al₂O₃复合载体,比较了不同复合载体浸渍钴钼后的耐硫甲烷化催化性能,并优化了复合载体中CeO₂的含量。结合N₂物理吸附、XRD、H₂-TPR等表征手段对复合载体及其负载的钴钼催化剂进行物相和结构分析发现,在Al₂O₃中添加CeO₂可以明显提高合成气的耐硫甲烷化活性,其中,沉积沉淀法制备的25% CeO₂-Al₂O₃复合载体负载钴钼后具有最佳催化活性。     

旋转滑动弧氩等离子体裂解甲烷制氢

采用切向气流和磁场协同驱动的旋转滑动弧氩等离子体,先通过光谱分析法计算了其电子温度和电子密度,了解其物理特性,将其应用于甲烷裂解制氢,研究了进气流量和CH_4/Ar比对反应效果的影响。结果表明,该滑动弧系统电子温度为1.0-2.0 e V,电子密度高达1015cm~(-3),是介于热与低温等离子体之间的一种等离子体形式,具有独特的物理特性,可以在达到较高反应效率的同时,保持较大的处理量;在CH_4裂解制氢实验中,CH_4转化率可达22.1%-70.2%,并随进气流量和CH_4/Ar比的增大均逐渐降低;H_2选择性为21.2%-61.2%,并随进气流量的增大先基本不变后有所增大,随CH_4/Ar比的增大逐渐降低;与应用于甲烷裂解的不同形式的低温等离子体对比(如微波、射频、介质阻挡放电等)可以发现,旋转滑动弧在获得较高甲烷转化率、较高H_2选择性和较低制氢能耗的同时,还可以保持较大的处理量,即进气流量可达6-20 L/min。     

羟基磷灰石负载Ni催化剂中Ni含量对催化甲烷二氧化碳重整制合成气性能的影响

以低温沉淀方法制备的羟基磷灰石(HAp)为载体,采用浸渍法制备了一系列不同Ni含量的Ni/HAp催化剂,并采用BET、H2-TPR、XRD、SEM、FT-IR、TEM和TG-DTA技术对催化剂进行了表征。结果表明,NiO含量为13%的催化剂表现出最好的催化甲烷二氧化碳重整制合成气活性,在850℃、空速3.6×104mL/(h·gcat)的反应条件下,甲烷和二氧化碳的转化率在10 h内分别稳定在72%和83%。这主要归因于催化剂中金属和载体之间的强相互作用。虽然反应后的催化剂表面有少量的积炭,但这些积炭多以丝状炭存在,并不会影响催化剂的活性和稳定性。     

超声波辅助稠油层内催化水热裂解实验研究

将超声波应用到稠油催化水热裂解实验中,研究了超声波辅助催化水热裂解对胜利油田孤东稠油物化性质的影响。结果表明,超声波辅助作用下稠油的降黏率达到86.2%,与催化水热裂解相比,稠油的平均相对分子质量进一步减小,饱和烃和芳香烃组分含量增加,胶质和沥青质组分含量减少,稠油组分的氢碳原子比增加,杂原子含量减小。动态模拟实验中超声波辅助层内催化水热裂解效果显著,稠油采收率达到53.91%,降黏率达到80.5%。由此表明,超声波辅助催化水热裂解具有可行性,超声波与催化剂协同作用促进了水热裂解反应,一定程度上改善了稠油的品质。