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本期目录
2014年 第33卷 第03期 刊出日期:2014-03-05
    特约评述
    乙烯装置分离技术及国产化研究开发进展
    王子宗
    化工进展. 2014, 33(03):  523-537. 
    摘要 ( 2346 )  
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    简要介绍乙烯装置经典的分离工艺技术进展,对近年推广应用的新工艺进行了简要分析,结果表明,顺序分离技术主流程变化不大,制冷技术先后推出了二元制冷和三元制冷;前脱丙烷分离技术主流程变化较大,先后推出了先进的回收技术、适用于低压激冷低压脱甲烷工艺的全新流程组合和低能耗乙烯技术;前脱乙烷流程主流程变化不大,也没有太多的新技术推出。然后回顾了乙烯分离工艺技术国产化研究开发的思路及历程,通过近三十年的探索与攻关,先后成功开发了基于前脱丙烷的80万吨/年低能耗乙烯技术和基于顺序“渐近”的100万吨/年先进的乙烯回收工艺技术,分析评价了国产化技术的整体水平,总体技术水平已经达到国际领先水平。最后介绍了乙烯装置分离重大装备国产化的历程及业绩,通过攻关,先后实现了“三机”的生产制造国产化及大型化,冷箱的生产制造也实现了国产化并逐步大型化,配置国产化“三机”和冷箱的百万吨级乙烯装置在正常运行,技术指标达到引进装备先进水平。
    化工过程与装备
    对二乙苯生产技术评述
    盖月庭,顾昊辉,梁战桥,刘中勋,周震寰
    化工进展. 2014, 33(03):  538-541. 
    摘要 ( 1639 )  
    相关文章 | 多维度评价
    介绍了对二乙苯市场需求情况、生产技术现状及其最新研究成果,重点评述了乙苯-乙烯烷基化法、乙苯-乙醇烷基化法、乙苯歧化法、吸附分离法及吸附分离-异构化法等已经工业化的对二乙苯生产技术。通过对比分析,认为吸附分离-异构化法生产过程无副产物间二乙苯和邻二乙苯采出,生产成本最低,是生产对二乙苯最为经济有效的方法。
    空气预纯化的技术研究进展
    王浩宇1,2,刘应书1,杨雄1
    化工进展. 2014, 33(03):  542-549. 
    摘要 ( 1612 )  
    相关文章 | 多维度评价
    空气预纯化在空分设备流程中起着保障整套设备安全运行的重要作用。本文综述了近年来国内、外空气预纯化技术的研究和应用情况。指出目前目前存在的问题是:工艺流程大多通过增加均压、多塔循环等工艺步骤来提高空气预纯化效果,但系统尺寸较大、流程较复杂;吸附剂大多采用单一吸附剂、几种混合吸附剂或复合吸附剂来纯化气体,但纯化效果不理想且成本较高;吸附器大多采用立式轴向流、卧式垂直流、立式径向流等结构,通过改进气流分布器、改善分子筛布局及装填方式等提高吸附效率,但受到场地、能耗等因素限制。未来的研究重点应放在工艺流程的改进及开发新型模块式流程系统、原有吸附剂的改性及寻找新型吸附剂材料、原有吸附器结构的改进及开发新型吸附器结构等方面。
    数值模拟和优化变压吸附流程研究进展
    银醇彪,张东辉,鲁东东,张正旺
    化工进展. 2014, 33(03):  550-557. 
    摘要 ( 1391 )  
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    有效的变压吸附数值模拟和优化能够替代耗资耗时的变压吸附模化实验研究,并对新型变压吸附流程进行快速地评估。本文概述了数值模拟和优化变压吸附流程中涉及的偏微分和代数方程组,比较了一维、二维以及三维模型在描述变压吸附流程中的应用。简介了模拟变压吸附流程的数值方法,对模拟中相邻步骤边界条件的切换方式、偏微分方程组的离散形式和离散方法进行了评述。阐述了国内外变压吸附流程优化的研究进展,对优化中涉及的循环稳态定义方法、最优化算法进行了比较和分析。列举了国内外模拟和优化变压吸附在制氧、制氢、二氧化碳捕集等方面的研究实例和相关变压吸附优化的商业化软件,指出数值模拟和优化变压吸附流程目前面临的问题和未来发展的前景。
    油水两相流管道内液滴形成过程研究
    吕宇玲,何利民,丁慎圆
    化工进展. 2014, 33(03):  558-562. 
    摘要 ( 1540 )  
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    油水两相流在管道中流动时会形成多种流型,其中一相形成液滴分散到另一相中是常见的流型之一,液滴粒径及其分布会影响油水两相流的流动特性,因此液滴的形成是研究油水两相流的基础。本文研究了两种白油和水在内径25.4 mm的不锈钢管道内形成的油水两相分散流,通过高速摄像系统拍摄等动量取样装置上有机玻璃样槽中流动状态下的分散流来获取液滴的图像,捕捉有代表性的过程。研究发现,液滴形成过程中剪切破碎和碰撞聚结现象同时发生,并最终达到动态平衡,宏观表现为两相流系统流动参数达到稳定,得到了液滴剪切破碎、碰撞聚结和形成稳定液滴的时间以及各过程中的液滴特性和泵对形成稳定液滴时间的影响。实验结果表明,泵的存在对油水两相分散流的特性有较大影响。
    内螺纹管内金属氧化物-水纳米流体传热特性的数值模拟
    孙斌,赵朝
    化工进展. 2014, 33(03):  563-567. 
    摘要 ( 1357 )  
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    利用计算流体力动力学方法对恒定热流密度内螺纹铜管中的Fe2O3-水和Al2O3-水纳米流体的换热特性进行数值模拟,分析了纳米流体的质量分数、Re数和管道的不同水平位置对对流换热系数的影响,并将模拟结果与实验结果进行了对比,得到的模拟结果与实验结果趋于一致。模拟结果表明:在Re数为1000~2000的范围内,内螺纹铜管的径向与轴向方向上,Fe2O3-水纳米流体的传热效果好于同等质量分数的Al2O3-水纳米流体,轴向方向上,当Al2O3-水纳米流体的质量分数为0.4%时,对流换热系数最大提高38.8%。Fe2O3-水纳米流体的质量分数提高0.3%时,对流换热系数最大提高26.5%,而Re数变化对对流换热系数的影响要更强一些,最大提高78%。Fe2O3-水和Al2O3-水纳米流体的对流换热系数增长趋势的最佳质量分数在4%左右。
    萃取法脱除重油催化裂化柴油中的酸性组分
    李瑞丽,李波,刘瑛
    化工进展. 2014, 33(03):  568-572. 
    摘要 ( 1552 )  
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    用溶剂萃取的方法对重油催化裂化柴油进行脱酸精制研究。首先用单一溶剂糠醛、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲醇、聚乙二醇进行脱酸效果对比并对溶剂进行筛选,然后考察了复合溶剂的脱酸效果,最终选定糠醛和N,N-二甲基甲酰胺为最佳复合溶剂。考察了复合溶剂配比、剂油比、萃取温度和萃取时间等因素对脱酸效果和精制油收率的影响,加入聚合氯化铝作为助剂可提高精制油收率。实验得到的最佳精制条件为:复合溶剂最优配比糠醛/N,N-二甲基甲酰胺为2 g/g、剂油比1 g/g、精制温度35 ℃、精制时间10 min、助剂加入量2.0%、静置时间15 min。结果表明,在最佳萃取条件下,得到产品酸度为4.2 mgKOH/100 mL符合普通柴油GB 252—2011的要求,且产品收率达到89.8%。复合溶剂萃取精制解决了柴油碱洗脱酸易乳化、单一溶剂萃取脱酸效果差的问题,同时大大降低了溶剂的使用量,并对复合溶剂进行回收利用,缩减了工艺成本。
    乙炔氢氯化反应体系热力学分析
    王雷1,2,沈本贤1,程晓光1,任若凡1,2,肖卫国2,赵基钢1
    化工进展. 2014, 33(03):  573-576. 
    摘要 ( 1636 )  
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    对乙炔氢氯化反应体系主反应与副反应的热力学性质进行了计算。采用Aspen Plus11.1中的Gibbs反应器模块并结合Sensitivity工具对单一产物、不考虑聚合反应与考虑聚合反应3种情况下各产物在90~420 ℃下的平衡收率进行计算。结果表明:从热力学角度讲,各反应均为强放热反应,标准状态下能自发进行;210 ℃以下各反应单独进行时均能达到接近100%的转化率,随温度升高,各反应乙炔平衡转化率逐渐降低且非聚合副反应降低的最快;当考虑非聚合副反应时,氯乙烯收率仍能达到97%以上;但当考虑聚合反应时,氯乙烯收率最高仅为0.6%,主要生成氯丁二烯。表明生成的氯乙烯容易与乙炔发生串联聚合,实际反应过程中应及时将氯乙烯移除,并避免乙炔过量。反应过程中应考虑催化剂的积炭失活因素,降低积炭。
    集中式提纯器的设置与具有中间等级氢气网络的优化
    梁肖强1,刘永忠1,2,张亮1
    化工进展. 2014, 33(03):  577-582. 
    摘要 ( 1261 )  
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    氢气系统的集成与优化对于炼厂合理配置氢气资源和降低生产成本具有重要意义。针对具有中间等级氢气分配网络系统,本文提出了先确定中间等级状态再设置集中式提纯器的氢气网络分步优化模型,分析了在具有中间等级氢气网络中优化设置集中式提纯器的策略,并通过实例阐明了本文所提出方法的有效性。研究表明:对于具有中间等级的氢气网络系统,集中式提纯器应设置在氢源与中间等级之间,本文所提出的优化方法不仅使氢气网络结构具有可扩充性,而且可降低氢气公用工程的用量,减少炼厂的用氢费用。
    苯酚与叔丁醇烷基化反应的热力学研究
    袁海宽1,2,张天骏1,任杰1,2,楼寅山1
    化工进展. 2014, 33(03):  583-589. 
    摘要 ( 1781 )  
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    采用热力学计算方法研究了苯酚与叔丁醇烷基化反应热力学,研究结果表明,苯酚与叔丁醇烷基化反应是自发进行的放热反应,反应热效应和反应平衡常数均随着温度升高而减小。在相同的温度下,与苯酚羟基上成醚反应相比,苯酚C上烷基化反应的自发进行趋势和反应平衡常数均较大。苯酚C上烷基化反应中,三取代反应的自发进行趋势和反应平衡常数均最大,二取代反应居中,一取代反应最小。与气相反应相比,液相烷基化反应放热量较大,其自发进行趋势和反应平衡常数均较大,反应以液相进行更有利。
    喷嘴角度对循环流化床脱硫工艺塔内流动特性影响的数值模拟
    李少华1,马文娥2,王虎1
    化工进展. 2014, 33(03):  590-594. 
    摘要 ( 1423 )  
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    循环流化床脱硫工艺(CFB-FGD)是一种国际上新兴起的用于锅炉尾部烟气、先进的半干法烟气脱硫技术,由于建立脱硫实验台成本较高,为了改进循环流化床脱硫塔内喷嘴布置角度所造成的脱硫塔内区域不均匀气流场,本文采用拟均相模型对脱硫塔内的流场进行了数值模拟计算,讨论了喷嘴布置角度(?30°、0°和30°)对脱硫塔内气液固三相流场的影响机理,结果表明:3种喷嘴布置角度下,喷嘴呈?30°布置时,脱硫塔内的流场不均匀性降低,脱硫剂颗粒体积分数分布较均匀,有利于气液固三相的混合,有利于脱硫塔内化学反应的进行。
    3-氯-4-甲基苯基异氰酸酯装置光气回收系统优化设计
    毕荣山,李明
    化工进展. 2014, 33(03):  595-598. 
    摘要 ( 1592 )  
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    传统冷凝回收3-氯-4-甲基苯基异氰酸酯(CMPI)生产装置尾气的方法具有以下不足:不能保证光气完全回收,而一旦光气进入尾气破坏系统,不仅会增加产品的成本,而且还会降低系统安全性、增加碱液消耗和废水排放;文献中研究的甲苯二异氰酸酯装置的尾气回收系统,由于反应条件的不同,不能适用于常压CMPI装置。本文以年产2000 t CMPI常压反应装置为例,对其光气回收系统进行了模拟分析和优化设计,确定了满足工艺要求的最佳理论塔板数为12,最佳吸收剂甲苯用量为780 kg/h。对常压装置与高压装置光气回收系统进行了比较,认为常压装置的光气回收系统需要更多的吸收剂用量,但是不需要在塔中增加中间冷却器,并给出了理论上的解释。考虑异氰酸酯生产工艺的共性,本文研究结论可以推广应用于其他类似异氰酸酯装置。
    综合考虑泵的设备及运行费用的换热网络优化
    吴敏,肖武,贺高红
    化工进展. 2014, 33(03):  599-604. 
    摘要 ( 1453 )  
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    流体流经换热设备产生的压降是影响换热网络综合的重要因素,且压降会对整个换热网络系统的稳态运行造成影响。因此在进行换热网络综合时,泵的设备购置费、运行泵的能耗费用需同换热设备费用和公用工程费用同时进行考虑。本文基于有分流的非等温混合分级换热网络超结构模型,并且去除流股给热系数为常数的假设,将流股的给热系数作为流股流速的函数,以换热网络最低年总费用作为本文数学模型的目标函数,综合考虑泵的设备购置费用和泵运行时的能耗费用,建立了一个换热网络同步综合的MINLP数学模型。采用改进的拟并行的遗传/模拟退火算法对该数学模型进行求解,可获得最优的压降值及最优流股给热系数下的换热网络结构。最后,通过具体的算例证明了模型的有效性和可靠性,达到了既简化换热网络结构又降低了年总费用的目标。
    具有双出口再生单元再生循环水网络的优化
    史春峰,邓春,冯霄
    化工进展. 2014, 33(03):  605-610. 
    摘要 ( 1521 )  
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    污水循环回用,提高污水的重复利用率,是实现节水优化的有效途径。再生后浓度是影响污水回用再生系统新鲜水用量、操作费用的关键因素。随着处理深度的增加,再生水的水质不断上升,可匹配的水阱增加,但污水的回用成本不断上涨,再生率也相应下降,可回用水量减少。本文提出双出口再生单元再生后浓度与再生率、回用成本关系的关联模型,并求解具体的案例说明具有双出口再生单元再生循环水网络的优化设计步骤。采用改进的问题表法,确定不同再生后浓度下具有双出口再生单元再生循环水网络的目标值。综合考虑新鲜水量和操作成本,确定最优再生后浓度,并对水网络进行优化。计算实例表明,本文建立的方法是可行的。工业实例分析,石化企业雨排水处理回收利用项目考虑了再生率与再生后浓度关系,比较两种方案的节水量,以便指导方案的选择。
    基于盲源分离的往复泵液力端故障机理
    沈科君,裴峻峰,贺超,黄显茹
    化工进展. 2014, 33(03):  611-616. 
    摘要 ( 1233 )  
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    往复泵在石油石化行业应用十分广泛,常常在高压环境下输送大密度、高黏度以及高含砂量的液体。泵阀是往复泵液力端最易损坏的部件之一,它的运行状态能直接影响着往复泵的容积效率和工作可靠性。本文针对BW-250型往复泵液力端泵阀弹簧断裂、阀盘磨损和活塞磨损这三类故障进行失效分析,通过在泵阀上安装加速度和位移传感器对泵阀状态进行实时监测,并对阀内外测得的振动信号进行量化对比分析,采用盲源分离技术提取故障特征信号。结果表明,BW-250型往复泵液力端活塞磨损的加剧导致泵阀吸入和排出压力不稳定,进而导致阀盘和弹簧故障的加剧,初步揭示了BW-250型往复泵液力端关键部件故障萌生和演化、发展的特点和规律,这对于往复泵液力端故障机理研究工作的进一步推进,提高易损件使用寿命具有重要意义。
    顶吹气泡在两相间运动的形变过程对熔池搅拌效果的影响
    杨濮亦1,王冲1,2,王仕博1,朱道飞1,王华1,刘泛函1,熊靓1,黄梅1
    化工进展. 2014, 33(03):  617-622. 
    摘要 ( 1468 )  
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    针对云铜艾萨熔炼体系中贫化电炉柴油喷枪混合氮气顶吹熔池搅拌的优化,开展了两相分层液体浸入式气体顶吹的实验研究。实验结果显示:当顶吹喷枪插入熔渣层深度为熔渣层厚度2/3时即插入冰铜层深度大于冰铜层厚度的1/2时,气泡在二者中的运动符合传统的气泡在单一黏性液体中运动的规律;当气泡生成于渣层和冰铜层的分界面及冰铜层中时,在黏滞力的作用下气泡上升运动会将冰铜带入到渣层中;当喷枪口位于冰铜层后,气泡穿越两层流体的分界面后会形变成气泡刚刚产生时的球形,且冰铜被气泡带入到熔渣中的量同气泡在分界面之前的形变量成正比。
    能源加工与技术
    焦化轻油制备高辛烷值汽油调和组分
    申曙光,任云朋,张东峰,范济民,赵志军
    化工进展. 2014, 33(03):  623-628. 
    摘要 ( 1325 )  
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    以焦化轻油为原料,通过精馏脱除苯,预加氢采用NiMo/γ-Al2O3脱除不饱和组分,主加氢在CoMo/γ-Al2O3作用下完成脱硫来制备高辛烷值汽油调和组分。比较了先精馏后加氢和先加氢后精馏两种工艺对产品中苯、硫含量和辛烷值的影响,确定了最佳工艺。在此基础上,探讨了工艺参数对加氢脱硫的影响,最优的工艺条件为:温度300 ℃、压力3.0 MPa、氢油比900∶1、液体空速0.4 h?1。在此工艺条件下脱硫率为98.73%,产物中苯含量0.96%和硫含量36 mg/kg均符合车用汽油国家标准Ⅳ的要求;此外,加氢产品的氮含量为87 mg/kg,溴价为0.45,辛烷值达112.1,焦化轻油经本工艺处理后可作为高芳高辛烷值汽油调和组分。
    不同温度下微生物燃料电池的运行特性
    赵煜,薄晓,马彦,王俊文,王彦平,李婷,刘平,常瑜
    化工进展. 2014, 33(03):  629-633. 
    摘要 ( 1517 )  
    相关文章 | 多维度评价
    实验采用双室型微生物燃料电池(MFC),以生活废水中厌氧菌作为生物催化剂,葡萄糖为燃料,通过5个不同温度条件下的间歇运行,应用循环伏安、交流阻抗、极化测试等电化学方法考察温度对电池产电性能的影响。结果表明,一定温度范围内,提高温度有助于增强微生物的电化学活性,降低传荷阻抗,提高电池输出功率密度和交换电流密度。32 ℃时,电池产电效能最佳,电池功率密度和交换电流密度分别达到156.2 mW/m2和8.02×10?5 mA/m2,温度太低或太高均不利于细菌的电化学活性。体系温度为18 ℃、25 ℃、32 ℃、39 ℃、46 ℃时,传荷阻抗Rct在阳极内阻中占的比例分别为97.99%、84.02%、47.36%、91.30%、99.61%,说明传荷阻抗在阳极内阻中占绝对份额,MFC是传荷过程控制下的电化学反应体系。
    超声波-微波辅助柠檬酸催化纤维素水解条件
    王霞,吴玉娥,颜洁,陈仕学
    化工进展. 2014, 33(03):  634-637. 
    摘要 ( 1643 )  
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    以柠檬酸为催化剂,采用超声波-微波相结合的辅助手法对自制稻草纤维素进行了水解研究。以还原糖得率为指标,在单因素试验的基础上,通过3因素3水平的正交试验考察了酸浓度、超声波处理时间和微波加热时间对指标的影响。对实验结果进行了极差分析和方差分析,结果表明,最佳反应条件为:柠檬酸浓度20%、超声波处理90 min、微波500 W加热30 min,此时还原糖得率最高,达64.46%。对稻草纤维素原料和水解残渣进行了红外表征,结果显示,水解残渣仍以纤维素的形式存在,可重新水解,提高原料利用率。
    不同碱金属乌桕油皂微波极化脱羧成烃类燃料的工艺
    王允圃1,2,刘玉环1,2,阮榕生1,2,温平威2,马雯1,2,万益琴1,2
    化工进展. 2014, 33(03):  638-642. 
    摘要 ( 1373 )  
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    不饱和脂肪酸盐微波极化条件下更容易脱羧成烃,本研究分别以氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾皂化乌桕油,以不同碱金属乌桕油皂化物和乌桕油为研究对象,在恒定的微波功率下裂解脱羧成烃,通过GC-MS等分析裂解产物,微波能选择性地加热乌桕油皂羧基端,不饱和键在微波极化过程中与碳负离子中间体形成P-?共轭体系,使裂解反应(脱羧、端烯化、异构化和芳构化等)顺利进行。皂化物极性越大,升温速率越快,液体烃类产率越高,脱羧效果越明显,裂解液体的密度为0.825~0.865 g/cm3,黏度为2.10~2.55 mm2/s,与柴油的性质非常相似,从而证明微波极化乌桕油皂脱羧制烃类燃料的可行性。
    烘焙稻壳与不同煤化程度的煤共热解特性
    王燕杰,应浩,孙云娟,江俊飞,余维金,许玉
    化工进展. 2014, 33(03):  643-650. 
    摘要 ( 1610 )  
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    稻壳在250 ℃/30 min条件下烘焙后,与无烟煤、烟煤和褐煤3种不同煤化程度煤进行不同比例的混合,混合物分别进行热重分析和高温共热解特性研究。结果表明:热重分析中,添加烘焙稻壳有利于提高无烟煤和烟煤的转化率,其提高率低于5%,但是不利于提高褐煤的转化率;高温共热解实验中,随着烘焙稻壳添加比例的提高,无烟煤和烟煤与烘焙稻壳共热解固体产物减少,气体产物增加,而褐煤与烘焙稻壳共热解固体产量增加,气体产量略有下降;烘焙稻壳的添加有利于共热解产气中H2组分的增加和CO2组分的减少,通过改变烘焙稻壳在混合物中的比例可以对共热解气体组分进行调节。
    秸秆灰对煤焦气化反应性的影响
    邢康,唐庆杰,练佳佳,张立恒
    化工进展. 2014, 33(03):  651-654. 
    摘要 ( 1329 )  
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    钾、钙对煤焦气化反应性具有重要影响,秸秆灰中含有丰富的钾、钙。以神木煤为制焦原料,通过STA409PC同步热分析仪研究了秸秆灰对煤焦气化反应性的影响,并通过测定煤焦的碘吸附值对其比表面积及孔隙结构进行了分析。结果表明:煤与玉米秸秆共焦化所得煤焦的气化反应性明显优于单独煤焦,且与玉米秸秆的添加比例有关;采用脱灰玉米秸秆与煤共焦化所得煤焦的气化反应性与单纯煤焦相近;将与玉米秸秆等效的秸秆灰添加到煤焦中,煤焦的气化效果明显优于等效玉米秸秆与煤共焦化所得煤焦。煤焦碘吸附值测定结果表明,脱灰秸秆与煤共焦化所得煤焦的碘吸附值最大,单纯煤焦的碘吸附值最小,说明玉米秸秆及秸秆灰对煤焦的比表面积及孔隙结构具有重要的影响,与煤焦的气化反应性评价结果基本一致。
    工业催化
    烃类分子在分子筛中扩散行为研究进展
    李丽媛1,2,陈奕1,许中强1,周健1,2,王仰东1,贺鹤勇2,杨为民1
    化工进展. 2014, 33(03):  655-659. 
    摘要 ( 1181 )  
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    综述了分子在分子筛中的扩散行为及研究进展,包括分子筛的结构与扩散、扩散系数的测量方法和原理等,概括了孔道结构、分子吸附量、活性位及共存组分等影响因素对扩散的影响。在目前的研究中,不同测量手段所得的扩散系数存在较大差异,且催化反应条件下的扩散研究存在一定难度,指出建立统一的扩散测量标准及研究分子在催化反应条件下的扩散行为是未来的发展方向。
    卤氧化铋光催化剂的研究进展
    王燕琴,瞿梦,冯红武,程小芳
    化工进展. 2014, 33(03):  660-667. 
    摘要 ( 1820 )  
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    卤氧化铋BiOX(X=Cl,Br,I)因其独特的层状结构和适合的禁带宽度,在可见光下表现出很好的光催化活性,成为近年来新型光催化剂的研究热点之一。本文概述了国内外对卤氧化铋光催化剂的研究动态和发展成果,从结构角度总结了BiOX材料的制备和设计。卤氧化铋材料的结构维度直接关系到它的比表面积、吸光能力、吸附性能和载流子迁移速率,从而影响其性能和作用。通过掺杂、负载、构建异质结等改性方法,提高了卤氧化铋的光催化性能,并简单叙述了卤氧化铋光催化剂的固定化。最后指出通过制备方法、能带结构及催化机理的深入研究,实现催化剂制备-结构-性能的可调控化,以拓展其应用领域是卤氧化铋光催化剂未来的研究 方向。
    助剂钾对镍基催化剂性能影响研究进展
    王东旭,肖显斌,高静,詹芳蕾,覃吴,董长青
    化工进展. 2014, 33(03):  668-672. 
    摘要 ( 1436 )  
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    镍基催化剂是生物质气化及焦油转化过程中活性最高的催化剂之一,但容易因积炭失活影响寿命,降低制氢过程的经济性。添加助剂不仅可以有效提高催化剂的抗积炭能力,还可以提高催化剂的稳定性。本文综述了助剂钾对镍基催化剂抗积炭能力及反应活性的影响,分析了助剂钾影响积炭生成和积炭气化的机理。助剂钾能够提高镍基催化剂的抗积炭能力,抑制催化剂的烧结,提高催化剂的稳定性。未来的研究方向是进一步考察助剂钾的种类、添加方式对镍基催化剂的抗积炭能力及焦油转化活性的影响与本质原因,以制备出具有高活性、高抗积炭能力、长寿命的生物质气化镍基催化剂。
    ZrO2-Al2O3复合载体对镍基催化剂甲烷化性能的影响
    杨霞,田大勇,孙守理,孙琦
    化工进展. 2014, 33(03):  673-678. 
    摘要 ( 1504 )  
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    采用分步浸渍法制备了不同ZrO2载量的Ni/ZrO2-Al2O3催化剂,利用N2物理吸附、X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、H2程序升温脱附(H2-TPD)、程序升温氧化(TPO)等手段对催化剂的结构进行表征,并考察了其在低H2/CO比(H2/CO约为1)下CO甲烷化的催化性能。结果表明,ZrO2助剂可削弱NiO与载体Al2O3间的相互作用,抑制镍铝尖晶石的生成。适量ZrO2的引入有助于提高活性组分Ni的还原度和分散度,对催化剂的甲烷化性能有促进作用。通过分析反应后催化剂上的积炭性质,发现ZrO2的加入能有效地抑制低活性碳物种的生成,提高催化剂的抗积炭能力,从而改善催化剂的稳定性。
    二氧化钛/氧化石墨烯复合光催化剂的合成
    董如林,莫剑臣,张汉平,姜苏,陈智栋,金长春
    化工进展. 2014, 33(03):  679-684. 
    摘要 ( 1911 )  
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    采用水热法,以钛酸四正丁酯及氧化石墨烯(GO)为原料,在水性体系中合成了一系列具有不同GO质量分数的TiO2/GO复合光催化剂。FE-SEM分析结果表明,分散的钛酸四正丁酯以多分子层的形式吸附到氧化石墨烯的表面,最后在水热过程中转化为锐钛型TiO2粒子。当氧化石墨烯的质量分数低于3%时,产物中含有纯TiO2微球及TiO2/GO复合物;当氧化石墨烯质量分数大于5%时,产物为单纯的TiO2/GO复合物。电化学性能测试结果表明,GO复合后,TiO2电极中载流子的传输效率提高。氧化石墨烯复合量为10%时,复合光催化剂显示了对亚甲基蓝最佳的光催化活性。当复合氧化石墨烯转化为石墨烯后,其光催化活性可得到进一步大幅度的提高。
    H6P2W18O62/C催化合成环己烯
    曹小华1,王原平2,徐常龙1,占昌朝1,雷艳虹1
    化工进展. 2014, 33(03):  685-688. 
    摘要 ( 1427 )  
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    以活性炭为载体,用浸渍法制备出负载型Dawson结构磷钨酸(H6P2W18O62/C)催化剂,通过FT-IR和SEM对催化剂进行表征,以环己醇脱水合成环己烯为探针反应,考察催化剂的酸催化性能。实验结果表明,H6P2W18O62/C表现出良好的催化活性。在优化反应条件下:w(H6P2W18O62/C)=6.2%(基于环己醇质量),反应温度为180 ℃,反应时间为40 min,环己烯收率可达89.1%,催化剂重复使用5次后,收率仍可达80.3%。
    特约评述
    导电聚合物基超级电容器电极材料研究进展
    冯辉霞,王滨,谭琳,雒和明,张德懿
    化工进展. 2014, 33(03):  689-695. 
    摘要 ( 1547 )  
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    导电聚合物是一类重要的超级电容器电极材料。本文介绍了导电聚合物基电极材料的工作原理、优势及不足。在此基础上,介绍了目前为克服该类电极材料性能不足所做的相关研究工作,回顾了该类材料的研究现状。最后提出今后该类材料的研究重点是改善导电聚合物微观形貌、构建三维导电聚合物基电极复合材料及对该类材料制备工艺的优化等方面。
    材料科学与技术
    超临界二氧化碳相转化技术制备组织工程支架研究进展
    杨丁柱1,陈爱政1,2,王士斌1,2
    化工进展. 2014, 33(03):  696-702. 
    摘要 ( 1364 )  
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    组织工程支架是组织工程研究的关键要素之一。然而,传统制备方法存在操作条件复杂或有机溶剂残留量高等问题。本文基于超临界二氧化碳相转化技术操作条件温和、可以将相分离与干燥过程合二为一、有效地去除有机溶剂等优点,简要介绍了超临界二氧化碳相转化技术中应用的组织工程支架材料,具体阐述了制备出具有致密无孔结构、孔洞结构以及三维纳米纤维结构的组织工程支架的研究进展。随后对其目前存在的不足,如该项技术缺少系统的理论研究、部分制备出的支架不利于传质、负载生长因子和细胞粘附等问题提出了可能的解决方案。最后对超临界二氧化碳相转化技术制备具有类似细胞外基质结构和功能、孔洞相互贯通、微观粗糙纳米纤维表面的组织工程支架进行了展望。
    羟肟酸类化合物的合成与应用研究进展
    唐清1,2,钟宏1,2,王帅1,2,彭静1,2
    化工进展. 2014, 33(03):  703-709. 
    摘要 ( 1904 )  
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    羟肟酸类化合物具有配位活性良好的羟肟基,可以与多种金属离子形成稳定的螯合环,是一类高活性螯合剂,具有广泛的应用价值。本文介绍了羟肟酸类化合物的结构特征与化学性质;综述了羟肟酸及羟肟酸高分子的合成方法,介绍了羟胺法合成技术的国内外研究进展;同时详述了羟肟酸类化合物在医药、金属矿物浮选、冶金领域中的应用新进展,认为应深入研究羟肟酸类化合物与矿物的作用机理,以拓宽其在矿物浮选中的应用范围。最后指出羟肟酸类化合物存在新型产品少、生产成本高和具有低毒性等问题,在未来的研究中应向设计合成新型、高效、绿色的羟肟酸类化合物方向发展。
    固相反应法制备纳米ZnO及其晶粒生长动力学
    张帅国,米杰,尚素利,上官炬,武蒙蒙
    化工进展. 2014, 33(03):  710-713. 
    摘要 ( 1415 )  
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    以乙酸锌和草酸为原料,采用低热固相化学反应法制备纳米氧化锌的前体,通过微波和马弗炉两种焙烧方式焙烧制备得到纳米氧化锌,考察了焙烧温度和时间对纳米氧化锌粒径的影响。使用透射电镜、热重-差热、傅里叶变换红外光谱仪和X射线衍射仪对前体和纳米ZnO进行表征;采用晶粒生长动力学唯象理论计算得出纳米氧化锌在这两种焙烧方式下的晶粒生长动力学规律。结果表明,前体为ZnC2O4?2H2O,随着焙烧温度的提高,纳米氧化锌晶粒迅速长大,在相同焙烧温度和时间下,微波焙烧氧化锌的晶粒尺寸要明显大于常规焙烧方式。微波焙烧和常规焙烧下氧化锌的晶粒生长平均动力学指数分别是6.114和6.858,晶粒生长的平均活化能分别为70.67 kJ/mol和52.13 kJ/mol。
    用六水氯化镁制备高纯镁砂工艺
    谢垚1,2,3,陈镇3,吴玉龙3,杨明德3,魏丽乔1,2,丁冉冉3
    化工进展. 2014, 33(03):  714-719. 
    摘要 ( 1590 )  
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    研究了以MgCl2?6H2O为镁源,Na2CO3为沉淀剂,在反应温度为35 ℃的条件下,通过恒流进料,制备出高纯镁砂的前体。由XRD表征结果可知:前体的主要成分为二水合碳酸镁(MgCO3?2H2O)。在800 ℃温度下,将前体煅烧2 h,得到高纯度、粒径分布均匀的活性MgO颗粒。后续高温真空烧结致密化的过程中,与果壳、焦油活性炭相比,当椰壳活性炭作为第二相添加剂时,高纯镁砂的气孔率降低和体积密度提高效果最为明显。对比可知,椰壳活性炭的添加量为0.03%~0.05%时效果最优,经1600 ℃真空烧结5 h得到烧结镁砂的体积密度高于3.4 g/cm3,纯度高于98.5%。
    纳米二氧化铈的制备及光催化性能
    耿九光,臧文杰,李毅,陶建强
    化工进展. 2014, 33(03):  720-723. 
    摘要 ( 2565 )  
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    介绍了一种以双氧水氧化硝酸铈[Ce(NO3)3],并用氨水沉淀制备纳米二氧化铈粉末(CeO2)的方法,用扫描电镜(SEM)观察了产物的颗粒形貌和粒度,分析了其制备过程中影响微观形态的因素。通过尾气降解试验装置研究了纳米CeO2对汽车尾气中的有害气体(HC、NOx)的光催化降解效能。结果表明:当Ce(NO3)3浓度为2.0 mol/L,氨水浓度为1.0 mol/L,选用乙醇和乙二醇为分散剂时,制备的球形纳米CeO2粒度在50 nm左右且分散性良好,对HC、NOx气体降解率可分别达12%和90%,具有良好的光催化性能。
    生物与医药化工
    乙醇浓醪发酵技术研究进展
    张强,韩德明,李明堂
    化工进展. 2014, 33(03):  724-729. 
    摘要 ( 1490 )  
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    乙醇浓醪发酵具有高细胞密度、高产物浓度和高生产速率等特点,是乙醇工业的发展目标和方向。采用乙醇浓醪发酵技术,具有节约工艺用水、提高设备利用率、降低能耗等优势,是提高乙醇发酵工业效益的重要途径。研究乙醇浓醪发酵具有十分重要的现实意义。本文综述了乙醇浓醪发酵技术研究进展,介绍了乙醇浓醪发酵定义、优势以及影响乙醇浓醪发酵的因素。指出降低发酵醪液黏度、筛选高耐性酿酒酵母、改变发酵工艺模式、添加适宜酶制剂以及营养物质是实现乙醇浓醪发酵技术的主要途径,其中筛选高耐性的酿酒酵母是实现乙醇浓醪发酵技术的关键。
    冰温保存肾表皮细胞及其渗透特性的实验研究
    梁飞1,诸凯1,2,王雅博1
    化工进展. 2014, 33(03):  730-736. 
    摘要 ( 1198 )  
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    以肾表皮细胞为研究对象,利用显微镜图像分析方法,研究了其在不同温度、不同渗透压下的渗透特性,其中包括细胞的非渗透体积、细胞膜对水和低温保护剂的渗透系数等。结果表明,在等渗溶液中,细胞的平均等渗体积Viso=2472.58 μm3;细胞体积随溶液渗透压的变化规律符合Boyle van’t Hoff 关系式,利用最小二乘法对实验数据进行线性拟合处理,得到非渗透体积Vb=0.22Viso;观察细胞在高渗低温保护剂溶液中的渗透响应,利用两参数模型,得到了不同温度下在二甲基亚砜、乙二醇、甘油溶液中肾表皮细胞对水的渗透系数(Lp)、对低温保护剂的渗透系数(Ps)及活化能(Ea);通过对细胞在冰温和常温下进行保存,测量细胞的存活率,得到了针对肾表皮细胞的最佳保存温度。基于上述结果,说明冰温保存细胞的方法在低温保存领域具有良好的应用前景。
    3株厌氧产电菌的分离与特性
    邹然1,朱葛夫1,张净瑞1,刘紫璇2,刘超翔1,黄栩1
    化工进展. 2014, 33(03):  737-743. 
    摘要 ( 1805 )  
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    采用Hungate厌氧菌培养技术从微生物电解池(MEC)中分离得到3株厌氧产电菌Z1、Z2和Z3。16S rDNA基因测序和系统发育树构建结果表明,Z1属于柠檬酸杆菌属(Citrobacter),Z2和Z3属于梭菌属(Clostridium)。生理生化特性研究表明,Z1为兼性厌氧菌,Z2和Z3为严格厌氧菌;3种菌株能够耐受较酸的pH值条件,在pH值为5~7.5的环境中增殖良好;Z1的最适生长温度为35 ℃,Z2和Z3的最适生长温度为30 ℃;3种菌株的最适NaCl浓度为0.1%~2.0%;均能以蔗糖、淀粉、丙酸钠、乙酸钠等为碳源生长。产电活性测试试验表明,3种菌株在?0.29 V时具有较大还原峰,氧化峰不明显,适用于微生物燃料电池(MFC)的阴极。在MFC的启动试验中,加入3种菌株的混合物后,可显著缩短其启动周期,同时产电效能提高了18.1%。
    精细化工
    2-羟基-4-(5,6-二硝基-1H-苯并[2,3-d]咪唑-2-基)苯甲酸甲酯的 合成探索
    张青龙,金宁人,杨健,张清义,张建庭
    化工进展. 2014, 33(03):  744-748. 
    摘要 ( 1485 )  
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    以4,5-二硝基邻苯二胺和2-羟基对苯二甲酸单甲酯为起始原料,设计并成功采用一锅法合成出2-羟 基-4-(5,6-二硝基-1H-苯并[2,3-d]咪唑-2-基)苯甲酸甲酯(MHDIB)。以50 mL二乙二醇二甲醚为溶剂,1.5 g的2-羟基对苯二甲酸单甲酯和2.5 g SOCl2在80 ℃反应2 h制2-羟基-4-氯羰基苯甲酸甲酯。室温下快速向反应体系中加入1.56 g 4,5-二硝基邻苯二胺,并于85 ℃反应1 h后加入3.52 g 多聚磷酸,回流反应1 h后水析出粗产品,经乙醇重结晶得到纯度为93.67%的黄色针状产物,产率为17.82%。产物经IR、MS、1H NMR的准确定性和表征,作为AB型新单体的前体可应用于羟基改性PBI纤维即聚2-羟基-1,4-亚苯基-2,6-苯并[2,3-d:5',6'-d']二咪唑(H-PBI)的创新研究。
    一种三元聚合阻垢剂的合成与应用
    崔嵘,张西迎
    化工进展. 2014, 33(03):  749-752. 
    摘要 ( 1195 )  
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    介绍了一种三元聚合阻垢剂的合成方法,并对其使用条件以及油田使用情况进行了评价。最佳反应条件为:合成反应时间6 h,丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和自制单体PMA的质量比例为75∶10∶15、反应温度70 ℃,引发剂质量分数1.2%。随着环境温度的上升,阻垢率逐渐下降,在环境温度低于65 ℃的时候,阻垢率可以维持在70%以上。当pH值在6~10时,阻垢率可以维持在65%以上。聚合阻垢剂在WC15-1A海管应用中获得了较好的使用效果。
    甲基纳迪克-桐马-环氧体系云母带用黏合剂的制备与性能
    高璇,刘立柱,翁凌,金镇镐,朱兴松
    化工进展. 2014, 33(03):  753-757. 
    摘要 ( 1459 )  
    相关文章 | 多维度评价
    采用甲基纳迪克酸酐(MNA)为环氧树脂主要固化剂,配合桐马酸酐固化环氧树脂E-44制备云母带黏合剂。研究了不同组分配合方案对云母带的力学性能、电学性能、耐热性能的影响。实验结果表明,MNA及桐马分别与E-44反应的摩尔比(MNA∶桐马)=5.5∶4.5时,云母带综合性能最优,纵向弯曲强度为332.79 MPa,横向弯曲强度为319.06 MPa,横向冲击强度为64.25 MJ/m2,纵向冲击强度为47.5 MJ/m2,介电强度为64.62 MV/m,体积电阻率为2.02×1013 Ω?m。且由热重分析(TG)知,甲基纳迪克-桐马-环氧体系具有相对良好的耐热性。
    资源与环境化工
    超声协同交联β -环糊精处理苯酚废水
    周玉青1,2,韩萍芳2,吕效平2
    化工进展. 2014, 33(03):  758-761. 
    摘要 ( 1767 )  
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    环糊精因其特殊的结构特点,尤其是经过交联剂改性的交联β-环糊精(MDI-β-CD),可以处理与其空腔尺寸匹配的苯酚污染物,具有更好的处理苯酚废水的能力。为进一步提高MDI-β-CD处理苯酚废水的效果,研究其在超声协同条件下的废水处理能力和适合工况。通过对MDI-β-CD用量、废水pH值、废水浓度、超声声强和频率的研究,找到处理苯酚废水的适合工艺条件:超声频率20 kHz,超声声强0.2 W/cm2,苯酚初始浓度100 mg/L,pH值6.0,溶液体积100 mL,反应温度40 ℃,吸附时间120 min,MDI-β-CD用量40 g/L;在此条件下,MDI-β-CD与超声协同处理苯酚废水吸附效率可以达到94.1%。
    铜污泥中重金属形态分布及浸出毒性分析
    廖天鹏1,祝星1,祁先进1,王华1,史谊峰2,刘春侠3
    化工进展. 2014, 33(03):  762-768. 
    摘要 ( 2078 )  
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    结合目前有色冶金工业上普遍采用的石灰铁盐法工艺特点,首次采用改进的BCR连续提取法与毒性浸出实验相结合的方法对铜污泥(中和渣与铁砷渣污泥)的重金属形态分布与浸出毒性进行了系统的研究。结果表明:采用改进的BCR方法对铜冶炼污泥重金属元素形态进行提取,形态提取具有较高的回收率;As、Zn、Pb与Cd为中和渣与铁砷渣污泥中主要的重金属元素(质量含量As>Zn>Pb>Cd),其中中和渣含As高达58 566 mg/kg(折合5.85%),铁砷渣含As为12 582 mg/kg(折合1.26%);两种重金属形态分布差异主要体现在As的形态分布上,铁砷渣污泥中重金属稳定性较好,特别是砷的稳定性较中和渣高;中和渣污泥中,As主要以弱酸态形式存在(占68.01%),Zn、Pb与Cd主要以残渣态存在;铁砷渣污泥中,As、Zn、Pb与Cd主要以残渣态存在,其中残渣态As占59.21%;浸出毒性结果显示两种污泥中砷的浸出毒性都远远超过国标GB 5085.3—2007规定值,因此铜冶炼厂污泥属于含高砷危险废弃物,而以弱酸态As为主的中和渣污泥浸出毒性较高,而主要以残渣态As存在的铁砷渣污泥浸出毒性较低。
    磷石膏在低浓度硫酸中的溶解及相态变化
    倪丽娜,李沪萍,罗康碧,谢卫苹,苏毅
    化工进展. 2014, 33(03):  769-772. 
    摘要 ( 1523 )  
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    湿法磷酸生产过程副产大量磷石膏,因其含有较多杂质而无法直接利用,目前可采用硫酸酸浸处理提高磷石膏品质。为弄清酸浸过程中石膏的溶解性能和结晶形态的变化,本文探讨了在0~80 ℃、0~30%的硫酸浓度条件下,磷石膏在硫酸溶液中的溶解度大小、结晶形貌、物相组成及结晶水含量的变化情况。实验结果表明,磷石膏在硫酸溶液中的溶解度随温度升高而升高,在80 ℃时达最大;随浓度升高呈先升后降的变化,在硫酸浓度为10%时溶解度最大。硫酸浓度小于10%时,磷石膏中二水硫酸钙溶解,但无新相生成,其形貌变化不大;硫酸浓度大于10%时,二水硫酸钙溶解,同时再结晶转化成无水硫酸钙,最终导致磷石膏形貌和相态发生了改变,溶解度随硫酸浓度升高而降低。
    应用技术
    基于碳捕集的燃煤机组热力系统优化及技术经济分析
    王继选1,韩中合1,刘小贞2,白睿1,王营营1,王江江1
    化工进展. 2014, 33(03):  773-780. 
    摘要 ( 1314 )  
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    碳捕集和封存是实现电力低碳化发展的关键所在,以600 MW机组为例,研究了碳捕集系统的能量流和质量流。提出了碳捕集系统与燃煤机组的耦合方式,计算了参考电站和碳捕集电站的热经济性。建立了碳捕集电站优化模型,以粒子群算法作为优化模型的求解算法,获得了系统的最优解。基于各设备投资成本,建立了碳捕集电站发电成本和CO2减排成本模型,研究了碳捕集电站的技术经济性。利用系统灵敏度分析方法,研究了碳税收和碳售价对发电成本和CO2减排成本的影响。结果表明:优化后碳捕集电站的热效率比优化前提高了1.1%;当CO2税收额高于0.33元/(kgCO2)时,碳捕集电站的经济性优于参考电站。
    乙醇胺脱氨脱水工艺的研究
    岳金彩,孙可慧,程华农,郑世清
    化工进展. 2014, 33(03):  781-785. 
    摘要 ( 1395 )  
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    乙醇胺生产中的氨水浓度对能耗有很大影响,需要对脱氨脱水工艺进行能量集成以降低能耗,同时乙醇胺又是热敏性物质,操作温度限制成为能量集成时要考虑的因素。本文实验研究了含水和不含水乙醇胺混合物的色号随温度、停留时间的变化规律,确定160 ℃为脱氨脱水工艺的操作温度上限。在不同氨水浓度下,对未进行能量集成的能耗和各塔操作条件进行了比较,结果表明当氨水浓度达到45%时,脱氨塔底温度为160.2 ℃,已大于操作温度上限,需要改变脱氨操作才能满足温度限制。通过提高脱水塔操作压力,使其塔顶蒸汽为脱氨塔和真空脱水塔提供能量,针对不同氨水浓度,对3种热量集成方案进行了研究。结果表明,由于受到操作温度限制,不同氨水浓度的脱氨脱水工艺需要采取不同的集成方案。
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