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2021年 第40卷 第S2期 刊出日期:2021-11-12
    本期封面、中英文目次表、版权页
    化工进展. 2021, 40(S2):  0. 
    摘要 ( 67 )   PDF (2979KB) ( 64 )  
    相关文章 | 多维度评价
    化工过程与装备
    石油化工流程模拟软件现状与发展趋势
    高立兵, 吕中原, 索寒生, 刘晓遇
    化工进展. 2021, 40(S2):  1-14.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0471
    摘要 ( 311 )   HTML ( 36 )   PDF (4948KB) ( 773 )  
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    流程模拟软件是石油化工行业的核心研发设计软件,其应用已贯穿于技术研发、工程设计、生产优化等全生命周期业务环节。我国石油化工行业使用的商业流程模拟软件90%为国外产品,基本被国外垄断。本文从商业软件的角度,首先对化工流程模拟技术和早期的软件发展进行了回顾,分析了近年来跨国流程工业巨头收购兼并案例和启示。在对石油化工企业和软件供应商调研的基础上,分析了国内流程模拟软件的市场应用情况和自主流程模拟软件的成熟度,阐述了流程模拟软件技术发展的五大趋势:遵循CAPE-OPEN软件接口规范、基于分子级表征和反应动力学建模、数据驱动与工艺机理联合建模、三大集成建模和数字孪生应用等。石化产业需求和市场规模以及科研基础是发展自主流程模拟软件的有利条件,但构建工业软件政产学研用产业生态链,形成产品化和市场化为导向的健康产业环境尤为关键。

    大颗粒尿素造粒尾气冷却洗涤器技术应用进展
    张军保, 王忠凯, 刘彪, 张晓晖, 刘冠美
    化工进展. 2021, 40(S2):  15-19.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1640
    摘要 ( 126 )   HTML ( 8 )   PDF (1719KB) ( 251 )  
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    化肥厂尿素车间造粒工段不可避免地会产生含尿素粉尘的气体,尤其是在大颗粒尿素的造粒过程中会产生温度及尿素粉尘浓度都较高的气体,生产中需要将这些粉尘捕集回收利用,以增加经济效益和避免环境污染。本文指出,根据尿素水溶性好的特点,国内外一般都采用湿法捕集技术,其核心装置就是尿素尾气冷却洗涤器。通过该系统对尿素造粒产生的尾气进行冷却洗涤处理后排放大气,同时回收尿素粉尘。文中简述了尿素尾气冷却洗涤装置发展经历的不同阶段,包括最初的散堆填料塔、塔盘和喷头组合、规整填料和MD塔盘复合结构、气液并流式冷却洗涤器和隔壁塔型气液混流式冷却洗涤器。指出气液并流式冷却洗涤器与传统的逆流吸收塔相比,操作不会产生液泛,气速范围大,处理能力高,排放更加环保化,同等条件下投资降低40%,系统压力降降低50%以上,风机功率降低,节省了操作费用,近些年来已被国内多数厂家采用。

    蒸汽压缩技术应用于再沸器的节能减碳分析
    付朝乾, 王墩金, 孟令富
    化工进展. 2021, 40(S2):  20-24.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0889
    摘要 ( 96 )   HTML ( 6 )   PDF (373KB) ( 172 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    利用热工理论与工程技术分析了蒸汽压缩技术应用于再沸器时其技术特点以及对再热器运行成本和节能减碳的影响。从运行可靠性、经济性和节能减碳效果3个方面全面分析了蒸汽压缩技术应用于再沸器的优点与缺点。分析结果表明,蒸汽压缩技术应用于再沸器的技术在运行可靠性、经济性和节能减碳上都为再沸器提供更有优势的热源。运行可靠性上,蒸汽压缩技术的应用使得再沸器运行温度更加恒定可控,降低再沸器物料积碳和局部热应力过大的问题与风险;经济性上,蒸汽压缩技术的应用使得再沸器运行成本相比电导热油锅炉降低62.9%;节能减碳效果上,蒸汽压缩技术的应用使得再沸器比使用电导热油锅炉的情况下减碳65%左右,为国家实现碳中和的长远目标提供有效的技术升级。因此,开发更高效更宽工作范围的蒸汽压缩技术和应用技术迫在眉睫。

    330MW锅炉配风方式对NOx排放浓度和锅炉经济性的影响分析
    白旭东, 王建勋
    化工进展. 2021, 40(S2):  25-29.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0906
    摘要 ( 62 )   HTML ( 1 )   PDF (332KB) ( 24 )  
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    针对某电厂330MW锅炉进行了配风方式及总风量的研究,分析了配风方式及总风量的变化对NOx排放浓度和锅炉经济性的影响。结果表明:在机组负荷一定的条件下,改变配风方式,当机组负荷为250MW时,工况T2与工况T1的锅炉效率相差不多,NOx排放浓度下降了40mg/m3;当机组负荷为300MW时,工况T4比工况T3的锅炉效率高了0.28%,NOx排放浓度下降了20mg/m3。在机组负荷及其他运行参数基本不变的条件下,改变总风量,当机组负荷为300MW时,工况T6比工况T5的锅炉效率高了0.19%,NOx排放浓度下降了40mg/m3;当机组负荷为250MW时,工况T9比工况T7的锅炉效率高了0.16%,NOx排放浓度升高了40mg/m3。当机组负荷为190MW时,工况T12比工况T10的锅炉效率高了0.24%,NOx排放浓度下降了60mg/m3

    Lightnin静态混合器内纳米流体湍流传热特性分析
    禹言芳, 陈雅鑫, 孟辉波, 王宗勇, 吴剑华
    化工进展. 2021, 40(S2):  30-39.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0928
    摘要 ( 75 )   HTML ( 4 )   PDF (5209KB) ( 469 )  
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    静态混合器作为一种高效传热传质连续流强化设备,在化工过程强化技术中具有明显技术特色。由于缺乏纳米流体的物性对Lightnin静态混合器(LSM)内传热特性影响的研究,一定程度上制约了LSM强化传热应用的进一步推广。本文采用混合多相流模型和SST k-ω湍流模型,在Re=8000~28000和恒热流密度条件下,从熵产以及速度场与温度场的协同性等方面分析纳米颗粒的体积分数、种类及粒径大小对LSM内传热特性的影响。结果表明,随着Cu纳米颗粒体积分数的增加,纳米流体的综合传热性能及温度场与速度场的协同性能逐渐增强,总熵产率和Be数逐渐减小,体积分数为0.5%~2.0%的Cu-H2O的纳米流体在Re=8000~28000范围内的综合传热性能系数(PEC)分别达到2.16~2.25、3.16~3.25、3.94~4.15及4.64~5.16。Cu-H2O、Al2O3-H2O及CuO-H2O这3种纳米流体相比,Cu-H2O纳米流体的强化传热性能要远好于其他两种纳米流体,Al2O3-H2O及CuO-H2O纳米流体的平均PEC分别是Cu-H2O纳米流体的0.47倍和0.46倍。随着Cu纳米颗粒粒径的增加,纳米流体的综合传热性能和温度场与速度场的协同性能逐渐减弱,总熵产率和Be数逐渐增加。

    油水分层流条件下腐蚀动力学特性模拟
    王凯, 黄慧, 南翠红, 王跃社, 卢金玲
    化工进展. 2021, 40(S2):  40-47.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1034
    摘要 ( 101 )   HTML ( 3 )   PDF (1904KB) ( 106 )  
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    当石油输送管道内处于油水分层流条件时,管道底部与酸性水层接触极易造成内腐蚀,严重威胁管道安全,传统的静止和单相流条件的腐蚀预测方法已不能指导管道的安全运行,而多相流动、离子传质、化学反应及电极动力学等多种不同尺度的物理化学过程对多相流腐蚀预测提出了挑战。本文基于多相流动特性及电化学腐蚀特性的耦合机理提出了分层流条件下腐蚀动力学模型,首先建立油水三层流传质计算模型,进而基于溶液区域和产物膜内部的传质计算,依据阴阳极电化学反应电流密度与传质通量之间的平衡关系,形成多相流条件下腐蚀预测方法。探究了离子传质、电极反应以及产物膜动态生长的耦合过程对腐蚀行为的作用机理,揭示了CO2分压、温度对腐蚀发展规律的影响机制。研究发现温度、CO2分压的改变会导致平衡反应方向的移动,从而改变离子浓度;离子的扩散系数是决定传质系数变化的内在原因;腐蚀速率的变化规律由产物膜生长和电极反应两种因素共同决定:腐蚀产物膜的生长会阻碍反应离子的传质效应,从而抑制腐蚀;而离子浓度的升高或传质增强会加快电极反应,促进腐蚀。

    基于高阶基团贡献法与COSMO-SAC模型的溶剂设计方法
    唐坤, 刘奇磊, 张磊, 刘琳琳, 都健, 孟庆伟
    化工进展. 2021, 40(S2):  48-55.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1469
    摘要 ( 80 )   HTML ( 3 )   PDF (2784KB) ( 174 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    提出了一种基于高阶基团贡献法与类导体屏蔽片段活度系数模型(conductor like screening model-segment activity coefficient, COSMO-SAC)的计算机辅助溶剂设计方法(computer-aided molecular design, CAMD)。首先,基于高阶基团贡献法(higher-order group contribution, GC+)与COSMO-SAC模型构建GC+-COSMO方法,关联分子基团组合与表面屏蔽电荷密度分布[σ-profiles, p(σ)]、分子空腔体积Vc,实现对二者的高通量预测;然后结合基于简化分子线性输入系统(simplified molecular input line entry system, SMILES)的异构体生成算法与GC+-COSMO方法实现CAMD技术对异构体的识别及性质区分;最后,通过目标函数与约束方程组成的混合整数非线性规划模型(mixed integer nonlinear programming, MINLP)来建立溶剂设计问题,进一步采用分解式算法优化求解,实现溶剂优化设计目标。基于以上模型和方法开展了狄尔斯-阿尔德(Diels-Alder, DA)竞争性反应溶剂设计,验证了提出的方法的可行性与有效性。

    热集成变压精馏乙二醇脱水系统的控制方案优化
    于斌, 刘春晖, 郑广强, 曲广, 魏永泰, 王红星
    化工进展. 2021, 40(S2):  56-63.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0551
    摘要 ( 83 )   HTML ( 5 )   PDF (8059KB) ( 379 )  
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    针对热集成变压精馏乙二醇脱水再生系统存在的操作不稳定等问题,基于Aspen Plus和Aspen Dynamics软件,在全流程稳态模拟的基础上,对其进行了动态模拟及控制方案优化。设计了改进型控制方案CS2,与常规控制方案CS1相比,两个塔的操作压力的控制回路是相互独立的,高压塔的塔釜液位由再沸器的导热油流量控制,低压塔的塔釜温度由塔釜的采出流量控制,再分别对进料流量和进料组成中乙二醇含量的阶跃变动的动态响应特性进行分析。结果表明,控制方案CS1基本能够抵抗进料流量和进料组成扰动对系统的影响,但相关控制响应会出现一定的滞后性,难以保证产品满足要求。改进的控制方案CS2对相同的进料流量和进料组成扰动有更好的抵抗能力,控制性能显著提高,保证乙二醇的质量分数不低88%,趋于稳定时产品质量变化幅度小于2%,且该方案在实际应用中涉及到的操作相对简单。本文为相关双塔耦合过程的稳定控制提供了一种新思路,对于双塔耦合在其他体系的工程应用也有借鉴作用。

    能源加工与技术
    乙烯复分解反应在生物质合成烯烃化学品中的研究进展
    温鹏, 梁宇翔, 贺景坚, 赵梦亚
    化工进展. 2021, 40(S2):  64-74.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0494
    摘要 ( 99 )   HTML ( 6 )   PDF (4484KB) ( 156 )  
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    通过乙烯复分解反应,将生物质原料中的双键切断,获得端烯化学品,为实现生物质原料制备高附加值化学品开辟了广阔的前景。本文围绕乙烯复分解反应在生物质原料的应用,简述了该反应的机理和发展,介绍了乙烯复分解催化剂,阐述了乙烯复分解反应在油脂、腰果壳油、巴豆酸酯、苯丙氨酸等生物质原料合成中的研究进展,这些反应得到的端烯化学品可用于润滑剂、聚合物、香料、药物中间体等领域,其中在微波辅助下油脂乙烯复分解反应周转数最高可达1561500,有望工业化,同时指出乙烯复分解反应存在催化剂价格偏贵且难以回收、部分生物质原料转化率和产率偏低的问题,建议接下来的研究除了开发更加经济且高效的催化剂外,还应探索合适工业化的原料、催化体系和工艺过程。

    聚合物微球在油田深部调驱技术中的研究进展
    赵华强, 彭勃
    化工进展. 2021, 40(S2):  75-80.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0560
    摘要 ( 84 )   HTML ( 2 )   PDF (711KB) ( 87 )  
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    深部调驱技术作为目前提高低渗非均质油藏采收率的有效办法之一,聚合物微球因具有良好的封堵性能和深入性能得到了广泛研究。本文详细介绍了聚合物微球在地层中的深部调驱机理,介绍了聚合物微球的制备方法,综述了聚合物微球的研究内容和研究现状,并指出引入纳米材料合成功能性聚合物微球能有效解决聚合物微球的稳定性,对低渗油藏后期开发具有重要意义。

    生物柴油连续化生产设备及工艺进展
    岳倩倩, 高李璟, 肖国民, 魏瑞平, 雷严
    化工进展. 2021, 40(S2):  81-88.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1114
    摘要 ( 130 )   HTML ( 4 )   PDF (591KB) ( 226 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    “碳中和”目标提出后,各行各业都在寻求减少碳排放的方法,生物质能源的使用是实现碳中和目标的重要手段之一。生物柴油以其优良的燃烧性能及环保性能成为一种较为理想的生物质燃料,其生产工艺是近年研究热点。连续化生产工艺对生物柴油的规模化制备与推广有着重要意义。目前连续化制备生物柴油的反应装置主要有微反应器、固定床反应器、管式反应器、膜反应器。本文综述了近年来国内外采用连续化工艺制备生物柴油的研究进展。这些研究表明,通过优化反应器结构、使用助溶剂、提高催化剂活性等均可提高生物柴油的收率。最后本文还分析了各反应器存在的不足,并提出了相应的建议,对生物柴油连续化生产进行了展望,以期为低成本、低能耗的生物柴油生产提供参考。

    质子交换膜燃料电池高稳定性低铂载量膜电极的研究进展
    李丹, 张博雅, 刘柏鸿, 陶阳, 熊子昂, 侯三英
    化工进展. 2021, 40(S2):  89-100.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0649
    摘要 ( 174 )   HTML ( 4 )   PDF (2136KB) ( 260 )  
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    质子交换膜燃料电池由于高能量转化率、零污染、低温启动等优点在新能源领域备受关注,但其成本和耐久性仍是本领域的挑战性课题。本文首先回顾了近年来国内外研究者在降低燃料电池成本和提高其耐久性方面取得的成就,从催化剂制备技术、膜电极结构优化、耐久性提升三个方面介绍了近年来国内外在降低膜电极铂载量、提高膜电极功率密度和耐久性方面的发展趋势,通过构筑铂基合金、核壳结构和纳米结构等催化剂能有效地降低铂载量,从而降低燃料电池成本;通过构筑多孔结构催化层或气体扩散层可以改善膜电极的微结构,从而提高电池的功率密度;通过开发新型质子交换膜、更换催化剂载体等方法可以提高膜电极的耐久性。最后,本文针对目前研究进展阐述提高膜电极稳定性仍然是目前的研究难题,并对未来的研究方向进行了展望。

    冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学研究进展
    张学民, 张梦军, 杨惠结, 李银辉, 李金平, 王英梅
    化工进展. 2021, 40(S2):  101-108.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0689
    摘要 ( 115 )   HTML ( 2 )   PDF (1462KB) ( 99 )  
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    青藏高原冻土区储存着大量的天然气水合物资源,CO2置换开采冻土区的天然气水合物可实现天然气水合物的安全开采和温室气体CO2的地层封存。冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学,是冻土区天然气水合物置换开采研究领域的难点和热点问题。本文全面综述了冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学研究进展,讨论了不同体系冰点以下多孔介质中气体水合物的形成机理及其生成特性;详述了冰生成水合物机理及其冰粉/多孔介质体系中气体水合物的生成特性,分析了冰点以下多孔介质中气体水合物生成动力学研究尚待完善和改进的地方。最后本文指出冰点以下多孔介质中水合物的生成过程是由传热、传质等多种因素所控制,揭示不同过程的主导因素及其影响规律是今后研究的重点方向。目前对冰点以下多孔介质中水合物的生成特性及机理的认识尚未成熟,仍需深入研究。

    木质素制备生物液体燃料进展
    简雅婷, 余强, 陈小燕, 王帆, 王忠铭, 袁振宏
    化工进展. 2021, 40(S2):  109-116.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1194
    摘要 ( 145 )   HTML ( 7 )   PDF (1452KB) ( 175 )  
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    木质素中含有丰富的芳环结构,可以作为可持续再生的原料用于生产高值能源及化工品。但由于木质素结构复杂,现阶段用于制备生物液体燃料仍处于探索阶段。本文首先介绍了木质素通过催化热解、催化氢解、催化氧化3种解聚方式制备生物液体燃料的进展,分析了当前解聚产物存在低碳原子数、高氧含量的不足而导致其难以投入生产使用的现状,指出应通过C—C偶联方法(包括羟醛缩合、烷基化反应、寡聚反应以及Diels-Alder 反应)增加产物碳原子数、使用加氢脱氧(hydrodeoxygenation, HDO)工艺以降低产物氧含量,从而实现由木质素制备高密度生物液体燃料。最后对当前木质素制备高密度燃料所面临的挑战以及未来研究趋势进行了总结与展望,指出构建高效催化体系,耦合解聚、C—C偶联和HDO过程,将是该领域未来研究重点。

    二氧化碳水合物快速生成方法研究进展
    王英梅, 牛爱丽, 张兆慧, 展静, 张学民
    化工进展. 2021, 40(S2):  117-125.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1183
    摘要 ( 141 )   HTML ( 6 )   PDF (971KB) ( 100 )  
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    气体水合物具有很多优点,却没有大规模的工业化利用,最主要的问题是生成二氧化碳水合物速率缓慢,阻碍了水合物法技术的应用,因此最大程度地提高其生成速率是气体水合物技术得以成功应用的关键。最常见快速生成二氧化碳水合物的方法是加入促进剂,而不同种类和浓度的促进剂对二氧化碳水合物生成速率的作用效果不同。故本文主要概述二氧化碳水合物快速生成的方法,从动力学促进剂、纳米流体以及离子促进剂进行分析, 分别总结了它们对水合物的生成机理。分析了十二烷基硫酸钠(SDS)、纳米石墨、氯化钠三者单独作用时及三者和不同促进剂复配时对二氧化碳水合物的诱导成核时间、生成速率、相平衡、表面张力等方面的影响。最后指出:单一的促进剂都存在最佳浓度,但其会随着不同温度、压力等多种因素的改变而改变,以及不同种类的促进剂复配时存在协同作用且生成效果比单一的好,揭示不同温度、不同压力时最适宜的单一促进剂对水合物生成影响的规律及找出最适宜提高水合物生成速率的促进剂是今后研究的重点方向。目前各种单一的及复配的促进剂对水合物的生成影响尚未形成完整的体系,需要进一步研究。

    乳化/润湿耦合作用稠油流动减阻新思路
    王帅, 赵金柱, 王荣元, 崔凯翔, 敬加强
    化工进展. 2021, 40(S2):  126-139.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0968
    摘要 ( 103 )   HTML ( 1 )   PDF (3806KB) ( 314 )  
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    稠油节能增输是解决常规原油日渐枯竭、保障原油接替的紧迫需求,然而稠油黏度高、流道黏附性强,使其输送异常困难,是稠油节能增效输送技术瓶颈。根据前期研究本文作者发现,活性水作用下稠油乳化降黏的同时可改变稠油与管内壁界面特性,以及稠油提高采收率——润湿性之润湿反转,提出管输稠油乳化降黏及其流固界面润湿耦合作用流动减阻新思路。本文基于国内外相关研究成果的系统分析,探讨稠油乳化降黏、流固界面润湿及耦合减阻的有效性,剖析活性水作用乳化/润湿耦合减阻存在的主要问题,理论分析稠油在管输过程中实现乳化/润湿耦合减阻的可行性。结果表明,乳化/润湿减阻思路在理论上是可行的,而且在表面活性剂作用下乳化降黏的同时管输流固界面润湿反转更容易实施,然而,乳化/润湿减阻实际应用缺乏充分认识尚需深入研究其相关科学问题;其深入研究有望理解与认识流固界面特性对流动阻力的影响作用,可解决管输稠油流动阻力之难题,将为稠油流动改进提供理论与技术支撑,在稠油管输节能增效方面具有广阔的应用前景。

    电石渣在燃煤电厂脱硫工艺中的应用研究进展
    王小虎, 吴葵霞, 吴德华, 张其龙, 董勇
    化工进展. 2021, 40(S2):  140-148.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0523
    摘要 ( 109 )   HTML ( 2 )   PDF (1386KB) ( 204 )  
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    近年来,电石渣在燃煤电厂干法脱硫工艺的应用中取得了较多进展,但在湿法脱硫的应用中仍存在消溶特性差、亚硫酸钙氧化率低、石膏脱水困难等诸多问题,导致其难以大规模推广。本文从电石渣的理化性质出发,分析了孔隙结构、反应温度、Ca/S摩尔比对脱硫效率的影响,并探讨了电石渣作为脱硫剂对循环流化床锅炉效率及运行的影响,结合电石渣的消溶特性、浆液氧化特性及石膏脱水特性,分析了电石渣在湿法脱硫工艺应用中存在的问题,提出了一种以电石渣为原料,利用燃煤机组再生水深度处理系统生产石灰石浆液的工艺路线,并在2×660MW超超临界燃煤机组再生水深度处理系统中进行了可行性试验,当Ca(OH)2纯度≥95%时,合理的污泥掺配比例区间为50%~70%,所产石膏达到了二级石膏的品质要求。

    火电机组余热梯级供热技术的综合分析
    王建勋
    化工进展. 2021, 40(S2):  149-155.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0638
    摘要 ( 77 )   HTML ( 0 )   PDF (796KB) ( 36 )  
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    针对传统供热技术平均?效率低的问题,提出了乏汽余热梯级供热技术。该技术有效地利用了机组乏汽余热,并减少了汽轮机的冷源损失,避免了中排抽汽参数过高造成的能量损失,提高了机组供热经济性。以某电厂为例,本文基于热力学定律与单耗分析理论,建立了乏汽余热梯级供热系统的单耗分析模型,应用该模型对其进行了?分析和附加燃料单耗分析,为节能降耗提供了理论依据。分析结果表明,发电煤耗率由改造前的249.69g/(kW·h)降低到149.9g/(kW·h),降低了99.79g/(kW·h),机组供热负荷较由改造前的788.4MW增加到1673.9MW,增加了885.5MW;改造后传热温差在非严寒期只有7℃、严寒期为26.94℃,比改造前大幅降低;在非严寒期和严寒期,加热器蒸汽入口平均比?比改造前分别降低了524.73kJ/kg、418.2kJ/kg,供热系统的平均?效率比改造前分别提高了51.35%、32.58%,供热系统的平均附加燃料单耗分别为3.11g/(kW·h)、7.98g/(kW·h)。可见通过“乏汽余热梯级供热技术”改造后,节能效果显著,该技术具有广阔的推广应用前景。

    原油全产业链生产经营精益效益测算模型
    殷基明, 董丰莲, 杨磊, 刘鹏飞, 王楠
    化工进展. 2021, 40(S2):  156-161.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1550
    摘要 ( 86 )   HTML ( 1 )   PDF (657KB) ( 86 )  
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    基于框架方案进行粗略效益估算的传统效益测算方法,在数据口径、测算精确度、测算准确度、测算及时性等方面已无法满足服务生产、引领生产的作用。为解决这一问题,本文提出了一种在现有信息系统数据集成的基础上,构建效益测算模型,实现原油全产业链精益效益测算的方法。该方法以服务生产经营为目的,在梳理和分析原油产业链上下游各环节业务逻辑基础上,基于各业务环节之间的物质流和价值流,构建了原油全产业链精益效益测算模型,可实现原油产业链整体效益和分环节效益的测算;模型数据颗粒度与生产口径保持一致,并可基于集成的信息系统,实现数据的快速导入。经过在生产管理部门应用,该模型可在初步计划数据生成以后,实现原油产业链整体和分环节效益的快速、精细测算,降低了数据维护的工作量,提高了测算效率和测算结果的准确性,有效地提升了原油产业链生产管控水平,实现了由生产计划逐步向经营计划的转变。

    煤-生物质基活性炭成孔机制及其吸附乙酸乙酯的性能
    金春江, 王鲁元, 陈惠敏, 程星星, 张兴宇, 孙荣峰, 耿文广, 仇洪波
    化工进展. 2021, 40(S2):  162-175.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0557
    摘要 ( 131 )   HTML ( 7 )   PDF (10837KB) ( 563 )  
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    以CO2为活化气氛,通过一步快速热解活化法从黑山煤粉与生物质混合物中制取活性炭。讨论了不同质量比率、活化温度和CO2浓度对活性炭比表面积的影响。通过N2吸附(BET)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)和红外光谱(FTIR)对活性炭的性能进行了表征。确定了制备活性炭的最佳条件为活化温度900℃、质量比1、CO2体积分数30%、活化时间120min时,活性炭的比表面积和孔容最大,分别为901m2/g和0.39cm3/g。最后,用乙酸乙酯吸附量验证了其吸附性能,最大累积吸附量为766.51mg/g。

    工业催化
    煤基液体燃料加氢脱氮催化剂的研究动态
    薛怡凡, 宋云彩, 冯杰, 李文英
    化工进展. 2021, 40(S2):  176-184.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1118
    摘要 ( 130 )   HTML ( 6 )   PDF (1094KB) ( 100 )  
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    煤基粗油中氮含量高达4500mg/L左右,采用石油系的NiMoS催化剂很难实现含氮芳香族化合物的脱除。为开发针对性更强、更高效的加氢脱氮催化剂,本文对煤基粗油加氢脱氮的催化剂研究动态进行了综述。首先介绍了煤基粗油中含氮芳香族化合物的组成及特点,接着围绕传统硫化物催化剂和脱氮性能较高的贵金属催化剂,从活性相的构筑与调控、载体在催化剂中的作用等方面进行了分析,最后比较了上述两种催化剂的催化性能。结果表明:贵金属催化剂活性高于传统硫化物催化剂;添加助金属形成合金可提高贵金属耐硫性与稳定性;采用具有一定酸性、与活性中心相互作用适中的载体的催化剂脱氮性能更佳。在综合分析已有文献和工作基础上,得出只有依据反应体系、特定反应过程来设计专一的加氢脱氮催化剂,才能从根本上提高含氮化合物的脱除率。

    微反应器中费托合成的研究进展
    王彦谦, 王远洋
    化工进展. 2021, 40(S2):  185-191.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0512
    摘要 ( 122 )   HTML ( 7 )   PDF (2963KB) ( 315 )  
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    目前费托合成常用的固定床、浆态床和流化床三种反应器存在不同程度的传质和传热问题,同时反应物/产物与催化剂难以分离,而微反应器因其可在接近等温和很小压降条件下进行反应,从而有望改善费托合成的反应性能,提高所用催化剂的活性和选择性。本文首先介绍了微反应器的结构和特性,然后从催化剂种类及其在微反应器中颗粒装填式和器壁涂覆式两种形式简述了微反应器中费托合成的实验研究,并从计算流体力学和动力学研究等方面简述了微反应器中费托合成的模拟计算。

    炼油催化剂档案专题数据库的建设及应用
    胡一鸣
    化工进展. 2021, 40(S2):  192-197.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1470
    摘要 ( 85 )   HTML ( 3 )   PDF (1566KB) ( 41 )  
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    从海量数据中迅速、准确地获取与炼油催化剂相关的知识信息有利于节约新型炼油催化剂开发的时间成本。科研档案作为记录过程数据和经验知识的载体,是炼油催化剂生产技术再发展的重要基础。本文通过对炼油催化剂科研档案利用现状的分析,发现档案资源并未与研发生产过程进行有效的契合,造成了资源的严重浪费。为提升档案资源在产品开发过程中的使用价值,本文提出以炼油催化剂为核心的档案专题数据库建设思路,介绍了数据库的系统体系架构、技术总体架构和部署运行架构,阐述了如何利用炼油催化剂档案专题数据库实现企业研发过程中不同用户对档案知识多样化利用的需求,使档案专题数据库在科研创新中发挥出应有的支撑作用,期望为我国石油化工领域中科研档案的数据管理和知识挖掘提供借鉴。

    材料科学与技术
    多孔炭材料改性纳米零价铁的研究进展
    杨妍, 刘国涛, 余庆慧, 李晓娟, 张颖
    化工进展. 2021, 40(S2):  198-202.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1639
    摘要 ( 98 )   HTML ( 9 )   PDF (431KB) ( 57 )  
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    多孔炭材料因其特殊的孔隙结构、较好的化学稳定性及较强的导电性等特性,近年来通过多孔炭材料改性纳米零价铁(nZVI)解决易团聚、迁移距离小、反应性低等问题,成为提高nZVI原位修复污染场地作用效果的研究热点。本文阐述了介孔炭、石墨烯、碳纳米管3种碳材料的特性,分析了多孔炭材料负载对nZVI迁移率、反应活性、选择性和电催化性的影响机理,并结合目前实验室研究到实际污染测试场地的应用实例对改性nZVI未来方向进行展望,指出碳材料载体今后的研究热点是优化多孔炭材料的形貌、表面基团、掺杂其他原子等。

    木材在电化学中的应用研究进展
    高晨祥, 张珂, 刘春媛, 冯鑫, 霍鹏飞
    化工进展. 2021, 40(S2):  203-210.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1233
    摘要 ( 116 )   HTML ( 4 )   PDF (2996KB) ( 153 )  
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    木材具有发达的孔道结构和良好的机械性能,用木材制备的电极和电解质材料具备优异的电化学性能,成为了当下的研究热点。本文综述了近年来木材在电化学领域的研究进展,着重介绍了木材基电极和电解质材料的制备方法以及在电化学传感器、超级电容器和电池中的应用情况;分析了木材提高电极和电解质材料电化学性能的机理,指出木材发达的孔道结构能够有效吸附和传输电解质离子,是赋予材料优异电化学性能的关键。最后总结了木材在电化学领域中应用存在的问题,提出今后应加深对木材孔结构、孔形貌的设计和研究,高效利用木材的微观结构,丰富木材的改性方案。

    吸附蓄热材料性能研究进展
    高士超, 王树刚, 胡沛裕, 王继红, 张腾飞, 辛全昊
    化工进展. 2021, 40(S2):  211-218.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1329
    摘要 ( 102 )   HTML ( 0 )   PDF (653KB) ( 120 )  
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    可再生能源的利用不仅可降低环境污染,还有助于实现“碳中和”目标,蓄热技术是有效利用太阳能等不稳定可再生能源的重要途经之一。热化学蓄热材料由于储能密度高、热损失小等优点可实现低品位热能的跨季节应用。本文对现有文献内吸附蓄热材料的蓄热性能进行总结分析,对比四类蓄热材料在不同运行工况下的储能密度、输出功率与蓄热效率等蓄热性能,并论述各类材料的典型应用案例。文中指出:溶液吸收材料脱附温度较低,但系统传热传质性能较差,实际应用中无法满足建筑供暖需求;固体吸附材料循环稳定性好,可采用太阳能集热器作为热源使其再生,它是目前建筑供暖中具有较大潜力的蓄热材料;纯热化学反应材料储能密度最高,然而其循环稳定性差,仍处于实验室研究阶段;兼有固体吸附材料与无机盐优点的复合材料有望成为建筑内理想的蓄热材料。最后文章针对各类材料提出其未来的研究方向。

    超滤膜技术概述
    黄凯楠, 吉学智, 王飞, 高成云, 卢静琼
    化工进展. 2021, 40(S2):  219-225.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0772
    摘要 ( 180 )   HTML ( 6 )   PDF (529KB) ( 171 )  
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    当今社会,超滤作为一种新型膜分离技术,应用的领域十分广泛,而且也获得了良好的效果。本文首先介绍了超滤技术的原理、四大有机高分子膜材料和相转化制膜中常用的浸没沉淀法和溶剂蒸发法,然后简述了超滤膜的优点、四大领域的应用、三大污染物质及防治措施,并把超滤膜技术多年后的研究方向和未来前景总结出来。指出超滤膜具有在水处理净化、食品提纯和中药分离等方面的诸多优势,接下来在广泛总结颗粒物、有机物和微生物污染的基础上,通过针对性的污染类别,遴选出高效的处理措施,并且能够显著提升超滤膜的抗菌抗污染性能,从而为超滤膜发展和实践运用提供可能。文中提出:今后研究的重点将是制备高性能、低成本、绿色化的超滤膜,并与其他膜分离技术协同作用于生产生活。

    环保型沥青研究进展
    丁佳瑛, 薛永兵, 刘振民, 李韬, 储一帆
    化工进展. 2021, 40(S2):  226-231.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0859
    摘要 ( 111 )   HTML ( 3 )   PDF (422KB) ( 74 )  
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    道路沥青在施工过程中产生的沥青烟无组织排放不仅会影响周围空气质量,还会对施工人员及周围居民造成健康隐患。为减少沥青烟污染,研究并使用较多的方法有工艺减排以及低排放沥青两种。工艺减排是采用一定的技术手段降低沥青体系的黏度,从而降低沥青混合料的拌合温度,以减少沥青烟排放。本文对温拌沥青技术研究进行了部分阐述,详细综述了研究较多的低排放沥青,即添加抑烟剂(阻燃剂、吸附剂、聚合物及一些新型材料等)通过物理或化学的方法将沥青烟气中的小分子加以固定,从而减少排放量。但单独使用某一抑烟剂会导致部分路用性能的下降,采用复配的方法从而克服这一缺点。本文对环保型沥青的研究及进展进行了总结并展望。

    基于专利申请分析改性石油沥青路用发展态势
    储一帆, 薛永兵, 李韬, 丁佳瑛, 王潇潇, 刘振民
    化工进展. 2021, 40(S2):  232-240.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0473
    摘要 ( 94 )   HTML ( 1 )   PDF (773KB) ( 69 )  
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    近年来,技术创新在各个行业的发展中发挥着越来越重要的作用,随着知识经济新时代的到来,专利已经被公认为是衡量技术创新能力的一个重要科学指标。我国大量的石油沥青路面破损严重,各种非常规的问题相继出现,为了更好地了解改性石油沥青路用发展的研究现状和趋势,本文围绕近年来公开的专利成果并结合文献报道,归纳总结并分析了国内改性石油沥青专利技术路线的特点,结果说明了其改性剂必将更加环保,多种改性剂复合改性的效果良好,并提出了在物理方法制备的基础上,配合适当的化学稳定法,必能得到性能优异的路用改性石油沥青,最后对改性石油沥青的研究重点和方向进行了探讨,认为其材料会趋向于乳化高黏沥青,功能会趋向于复合化,施工机械小型化。旨在为国内改性石油沥青的研究和应用提供参考。

    共价有机框架材料对放射性核素吸附的研究进展
    陈琦, 王文涛, 张志鹏, 晏太红
    化工进展. 2021, 40(S2):  241-255.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0951
    摘要 ( 140 )   HTML ( 2 )   PDF (4441KB) ( 510 )  
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    共价有机框架材料(covalent organic frameworks, COFs)是一类由轻质元素通过共价键连接的具有周期性和结晶性的新兴有机多孔聚合物。COFs具有比表面积大、孔隙高度可调及易于化学修饰等特点,使其能满足多样的设计需求,成为吸附剂的理想材料。本文综述了近年来COFs及其复合材料作为高效吸附剂在放射性核素吸附领域的研究进展,首先提出了COFs的结构优势,并对COFs与放射性核素的相互作用机理进行了分类,评估了多种COFs对几种代表性放射性核素的吸附性能,简要总结了吸附的作用方式,并分析了实现高吸附容量以及高选择性的原因,还讨论了COFs材料的可再生性。在文章的最后对用于吸附放射性核素的COFs材料的发展趋势进行了总结和展望,也就目前的局限性(COFs的制备、选择性的提高、稳定性的探究以及深度机理研究、工业规模的应用等)为设计和探究具有更优异吸附性能的COFs材料提供了一些建议。

    渗透汽化膜的制备及其应用进展
    马顺选, 宋小三, 王三反, 张轩
    化工进展. 2021, 40(S2):  256-264.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0972
    摘要 ( 88 )   HTML ( 4 )   PDF (785KB) ( 62 )  
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    渗透汽化(pervaportion, PV)作为一种新颖的分离技术在工业范围内得以应用,至关重要的是它在恒沸混合物、近沸混合物分离方面的显著优势。相比分馏、精馏、萃取等传统分离方法,渗透汽化技术具有经济、高效、便于管理的优点,但目前缺少优质的渗透汽化膜材料和先进的膜制备方法。本文综述了近年来渗透汽化技术以及渗透汽化膜的研究现状,首先介绍了PV技术的分离机理、PV膜的制备方法、PV技术在工业上的应用领域等,并重点讨论了料液温度、料液浓度、料液流速、膜上下游蒸汽压差、膜材料等关键因素对渗透汽化分离性能的影响。文中提出未来渗透汽化技术应在膜材料方面积极探索,选用聚合物为材料,并结合先进的膜制备方法来进一步降低膜的厚度,从而明显地提高膜渗透通量。

    多孔纳米基复合相变材料在建筑节能中的应用进展
    舒钊, 钟珂, 肖鑫, 贾洪伟, 吕凤勇, 常沙
    化工进展. 2021, 40(S2):  265-278.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0482
    摘要 ( 86 )   HTML ( 1 )   PDF (4198KB) ( 220 )  
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    近年来相变材料的开发和应用受到广泛的关注,研究表明,纳米和多孔基复合相变材料可以显著提高材料热导率和热稳定性,同时可以有效防止相变材料在熔融和凝固过程中发生的泄漏问题。本文主要介绍了建筑领域的纳米和多孔基复合相变材料的选择和制备、材料的表征及热物性测量研究,简述了掺入复合相变材料的砂浆、石膏板、混凝土和砖块的热性能情况,通过实验和数值模拟分析了建筑系统中的复合相变材料的应用情况,对采用了储热相变材料的建筑系统进行成本分析和节能研究。最后说明应根据地区气候和使用需求选择不同相变点和热导率的相变材料,添加相变墙体可提高热舒适性,并有效减少能耗。同时指出如何将相变墙体更好地与主动式技术结合,以及探究降低相变墙体的可回收年限和长时间使用相变墙体后的热性能是今后的主要研究方向。

    普鲁士蓝类正极材料在钾离子电池中的应用研究进展
    沈牧原, 邵奕嘉, 黄斌, 刘燕晨, 廖世军
    化工进展. 2021, 40(S2):  279-289.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0586
    摘要 ( 105 )   HTML ( 3 )   PDF (3726KB) ( 172 )  
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    与锂元素比较,钾元素资源丰富,价格低廉,且物理化学性质与锂元素和钠元素相似,因此钾离子电池已成为取代成本相对较高的锂离子电池的最佳选项之一,近年来受到了广泛的关注。普鲁士蓝及其类似物(PBAs)具有开放的框架结构,给半径较大的钾离子提供了便捷的扩散通道,这一特点使普鲁士蓝及其类似物成为了钾离子电池正极材料的理想候选者。本文系统介绍了近年来国内外关于普鲁士蓝材料做为钾离子电池正极材料方面的研究进展,包括在有机系钾离子电池和水系钾离子电池中的应用情况,并对这类材料在钾离子电池正极材料中的发展前景、存在的问题及挑战做了分析和展望。

    聚苯乙烯磺酸钠对掺混聚偏氟乙烯阴离子交换膜的改性表征
    陈志华, 周键, 王三反
    化工进展. 2021, 40(S2):  290-294.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1552
    摘要 ( 83 )   HTML ( 1 )   PDF (2474KB) ( 200 )  
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    聚苯乙烯磺酸钠(PSS)因含有强电离作用的负电荷基团(磺酸基团)可以和聚偏氟乙烯(PVDF)一起改性阴离子交换膜,使膜在提高稳定性的前提下,保证其他性能。本实验采用浸润改性法,用PSS浸润改性添加了PVDF的阴离子交换膜。探讨了PSS含量对膜性能的影响,如膜电阻、离子交换容量、含水率和选择透过性。利用红外光谱仪及扫描电子显微镜表征手段对膜表面性质和结构进行了分析。结果表明,当PSS含量增加时,膜面电阻先降低后升高,离子交换容量和含水率升高,离子选择透过性先升高后降低。虽然PVDF的添加使阴离子交换膜除稳定性外的其他性能下降,但PSS的浸润改性弥补了这一缺陷,这使得PSS与PVDF复合改性的阴离子交换膜具有一定的实用价值。

    聚乙烯阴离子交换膜掺混聚偏氟乙烯改性表征
    陈志华, 周键, 王三反
    化工进展. 2021, 40(S2):  295-300.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0526
    摘要 ( 71 )   HTML ( 5 )   PDF (2691KB) ( 97 )  
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    聚偏氟乙烯(PVDF)因含氟乙烯基单体,拥有良好的化学稳定性、热学稳定性和机械性能,与其他高分子膜材料相比更容易提高离子交换膜的性能。本实验采用热压法制备PVDF聚乙烯阴离子交换膜,探讨了PVDF含量对膜性能的影响,如膜电阻、离子交换容量、耐破度、含水率和选择透过性。利用红外光谱仪及扫描电子显微镜表征手段对PVDF膜表面性质和结构进行了分析。结果表明,当PVDF含量增加时,膜面电阻、耐破度升高。离子交换容量、含水率,反离子选择透过性降低。虽然PVDF的添加导致含水率、交换容量等膜性能的下降,但耐破度的升高表明膜稳定性和机械性能得到了提升,这赋予PVDF聚乙烯膜一定的使用价值。

    聚丙烯酰胺/碳量子点/氧化石墨烯复合水凝胶制备及其性能分析
    杨晓芳, 魏铭, 孙力
    化工进展. 2021, 40(S2):  301-308.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0606
    摘要 ( 122 )   HTML ( 4 )   PDF (4098KB) ( 197 )  
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    目前相比于只用一种物理交联剂,同时用两种物理交联剂提高复合水凝胶力学性能的研究少有报道。为了研究同时以碳量子点(CQDs)和氧化石墨烯(GO)作为多官能度物理交联剂对复合水凝胶力学性能的影响,本文首先分别用低温水热法和改进的Hummer法制备了50mg/mL 的CQDs水分散液和5mg/mL的GO水分散液。通过原位自由基聚合的方法,改变CQDs和GO用量,制备了一系列聚丙烯酰胺(PAM)类纳米复合水凝胶(PAM/CQDs/GO)。利用X射线衍射仪、拉力机和流变仪对所得的水凝胶进行表征和测试。得出当用1mL的CQDs水分散液和4mL的GO水分散液制备的PAM/CQDs/GO复合水凝胶力学综合性能最好,其断裂伸长率为3916.86%,拉伸强度为165.3kPa,杨氏模量为33.36kPa。结果表明:适量的CQDs和GO都能提高PAM/CQDs/GO复合水凝胶的多种力学性能,其中GO更有利于增大纳米复合水凝胶的拉伸强度、杨氏模量和耗散能,而CQDs更有利于增大断裂伸长率。与GO相反,CQDs的加入能提高纳米复合水凝胶的黏性、降低其刚性和再次被拉伸时的杨氏模量。通过对CQDs和GO的用量进行调节,可以制备出力学性能不同的纳米复合水凝胶,以满足不同领域的需要,拓宽水凝胶的应用范围。

    液相法制备棒状Al2O3及Al2O3-ZrO2陶瓷复合粉体
    靳元勋, 霍地, 孙旭东
    化工进展. 2021, 40(S2):  309-314.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0730
    摘要 ( 72 )   HTML ( 4 )   PDF (3489KB) ( 259 )  
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    采用二乙三胺五乙酸(DTPA)为配合剂,以简易的液相法合成出微纳米纤维状Al和Al-Zr前体,煅烧处理制备了棒状α-Al2O3和Al2O3-ZrO2复合陶瓷粉体。同时研究了DPTA∶Al3+质量比、反应温度与时间对陶瓷粉体形态的影响。利用X射线衍射(XRD)、热分析(TG/DSC)以及扫描电子显微镜(SEM)对粉体进行了表征。结果表明:较高的DTPA∶Al3+质量比以及较长的反应时间有利于制备高长径比的纤维棒状Al和Al-Zr配合物前体。合成纳米纤维状α-Al2O3和Al2O3-ZrO2前体的最优条件是反应温度60℃,反应时间5.5h,DTPA∶Al3+比例为1.2∶1。相应地,该前体煅烧后可以制备出棒状α-Al2O3和Al2O3-ZrO2复合陶瓷粉体。

    CO2在ZIF-8/乙二醇-2-甲基咪唑浆液中溶解能力理论分析
    姚德松, 刘煌, 陈莉, 李瑞景, 王舰
    化工进展. 2021, 40(S2):  315-321.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0962
    摘要 ( 98 )   HTML ( 3 )   PDF (1571KB) ( 51 )  
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    有效降低CO2排量实现碳中和是当前研究热点之一。ZIF-8/乙二醇-2-甲基咪唑浆液被发现不仅能高效地捕集CO2,同时能利用浆液良好的流动性实现一个碳捕集-浆液流动再生-浆液再利用的连续碳捕集过程。为了有效地掌握纯CO2气体在ZIF-8/乙二醇-2-甲基咪唑浆液中的溶解能力,本文首先测定了293.15K、303.15K和313.15K下CO2在干ZIF-8上的吸附量和在2-甲基咪唑-乙二醇溶液中的溶解性;然后基于Langmuir方程和CO2溶解机理进一步建立了相应吸附量和溶解度计算数学模型;最后综合考虑ZIF-8/乙二醇-2-甲基咪唑浆液中乙二醇和ZIF-8之间的共存特征和相互影响,建立了CO2在目标浆液中溶解吸收量计算数学关联式。所得研究结果对浆液法CO2技术的推广和后续流程模拟具有良好的指导作用和理论意义。

    化学组分对干水灭火剂流动性与保水性的影响
    孔令冬, 史红星, 张彤, 刘香翠, 金青君
    化工进展. 2021, 40(S2):  322-326.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1075
    摘要 ( 69 )   HTML ( 1 )   PDF (1457KB) ( 114 )  
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    干水(dry water)是微水滴颗粒被纳米级疏水性二氧化硅颗粒包覆层封装形成的、整体呈固体粉末状的粉体材料,其颗粒内含水量可高达98%,内部水分可以通过高温蒸发和外力挤压作用释放出来,是很有潜力的特种灭火新型材料。干水灭火剂的核心是功能性化学灭火组分,本文设计并制备了包覆不同功能性化学灭火组分的系列干水灭火剂,并测定表征了所制备干水灭火剂的粒径分布、流动性与保水性,研究了不同功能性化学灭火组分对干水灭火剂储运性能的影响。结果表明,不同功能性化学灭火组分的加入能够在一定程度上提高干水材料颗粒的流动性和保水性,其中磷酸二氢铵干水的流动性最优,氯化钠干水的保水效果最好。研究对干水灭火剂的制备、储运与使用具有重要意义。

    克劳斯工艺防腐蚀涂层数值模拟
    张立胜, 黄山, 刘师承, 周屈兰, 裴爱霞, 李娜
    化工进展. 2021, 40(S2):  327-333.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1180
    摘要 ( 93 )   HTML ( 3 )   PDF (5179KB) ( 423 )  
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    燃料、烟气中的高浓度硫化氢以及液滴对克劳斯工艺中燃烧设备有严重的腐蚀和冲蚀作用,很容易引发大型生产安全事故。液滴的冲蚀在金属受热面壁面产生细微裂纹是化学腐蚀的起点。涂层能够防止化学腐蚀,本文通过建立数学模型准确描述了克劳斯硫黄回收工艺中液滴撞击防腐蚀涂层的过程,运用离散迭代方法对整个计算区域进行求解,得到了撞击过程中防腐蚀涂层内部、涂层与固体黏结面以及固体内部的应力分布,确认了涂层方案能够在克劳斯硫黄回收工艺中解决金属受热面液滴冲蚀的问题;同时研究了不同厚度的涂层对应力分布的影响,得出了量纲为1最大应力与撞击速度之间的经验公式,提出采用20μm厚的氮化硅涂层是经济高效的克劳斯工艺壁面保护措施。

    湿化学法制备石榴石型固态电解质Li7La3Zr2O12
    潘迪, 孔江榕, 刘欣楠, 黄美琪, 周涛
    化工进展. 2021, 40(S2):  334-339.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1200
    摘要 ( 103 )   HTML ( 4 )   PDF (2961KB) ( 176 )  
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    锂电池因能量密度高、循环寿命长、绿色清洁等特点被广泛应用,但其液态电解质易泄漏、挥发,且隔膜易被锂枝晶刺穿造成短路,引发危险。固态电解质大多是不具燃烧性的无机材料,室温下离子电导率较高、电化学窗口宽且适用温度范围广。因此,采用固态电解质替代液态电解质具有十分重要的意义。相对于其他类型固态电解质,石榴石型氧化物Li7La3Zr2O12(LLZO)具有离子电导率高、电化学窗口宽(>5V vs. Li/Li+)、对锂稳定性好和热稳定性高等特点,是非常具有发展潜力的无机固态电解质。本文采用溶胶-凝胶法和低温燃烧法两种湿化学法合成LLZO粉末,对应的电解质片在40℃时的离子电导率分别为1.22×10-5S/cm和3.87×10-6S/cm,活化能分别为0.34eV和0.32eV。从实验结果综合比较,溶胶-凝胶法为最佳制备方法。

    精细化工
    环氧生物质油在合成润滑油基础油的研究进展
    毛瑞云, 段庆华
    化工进展. 2021, 40(S2):  340-347.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1019
    摘要 ( 103 )   HTML ( 2 )   PDF (883KB) ( 81 )  
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    衍生于植物油和动物脂肪的生物质油是生物润滑油的重要原料。与矿物油相比,生物质油具有低毒性、高生物降解性、高润滑性和良好的黏温性等优点,但其含双键和甘油酯基导致低温流动性和氧化稳定性差。因此,生物质油不宜直接作为润滑油基础油使用。生物质油经环氧化改性增加了氧化稳定性,加强了对金属表面的吸附,提高了润滑性。但是,单纯进行环氧化改性,也会导致油品的黏温性和低温流动性变差。因此,需要对环氧生物质油进一步开环改性。对比选择性氢化、异构化等改性方法,环氧化-开环方法反应条件温和,分子设计空间大。本文总结了由环氧植物油通过开环醚构化、酰化合成生物基础油的现状和发展趋势, 重点阐述了环氧植物油及其衍生物环氧脂肪酸甲酯与有机醇、羧酸和酸酐合成润滑油的研究进展,分析了改性分子结构对润滑油性能的影响,讨论了合成生物润滑油研究中尚存的问题, 并认为优化改性工艺、开发绿色高效的催化剂是未来的发展方向。

    资源与环境化工
    含酚废水液膜脱酚技术研究进展
    齐亚兵, 罗橙, 张思敬
    化工进展. 2021, 40(S2):  348-355.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0668
    摘要 ( 94 )   HTML ( 2 )   PDF (1383KB) ( 95 )  
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    含酚废水难降解、毒性大,对环境危害极大。因此,含酚废水的处理已成为相关化工企业面临的一大难题。液膜脱酚技术由于具有工艺简单、占地面积小、节能环保、分离效率高和选择性高等优点,其在含酚废水的处理领域得到了广泛的关注。乳状液膜脱酚是目前研究和应用较多的一种液膜脱酚技术,目前的研究重点是如何提高液膜的稳定性和易于破乳。支撑液膜脱酚技术目前基本处于实验室研究阶段,其研究关注点是如何提高支撑液膜的稳定性。聚合物包容膜脱酚技术的研究还处于起步阶段,其研究核心是如何提高酚通过膜时的膜通量。本文从液膜系统的构筑、脱酚过程、研究及应用进展、存在问题和解决方法等方面入手,系统地综述了国内外液膜脱酚技术的研究进展与应用现状,并对液膜脱酚技术的发展趋势进行了展望。

    光催化技术在水处理中的研究进展及挑战
    水博阳, 宋小三, 范文江
    化工进展. 2021, 40(S2):  356-363.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0756
    摘要 ( 216 )   HTML ( 11 )   PDF (680KB) ( 290 )  
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    利用太阳光去除有机污染物和有害细菌的光催化技术一直被认为是水处理中最有使用价值的技术之一,因为其具有操作简便、不引入二次污染、能源清洁等优点而在环境净化领域具有巨大的应用潜力,近些年在水和空气净化中被广泛研究。本文介绍了光催化技术的基本机理并分析了影响光催化效率的因素,总结了包括表面光敏化、离子掺杂改性等提高光催化效率的手段,回顾了近些年光催化技术在饮用水处理及废水处理领域当中的研究应用情况,将光催化技术与生物法、膜法等传统技术结合应用并对其机理进行探究,有助于进一步发展基于可见光作为清洁、可再生能源驱动的光催化环境修复技术。重点关注光催化技术在环境保护,尤其是水处理领域的发展潜力,并对于光催化技术未来的发展方向进行了展望。

    二氧化碳水合物稳定储存的影响因素研究进展
    王英梅, 张兆慧, 牛爱丽, 刘生浩, 焦雯泽, 张鹏
    化工进展. 2021, 40(S2):  364-372.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1275
    摘要 ( 93 )   HTML ( 4 )   PDF (932KB) ( 43 )  
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    CO2置换开采天然气水合物以及水合物法气体储运技术是当前科学家们研究的热点,而水合物的稳定性对其长时间储存和长距离运输至关重要。因此必须提高二氧化碳水合物储存能力和寻求水合物高效稳定的储存条件,然而科学家们发现一些促进剂可以使水合物在温和的条件下长时间存储。本文从“自保护”效应的3种机制、温度、压力以及粒径、促进剂和水合物形态这些因素分析了其对二氧化碳水合物稳定性的影响,证明气体水合物普遍在260~270K和0.1~0.4MPa的条件下稳定性较好,并且同种促进剂在冰点上下对水合物稳定性的影响不同,最后指出了水合物稳定性方面今后的研究方向。

    太阳能电絮凝技术在水处理中的研究进展
    王一茹, 宋小三, 王三反, 范文江
    化工进展. 2021, 40(S2):  373-379.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1230
    摘要 ( 93 )   HTML ( 3 )   PDF (992KB) ( 83 )  
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    太阳能电絮凝技术(SPEC)是一种水处理新技术,其结合了太阳能光伏发电可再生、可持续的特点和电絮凝处理废水无需添加化学药剂、产泥量少、设备易操作、占地小的优势,为太阳能丰富的地区带来了更加高效、环保和节能的水处理方法。本文阐明了电絮凝的原理,并分析了阳极材料、电极连接方式、电流密度、初始pH、电导率和极板间距对废水中污染物去除效率的影响。随后,重点综述了国内外学者对SPEC技术处理染料废水、含磷废水、含油废水、偏远地区分散式废水和SPEC与其他技术耦合处理废水的研究进展。最后,点明了SPEC技术当前存在的不足及挑战,并对未来的研究方向提出了展望。

    高级氧化技术处理1,4-二烷污染研究进展
    张轩, 宋小三, 赵珀, 董元华, 刘云
    化工进展. 2021, 40(S2):  380-388.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0988
    摘要 ( 121 )   HTML ( 3 )   PDF (1474KB) ( 133 )  
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    随着工业的发展,各种新兴有机污染物不断出现,1,4-二烷作为其中之一,广泛存在于地表水和氯代烃污染的地下水中。由于其稳定的杂环结构及高水溶性,常规的水处理技术很难完全去除1,4-二烷,高级氧化技术利用?OH、SO4?-等强氧化性自由基可有效地降解1,4-二烷。本文首先阐述了1,4-二烷的污染现状,重点概述了近年来国内外1,4-二烷降解的高级氧化技术,主要包括光催化氧化法、电化学氧化法和活化过硫酸盐氧化法等,深入分析了这些高级氧化技术对1,4-二烷的降解机理,并总结了这些技术用于处理1,4-二烷的降解效果及影响因素,最后提出了高级氧化技术处理1,4-二烷目前存在的问题及未来的研究和发展方向,以推动1,4-二烷污染处理技术的发展,为实际污染水体的治理奠定理论基础。

    生物炭基材料在抗生素废水处理中的研究进展
    姜记威, 张诗轩, 曾文炉, 李凤祥
    化工进展. 2021, 40(S2):  389-401.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0990
    摘要 ( 232 )   HTML ( 20 )   PDF (2427KB) ( 478 )  
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    生物炭是一种由生物质原料热解而成的稳定多孔碳材料。目前,生物炭及其碳基材料作为功能材料因其在一定程度上不仅实现了废弃物的合理资源化利用,而且兼具经济与环境效益而倍受研究者关注。本文综述了生物炭的生物质原料种类、生物炭在不同成分下(纤维素、半纤维素、木质素)的形成机制及表面特性;重点介绍了生物炭的改性技术,主要包括物理化学处理、杂原子掺杂、金属元素掺杂、多种元素共掺杂以及制备工艺的改良等,生物炭改性的目的是为了增加其比表面积、反应活性位点和官能团,改良孔隙结构和无机成分,从而提高它在修复环境污染的性能;然后综述了生物炭作为优良吸附剂或催化剂在用于抗生素废水的具体应用及其去除机理。最后指出生物炭虽被证明了具备去除水中各类抗生素的潜力,但在材料本身的优化以及工程抗生素废水应用中仍有一些需要填补的知识空白。

    负载两种不同电极材料MEC处理实际垃圾渗滤液的运行特性
    付成林, 伍永钢, 胡谦, 程玉虎
    化工进展. 2021, 40(S2):  402-410.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0493
    摘要 ( 99 )   HTML ( 1 )   PDF (4192KB) ( 163 )  
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    构建了以碳毡(A-MEC)和碳刷(B-MEC)为电极材料的微生物电解池(microbial electrolysis cell, MEC)处理实际垃圾渗滤液,研究不同外加电压条件下反应器的运行特性。结果表明,外加电压对MEC系统污染物去除率有显著影响且呈正相关性,外加电压升高到1.2V时,A-MEC和B-MEC对垃圾渗滤液中COD的最大去除率分别为48.23%±0.22%和70.21%±1.12%,NH4+-N最大去除率分别为88.83%±1.19%和84.55%±2.08%,运行时A-MEC和B-MEC的最大电流密度分别为11.12A/m3、12.52A/m3,相比于A-MEC系统,B-MEC的内阻更低;两种MEC系统对浊度和色度均有明显的去除效果,但B-MEC色度去除率比A-MEC高出47.83%±1.62%;紫外-可见光谱结果表明,两种MEC处理后垃圾渗滤液的特征波长波峰明显低于初始垃圾渗滤液,说明不饱和键被破坏,结构复杂程度下降。通过电镜扫描进一步发现碳刷电极的微生物形态要比碳毡电极丰富。本文为高效处理垃圾渗滤液提供了新的思路。

    高硫煤泥燃烧过程中的汞排放特性
    郭晋荣, 程鹏, 贾里, 郭婧楠, 王彦霖, 张永强, 乔晓磊, 樊保国
    化工进展. 2021, 40(S2):  411-420.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0888
    摘要 ( 92 )   HTML ( 2 )   PDF (2781KB) ( 287 )  
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    通过固定床程序升温汞脱附试验系统对所选高硫煤泥中汞排放特性进行在线监测,并利用热重分析仪对煤泥热解和燃烧特性进行研究,结合试验所得热解和燃烧特性参数,采用分布活化能模型,进行动力学分析。结果表明:煤泥的热解和燃烧过程可分为3个阶段,非等温条件下,随着升温速率增加,热解过程在高温区发生,最大失重率提升,对应峰值温度偏移,产生热滞后,利于挥发分析出;在煤泥热解过程中少量氧气的参与,抑制挥发分的析出,在7% O2条件下综合热解特性参数值D最大。热解性能随CO2浓度升高而得到改善;煤泥燃烧性能随升温速率的增加而得到加强,其活化能随转化率变化呈现“U”型趋势分布;煤泥中无机汞化合物主要为HgCl2、α-HgS、HgSO4以及硅铝酸盐类结合汞,总汞释放主要范围对应200~600℃;煤泥中汞释放量随O2浓度增大,CO2气氛条件下,随着CO2浓度增加,总汞释放量逐渐增大。

    大庆多源含油污泥热解特性的对比
    林法伟, 郑发, 李建陶, 吕雅慧, 宋学峰, 许成君, 马文臣, 陈冠益
    化工进展. 2021, 40(S2):  421-433.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0900
    摘要 ( 85 )   HTML ( 0 )   PDF (3857KB) ( 351 )  
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    大庆油田是我国第一大油田,自1959年开采后已有50多年的发展历史,到2020年原油年产量已稳定到3000万吨左右。石油开采过程伴随大量含油污泥的产生,含油污泥属于危险废物,需要寻求安全清洁的处置方式。热解技术在实现无害减量的同时可实现油品资源的高效回收。本文对大庆油田不同来源含油污泥热解特性进行分析,为含油污泥处理方案选择提供理论依据。首先通过热重-红外-质谱(TG-FTIR-MS)联用测试了多源油泥样品的热解特性以及气体产物释放规律;然后采用固定床热解炉在600℃的终温下对多源含油污泥样品进行热解试验,得到三相产率;借助色谱-质谱联用(GCMS)、X射线衍射(XRD)和红外光谱(FTIR)测试对油相产物和固相产物进行详细分析。结果表明热解油以中低链烷烃为主,烯烃和醇含量相对较低,热解渣中主要以SiO2和CaCO3为主。

    高浓度含铜电镀废水膜电解处理与回用
    周杰, 宋小三, 王三反
    化工进展. 2021, 40(S2):  434-442.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1006
    摘要 ( 110 )   HTML ( 3 )   PDF (2140KB) ( 80 )  
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    随着电镀行业的发展,电镀废水排放造成的污染问题一直困扰着研究者。而针对其中高浓度含铜电镀废水少污染、可回收的目标,开发了单膜双室膜电解法处理并回收铜的新工艺,本实验研究了其运行方式、回收效果与机理并对回收的产物进行表征。在一个电解槽内阴阳两极之间放入一张阴离子交换膜,研究了初始Cu2+浓度、电流密度、pH、极板间距、温度和添加剂等运行参数对铜回收率和能耗的影响。在Cu2+初始浓度50g/L,阴极板电流密度400A/m2,温度40℃,极板间距30mm,阴极室pH=6.5,添加1g/L硝酸铵的最优工况下,测得铜回收率可以达到96.1%,电流效率超过70%,并且反应能耗为5737kWh/t。同时通过表征分析在最佳工艺条件下电解回收的铜,发现其颗粒较小、大小均匀、棱角分明,且其纯度高,具有较高的经济价值。

    化工园区
    基于聚丙烯无纺布与耗氧传感器的泄漏乳化油的监测
    施羽昕, 苌现, 姜斐, 孙志娟, 薛立新
    化工进展. 2021, 40(S2):  443-450.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0786
    摘要 ( 85 )   HTML ( 1 )   PDF (3992KB) ( 269 )  
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    利用聚丙烯无纺布(polypropylene non-woven fabric,PP NWF)和耗氧传感器结合来构建一个乳化油监测探头。PP NWF是一种超疏水吸油材料,可以快速吸附乳化油污,利用该性能,本监测探头先用PP NWF富集乳化油污,再用探头对材料中的氧含量进行监测,从而达到乳化油监测的目的。本文通过监测不同种类的乳化油(表面活性剂为吐温80的正己烷乳化油、石油醚乳化油、甲苯乳化油及表面活性剂为司班80的正己烷乳化油、石油醚乳化油、甲苯乳化油)来验证其可行性。结果表明:该监测探头可以监测到不同乳化条件下的乳化油,并且能监测到不同种类的乳化油。其中监测甲苯乳化油时响应时间最短,可以在6s内监测到该油污。固定PP NWF时的耗氧传感器探头的最低检测限为1.27g/L,监测效率较未固定PP NWF时提高了近8倍。综上,固定PP NWF的耗氧传感器探头可以作为海洋乳化油监测重要的一个系统,对海洋乳化油泄漏事故进行在线实时监测,可以快速准确提供早期溢油预警。

    炼化一体智能化工厂计划优化模型设计及应用实践
    汪洪涛, 杨磊, 王华, 董丰莲
    化工进展. 2021, 40(S2):  451-455.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1457
    摘要 ( 127 )   HTML ( 2 )   PDF (2007KB) ( 282 )  
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    炼化企业供应链协同优化对实现智能炼厂至关重要,计划优化系统是供应链协同优化实现的核心系统。本文详细介绍了规划总院自主研发的新一代计划优化软件整体框架及主要功能,在该平台基础上结合炼化一体化企业流程数据、原油数据库及产品销售等边界条件进行了炼化一体化模型设计及建设,用于开展各类优化分析,并基于线性规划原理,通过边际效益分析及多方案对比分析,结合原油保本价法、缩减成本法及等量替代法等不同的原油选购方法,开展了原油选购测算及应用分析,并对炼化一体化企业加工原油提出了相关建议,指导企业原油选购。

    天然气开采企业生态环境保护监督要点探讨
    徐波, 文静, 刘润昌, 李烨楠, 徐炳科, 江丽
    化工进展. 2021, 40(S2):  456-460.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1392
    摘要 ( 83 )   HTML ( 0 )   PDF (390KB) ( 127 )  
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    天然气开采过程会产生废水、废气、噪声和固体废弃物,若管控不当将对生态环境造成影响和威胁,开展生态环境保护监督是提升企业生态环保管理,促进生态环境保护措施落实的重要手段。对此,本文阐述了天然气钻井、采气、集输、净化等过程的产污环节,并结合环保管理的要素提出了天然气开采企业生态环境保护监督内容,主要包括习近平生态文明思想贯彻落实、排污许可执行、建设项目环评与“三同时”合规管理、环境风险管控与隐患治理、清洁生产与温室气体管控、污染防治、环保培训与统计等。根据天然气开采行业特点,归纳总结了“查”、“看”、“问”、“听”、“演”、“测”、“考”、“录”的监督方法建议,提出了以标准化监督结合智能化与信息化监督,并以专项监督、日常监督和多级监督的生态环境保护监督模式。