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2018年 第37卷 第06期 刊出日期:2018-06-05
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    本期封面、中英文目次表
    化工进展. 2018, 37(06):  0-0. 
    摘要 ( 148 )   PDF (11960KB) ( 129 )  
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    化工进展. 2018, 37(06):  0-0. 
    摘要 ( 8 )   PDF (7088KB) ( 54 )  
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    特约评述
    金属卟啉催化氧化环己烷最新研究进展
    沈海民, 王岩, 佘远斌
    化工进展. 2018, 37(06):  2031-2045.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2249
    摘要 ( 249 )   PDF (1167KB) ( 349 )  
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    系统综述了金属卟啉催化氧化环己烷的最新研究进展,包括以PhIO、PhI (OAc)2、O2t-BuOOH、NaIO4和H2O2为氧化剂的各种氧化体系。认为开发以O2为氧化剂、高活性高选择性的非均相金属卟啉催化体系是今后金属卟啉催化氧化环己烷的主要方向,尤其是多金属中心的金属卟啉体系,将对O2具有高活化性能和对环己基过氧化氢分解转化具有高催化活性的金属卟啉共价键连组合,构筑多金属中心的金属卟啉体系,促进环己烷催化氧化体系中底物转化率和产物选择性的提高。本综述不仅对开发高活性、高选择性的环己烷催化氧化体系,改进目前工业上环己烷催化氧化体系具有重要的参考价值,而且对其他烃类C—H键和C—C键高效催化氧化体系,甚至其他氧化体系的研究开发也具有重要的参考价值。
    化工过程与装备
    旋转泡沫填料反应器的研究进展
    杨宇成, 杨时颖, MOSES Arowo
    化工进展. 2018, 37(06):  2046-2052.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1896
    摘要 ( 211 )   PDF (9816KB) ( 183 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    旋转泡沫填料反应器是一种新型多相搅拌釜式反应器,其将传统的搅拌桨替换成圆环型泡沫填料,可有效强化反应器内多相间传质混合过程,且多孔填料可作为催化剂载体,能减小多相催化反应中固体催化剂的使用量,具有替换传统多相搅拌釜式反应器和浆态反应器的潜力,将有较好的应用前景。本文详细阐述了旋转泡沫填料反应器的结构和反应器内多相流动形式,着重介绍了反应器内多相流动特性的研究进展及反应器内传质性能的研究现状,并与传统的多相反应器传质性能进行比较;从应用方面分析了反应器用于葡萄糖催化氧化、苯乙烯催化加氢等多相过程的强化方式及优势,通过对比得出旋转泡沫填料反应器能有效降低化工过程中物耗、提高物料的利用率;介绍了与旋转泡沫填料反应器类似的其他多孔式搅拌桨反应器的研究进展,分析了这类反应器的优势,并对其性能进行对比;最后,对旋转泡沫填料反应器研究的不足及未来的发展进行了阐述和展望。
    流程工业智能工厂建设的再思考
    赵路军, 荣冈
    化工进展. 2018, 37(06):  2053-2059.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1655
    摘要 ( 278 )   PDF (826KB) ( 293 )  
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    新一代信息技术的发展日新月异,工业化和信息化的融合不断走向纵深,建设智能工厂已经成为流程工业转型升级的主要抓手。智能工厂建设是一项长期、复杂、创新的工程,相关理论、标准、技术及应用仍处在不断的研究与探索之中。本文对流程工业智能工厂建设策略从工厂本体认知、智能化方案、评估体系、核心支撑要素等维度进行了深入的思考和分析,研究了基于工厂全生命周期数字化资产模型的企业信息化规划建设思路,对数字化资产模型应用的技术条件进行了探讨。基于从数据、模型到应用的综合考虑,设计了流程工业企业信息化系统顶层设计功能架构。从制造企业是主角、以价值创造为导向、人才和组织的跨界与融合、支撑企业发展战略以及智能工厂建设应避免的误区等方面,提出了智能工厂建设的几点建议。最后,对流程工业智能工厂建设的发展趋势等进行了展望。
    带经济成本函数的区间预测控制
    胡铭菲, 许鋆, 罗雄麟
    化工进展. 2018, 37(06):  2060-2066.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1639
    摘要 ( 241 )   PDF (553KB) ( 261 )  
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    将区间预测控制和经济模型预测控制的目标函数结合,得到满足控制要求且经济效益更好的新型控制策略。实际生产中,特别是多变量耦合的复杂过程,某些被控变量只需满足某特定区间即可,而经济模型预测控制以过程经济或过程成本为目标函数,该目标函数使系统以过程的经济效益最大化为控制目标。因此本文提出一种将经济成本函数融入到区间预测控制的方法,利用预测时域分割的方法将经济成本项和区间控制项融合成一个目标函数的前后两个部分,调节时域分割点和权重系数能够兼顾区间控制和过程的经济性能。与传统形式的区间预测控制和经济模型预测控制相比,时域分割策略有更好的经济性能和响应速度。最后对连续搅拌釜反应器进行仿真实验,对比分析各个参数对控制效果的影响以及3种控制策略的性能,结果表明了时域分割策略的有效性。
    超亲水/超疏水匹配超薄热管的传热特性
    刘昌泉, 徐进良, 纪献兵
    化工进展. 2018, 37(06):  2067-2076.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1667
    摘要 ( 289 )   PDF (5185KB) ( 216 )  
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    超薄热管(UTHP)是解决电子器件在狭小空间内散热问题的理想工具,构造纳米结构是提升超薄热管传热性能的重要方法。本文研制了1.30mm厚的新型超薄热管,用化学的方法对吸液芯和冷凝表面进行改性处理,以实现热管中超亲水与超疏水的匹配,通过实验分析了不同充液比工况下纳米结构以及倾角对热性能的影响。结果表明:纳米结构改变了吸液芯和冷凝表面的浸润性,超亲水吸液芯具有更强的吸水能力,超疏水冷凝表面的滴状冷凝机理促进了冷凝液体回流的效率;在小充液比时,吸液芯中的纳米结构促进了沸腾换热和冷凝液体回流速度,提高了热管的临界热流密度(CHF);在大充液比时,吸液芯中的纳米结构增大了蒸汽逸出和液体流动阻力,对热性能具有负面作用;超亲水吸液芯和超疏水冷凝表面匹配的样品冷凝热阻偏大,但在任何充液比工况下,均具有最佳的CHF;倾角对热性能影响较大,当蒸发段位于冷凝段正下方时热性能最佳。
    基于适应策略差分进化算法的化工反应动力学参数估值
    徐斌, 陈旭, 陶莉莉, 张海峰
    化工进展. 2018, 37(06):  2077-2083.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1682
    摘要 ( 201 )   PDF (521KB) ( 160 )  
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    为了更准确地通过煤烟气成分推测汞元素氧化程度,建立精确的汞氧化过程动力学模型至关重要。目前已有的汞氧化过程动力学模型中存在一些难以确定的未知参数,为了确定模型中这些参数的最优值,本文提出一种改进的适应策略差分进化算法(ASDE)。该算法引入变异策略、缩放因子(F)和交叉参数(CR)候选集合,同时为集合中每个候选参数赋予一定的选择概率。在进化搜索过程中,以历史成功搜索信息为基础,实时更新每个候选集合中各参数对应的选择概率,并根据选择概率自适应为下一时刻进化群体中每个个体分配变异策略和对应控制参数。将改进算法用于汞氧化过程动力学参数估值问题,实验结果显示,相对其他6种算法,改进算法ASDE求解得到模型更加接近实际,是一种求解化工反应动力学参数估值问题的有效方法。
    新型径向叶片式旋转床压降分析及气相流场模拟
    陆佳冬, 王广全, 唐迪, 耿康生, 郑斌, 计建炳
    化工进展. 2018, 37(06):  2084-2091.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1703
    摘要 ( 178 )   PDF (7916KB) ( 138 )  
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    针对折流式旋转床压降高、能耗大的问题,提出了一种新型超重力旋转床设备——径向叶片式旋转床。首先,对该旋转床的压降进行了理论分析和建模,并利用水-空气体系进行了实验研究。通过改变气量、转速和液量探究了新型径向叶片式旋转床压降的变化规律,结果表明压降随气量、转速和液量的增加而增加,且随着气量和转速的增加,液量对压降的贡献逐渐减小。压降模型的预测值与实验数据的相对偏差基本在10%以内,表明模型可以较好地预测新型径向叶片式旋转床的压降。另外,通过计算流体力学(CFD)软件的模拟获得了旋转床内气相流场和压力分布的结果,发现转子内压降是总压降的主要部分;气体进入转子后会因叶片作用使得周向速度变大,并在转子外缘处达到最大值;气体的进口流速将会影响旋转床内的气相分布。利用实验数据对CFD模拟结果进行了验证,两者的相对偏差在10%左右。
    水平窄矩形通道内液固两相的流动特性
    任立波, 赵新强, 张少峰
    化工进展. 2018, 37(06):  2092-2100.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1744
    摘要 ( 191 )   PDF (10990KB) ( 120 )  
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    液固两相输运研究主要集中于圆管,窄矩形通道内液固两相水平流动特性和固相扩散特性的研究鲜见报道。在12mm高的水平窄矩形通道内,采用实验研究和计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)数值模拟相结合的方法研究了玻璃珠-水液固两相流动,揭示了压力梯度特性、固相流动特性及其统计学特性、固相扩散特性变化规律。结果表明:在固相运动过程中,形成稀密两相共存的流动结构,密相在水平方向上被加速且向上运动;随着固相浓度增加,固相沿垂向的分布更加均匀,但固相速度非对称分布增强;固相垂向扩散强度随固相浓度增加而减弱。沿垂向将流道分为3个区域:近壁区、颗粒高频碰撞区和颗粒稀疏区。在近壁区,黏性底层-湍流层交界面与颗粒相互作用并将颗粒向流道中心挤压,导致沿流向的固相速度分量和固相体积分散波动较大;在颗粒高频碰撞区,在垂直方向上颗粒无序运动造成其垂向速度分量波动比近壁区和颗粒稀疏区的大;沿流向的固相速度分量和固相体积分数标准差值在整个颗粒高频碰撞区内保持在较小的变化范围,然后在颗粒稀疏区内迅速降低为零。
    固体碱渣解聚均质器结构试验与数值模拟
    赵斌, 高明非, 杜亚杰, 霍殿龙
    化工进展. 2018, 37(06):  2101-2108.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1769
    摘要 ( 179 )   PDF (3524KB) ( 188 )  
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    制碱工业过程产生大量碱渣等废弃物,固体碱渣再利用是化工行业技术难题。本文以某化工股份有限公司氨碱法制碱过程中产生的固体碱渣为研究对象,数值模拟研究了影响均质器内浆液分布均匀性的变化因素,通过试验验证了均质器的最佳结构特征。结果表明:固体碱渣的粒度小,具有溶胶的性质,经过压滤机压滤过后的碱渣,粒子重新团聚,硬度大、不易破碎、解聚;提高均质器的搅拌器转速对流体的流动速度及均质效果有很大改善,但并不能完全消除死区;相比于局部立式搅拌桨叶结构,采用立式搅拌桨结构的均质效果明显,且功耗更小;增加导流板结构,与未加装前相比,功耗降低,综合考虑确定均质器的搅拌器采用立式桨+平直桨+导流板的混合型桨叶结构,有利于提高碱渣再利用的经济性。本文研究结果可为固体碱渣制备脱硫剂的工业应用奠定基础。
    网纹内管双套管双管板安全型换热器的传热性能
    马乾, 刘雪东, 温传美, 谢红笑, 尹传忠
    化工进展. 2018, 37(06):  2109-2115.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1805
    摘要 ( 203 )   PDF (1753KB) ( 196 )  
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    以网纹内管型双套管双管板安全型换热器为研究对象,采用内外管接触面积当量法,将网纹内管与外管内壁的接触面积当量成对应接触面积的直槽管;借助计算流体力学(CFD)软件采用数值模拟的方法对内管为当量的直槽管换热器传热性能进行了研究,换热器管壳两侧的介质均为水,分别将空气和水两种介质填充至隔绝腔内,模拟不同入口流量条件下传热特性;引入接触修正系数,在传统传热系数经验公式的基础上,结合网纹管模型特点,获得网纹内管安全型换热器传热系数计算公式,并对不同工况下换热器的传热系数进行理论计算;建立网纹内管安全型换热器传热特性评价实验台。结果表明:内外管接触面积当量法在处理网纹内管安全型换热器传热特性时具有可行性,基于接触修正系数的传热系数工程经验公式计算结果可靠;数值模拟结果、理论计算结果及实验结果具有较好的吻合趋势;隔绝腔介质分别为水及空气时,网纹内管的传热效率比内管为光管分别提高约24%和40%。
    正火预处理对脉动热管启动时间的影响
    王瑞祥, 闫梦霏, 徐荣吉, 邢美波
    化工进展. 2018, 37(06):  2116-2124.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0033
    摘要 ( 183 )   PDF (19549KB) ( 94 )  
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    启动时间是脉动热管的重要性能指标,与管内壁的表面结构及工质润湿性密切相关。本文分别采用氧乙炔、钎焊炉正火与马弗炉500℃保温5h、480℃保温9h退火等4种处理方式对脉动热管进行预处理,观察了热管的内表面结构,测试了工质在相应表面的润湿性,并与未经处理的脉动热管内进行了对比,分析了脉动热管内表面性质对启动过程的影响机理。以几何参数相同的脉动热管为对象,以无水乙醇为工质,在50%充液率、垂直底部加热的条件下针对氧乙炔正火预处理前后的脉动热管的启动性能进行了对比实验。结果显示,经氧乙炔正火预处理后的脉动热管,工质在管内壁面的润湿性得到改善,热管的启动时间缩短且加热功率越小影响越大,在加热功率30W时启动时间缩短了74s。
    氧化铜-碳纳米管/水混合纳米流体的光热性能
    屈健, 张若梅, 田敏
    化工进展. 2018, 37(06):  2125-2131.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1414
    摘要 ( 182 )   PDF (3957KB) ( 217 )  
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    采用微波加热法制备了氧化铜(CuO)/水纳米流体,并在质量分数0~0.25%的CuO/水纳米流体中添加不同质量分数的多壁碳纳米管(MWCNT)得到CuO-MWCNT/水混合纳米流体。借助分光光度计测试比较了不同浓度的CuO/水纳米流体和混合纳米流体的透射率随波长变化的情况,并通过闷晒实验对比研究了上述纳米流体的光热转换性能。结果发现,CuO/水纳米流体的透射率随着CuO质量分数的提高而下降,添加MWCNT可显著降低CuO/水纳米流体的透射率,混合纳米流体具有更好的光谱吸收特性。CuO/水纳米流体的光热转换性能随着CuO质量分数的提高而增强,与水相比光照45min后0.25%的CuO/水纳米流体温升提高了9.2℃。混合纳米流体的光热转化效果优于单一成分的CuO/水或MWCNT/水纳米流体,且与浓度大小密切相关:两种纳米材料浓度较低时,相互混合利于光热转化性能的提高;而当浓度较高时,添加某种纳米材料虽可以提高其光热转换性能,但添加浓度存在最佳值。本实验中,当CuO质量分数为0.05%和0.1%时,添加MWCNT的质量分数不宜超过0.005%;而当CuO质量分数继续增大为0.25%时,添加MWCNT质量分数不宜超过0.0015%,且存在最佳浓度。
    隔网对压力延迟渗透过程性能的影响
    孙硕程, 刘益伦, 陈曦
    化工进展. 2018, 37(06):  2132-2139.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2684
    摘要 ( 191 )   PDF (5213KB) ( 106 )  
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    建立了一个将局部跨膜渗透过程和全尺寸通道内流动过程相结合的多尺度理论模型,通过计算各物理参数沿膜组件的分布来确定全尺寸应用下压力延迟渗透过程的工作性能。通过数值计算,重点研究了隔网的孔隙率、厚度以及层数对全尺寸应用下压力延迟渗透过程性能的影响,发现提高原料液和提取液隔网的孔隙率可以提高压力延迟渗透过程的功率密度,但是同时会降低该过程的比能。降低原料液隔网的厚度和提高提取液隔网的厚度可以提高该过程的功率密度,而原料液和提取液隔网厚度的降低均可以提高该过程的比能。多层隔网会对压力延迟渗透过程的能量密度和比能均产生负面影响。本文研究结果可以为膜组件的设计提供参考:原料液隔网应当具有相对较小的孔隙率和厚度,而提取液隔网应当具有相对较大的孔隙率和厚度,尽量不要使用多层隔网。
    能源加工与技术
    新态势下的炼化企业数字化转型——从数字炼化走向智慧炼化
    吴青
    化工进展. 2018, 37(06):  2140-2146.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1665
    摘要 ( 334 )   PDF (6625KB) ( 446 )  
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    作为当下热点的智慧炼化,云计算、大数据、物联网、移动应用、社交媒体等信息技术因其大大提高生产经营效益,受到世界各大炼厂的关注,尤其是在中国,它们将成为当前炼化企业信息化发展的重点工作。本文分析了炼化企业面临的新竞争态势,提出了应对新态势建立智慧炼化的信息化战略。详细论述了智慧炼化建设的步骤与蓝图,并对智慧炼化建设过程中的几个重要典型系统/应用功能与设计进行了阐释,其中包括原油分子信息库、智慧供应链、生产运行共享中心、用能系统管理与优化、设备运行性能优化系统和智慧加油站。本文设计的智慧炼化蓝图,已经应用于某大型炼化企业,为该炼化企业成功数字化转型的顶层设计提供了技术支持。
    制氢技术的生命周期评价研究进展
    谢欣烁, 杨卫娟, 施伟, 张圣胜, 王智化, 周俊虎
    化工进展. 2018, 37(06):  2147-2158.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1604
    摘要 ( 476 )   PDF (768KB) ( 857 )  
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    氢气既是理想高效的清洁能源,又是用途广泛的化工原料。以传统能源制氢为主导的制氢产业具有高能耗高污染的弊端,在资源环保问题日益突出的当下,全方位对比研究各类制氢技术的优劣特征,为制氢产业提供健康发展的技术路线显得尤为重要。本文主要以传统制氢技术(煤气化制氢、天然气制氢等)和新型制氢技术(热化学制氢、可再生能源发电制氢、生物质气化制氢等)为对象,对其生命周期评价方面的研究进展进行综述。论文首先介绍了生命周期评价的研究过程和思路,阐述了各类制氢技术的基本原理和应用现状,重点研究了各类制氢技术的能耗和温室气体释放数据,同时结合生命周期成本分析,归纳了各制氢技术的制氢成本。论文通过分析各类制氢技术的优劣性,总结得出新型制氢技术具有优秀的节能环保性,但制氢成本较高。其中,风电制氢技术的环保性最佳,而核能热化学制氢在未来具有大规模应用的潜力。根据当前制氢格局的发展状况和各类制氢技术的特点,论文最后作出了关于制氢技术发展的前景展望。
    NaOH/尿素冻融预处理纤维素及其酸催化水解
    邢静润, 申锋, 仇茉, 漆新华
    化工进展. 2018, 37(06):  2159-2165.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1650
    摘要 ( 240 )   PDF (1621KB) ( 414 )  
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    应用NaOH/尿素体系在-18℃下冻融预处理纤维素,探讨了不同实验条件对再生纤维素酸水解转化为葡萄糖效果的影响,同时分析了经过不同配比的NaOH/尿素体系处理后纤维素的形貌变化,并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)进行分析。实验证明在NaOH/尿素质量配比为7%∶12%的体系中,经过处理后的纤维素表面更加粗糙,纤维素的反应可及性大大增强,结晶度显著降低。在浓度为0.025mol/L的盐酸溶液中在180℃下反应4h,纤维素水解葡萄糖的产率可达到58.5%,而相同条件下的未处理纤维素水解葡萄糖产率为35.6%,可见预处理的优良效果。且该体系可以有效地应用于秸秆类农业废弃物的处理。所提出的纤维素预处理和水解体系对于木质纤维素的水解和高值资源化具有重要的科学意义和应用价值。
    生物柴油浸没喷吹的雾化特性
    邓伟鹏, 张小辉, 冯立斌, 王华
    化工进展. 2018, 37(06):  2166-2174.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2157
    摘要 ( 183 )   PDF (5537KB) ( 140 )  
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    以生物柴油替代柴油进行浸没喷吹熔池熔炼是发展低碳铜冶炼的重要途径。针对该过程建立生物柴油浸没喷吹雾化流动过程计算模型,本文模拟计算了喷枪在水模型中浸没深度为20mm时不同油气比条件下生物柴油雾化颗粒的雾化特性,并实验验证了计算模型。研究结果表明:油滴颗粒的贯穿距随着空气流速的增加而增大;在气泡内油滴颗粒以一定的雾化半角向前扩散;当油滴颗粒到达气泡底部时,油滴颗粒以气泡底部平面为中心向整个空间扩散;气泡内距离喷枪轴向越远的观察面内大颗粒数目越多;油滴颗粒的索特平均直径(SMD)沿喷枪轴向先增大后减小;气泡内距喷枪口越远油滴颗粒SMD越大,进入水区域的油滴颗粒SMD逐渐减小;雾化空气流速越大,油滴颗粒SMD最大值的位置距喷口越远。
    改性HZSM-5催化微波预处理竹木快速热解
    石坤, 仲兆平, 王佳, 李昭莹
    化工进展. 2018, 37(06):  2175-2181.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1514
    摘要 ( 190 )   PDF (705KB) ( 320 )  
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    首先采用微波对生物质竹木进行了预处理,然后浸渍法制备了P/Ni-HZSM-5二元复合催化剂,在Py-GC/MS上探究其催化微波预处理竹木快速热解性能。采用N2吸附-脱附、NH3-TPD、XRD等表征手段分析P、Ni元素改性对于催化剂的酸性、孔道分布和晶体结构等的影响,同时探究了微波预处理温度、P和Ni两种元素负载量等因素对于热解反应及产物分布的作用。结果表明:微波预处理竹木有助于提高竹木热解转化效率,并优化产物组分分布;适量P元素负载能够显著提高催化剂的抗结焦性能以及热解产物芳香烃中单环芳烃的选择性;负载Ni元素能够提高催化剂的芳构化能力从而获得更多的芳香烃产率以及对单环芳烃的选择性,同时降低酮类物质含量。当微波预处理温度为130℃,P负载量为2.5%,Ni负载量为2%时,获得较高芳香烃产率(32.38%)、最高单环芳烃选择性(82.13%)、最低酸含量(4.61%)和最低酮类物质含量(9.17%),而此时催化剂结焦量由未改性的6.21%降至3.77%。
    含蜡和防聚剂体系天然气水合物浆液生成及流动特性
    史博会, 雍宇, 柳杨, 李墨竹, 丁麟, 吕晓方, 吴海浩, 宫敬
    化工进展. 2018, 37(06):  2182-2191.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1405
    摘要 ( 181 )   PDF (1455KB) ( 160 )  
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    研究含蜡和防聚剂体系天然气水合物浆液生成及流动特性,对于在深水含蜡油气田实施水合物浆液输送技术、解决海底管道多相混输流动保障问题具有重要意义。本文基于高压水合物环路开展的蜡晶存在与否,对含防聚剂天然气水合物浆液生成及流动影响进行实验,对比分析所获得的实验温度、压力、水合物生成体积分数、流量和压降等宏观参数变化,同时结合颗粒录影显微仪(PVM)、颗粒粒度分析仪(FBRM)等微观数据分析,研究了蜡晶对含防聚剂的天然气水合物浆液生成及流动特性的影响规律。结果表明:相比于无蜡体系,含蜡体系中蜡晶会在防聚剂的作用下吸附在油水界面,减小气水成核反应表面积,增大水合物生成传质阻力,从而抑制水合物生成成核,延长水合物生成诱导期,并使水合物生成量降低;蜡晶与水滴之间团聚物的形成,促进了其与水合物颗粒间的聚并,浆液体系黏度增加,流动性显著下降。含蜡和防聚剂体系天然气水合物浆液生成及流动涉及学科复杂,未来仍需基于已获得的蜡与水合物相关独立研究成果,进一步探讨蜡与水合物之间的耦合作用机理。
    低温煤焦油加氢制备清洁燃料油品中试试验研究
    崔文岗, 李冬, 樊安, 潘柳依, 牛梦龙, 李稳宏
    化工进展. 2018, 37(06):  2192-2202.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1433
    摘要 ( 201 )   PDF (1026KB) ( 309 )  
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    在4段固定床中试试验装置上,采用催化剂级配技术进行了为期400 h的低温煤焦油加氢制备清洁燃料油品中试试验,同时结合催化剂表征结果,研究了温度和空速对轻质油品收率及杂原子脱除率的影响,考察了中间产物、最终产物、汽油和柴油的性质和化学组成,此外研究了催化剂的稳定性和整个反应体系的质量平衡。研究结果表明:降低空速和升高温度可使得加氢产物中汽油和柴油的收率分别达到33.5%和64.2%,硫氮含量均低于10μg/g;整个反应过程油品是被逐步轻质化,同时加氢产物以直链烷烃、单环烷烃(CA)、烷基四氢萘和茚类化合物为主;汽油产品除了辛烷值之外,其他指标均符合国家标准,柴油基本达标;整个反应系统所使用催化剂均匀良好的稳定性,且在物料平衡的入方和出方之间存在约1.32%的可接受误差。
    多孔介质与SDS复配体系中天然气水合物生成过程分析
    刘志明, 商丽艳, 潘振, 孙秀丽, 王喆, 侯朋朋
    化工进展. 2018, 37(06):  2203-2213.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1459
    摘要 ( 183 )   PDF (14694KB) ( 109 )  
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    天然气水合物巨大的储量和本身高储气量的特点,决定了其在能源和工业领域的重要作用。自然界中水合物赋存于沉积层多孔介质的孔隙中,因而研究其在多孔介质条件下的基础物性和快速生成,对水合物的工业应用具有重要意义。为此,本文采用了不同粒径的多孔氧化铝颗粒和实心二氧化硅颗粒,并将其与十二烷基硫酸钠(SDS)溶液进行复配,研究该体系中275.15K和7MPa条件下水合物的生成情况。结果表明:多孔介质与SDS复配体系中生成水合物的储气量大于纯SDS溶液中,二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒分别在促进水合物成核和提升储气量方面效果显著;实验条件下颗粒粒径对于水合物生成的压降过程和相平衡条件影响不大;实验所处pH条件下,氧化铝表面会因为水解带正电,二氧化硅表面则会在极化和水合作用的共同影响下带负电,带电表面和SDS的相互作用能够促进水合物的生成;多孔介质孔隙产生的毛细作用力及其对体系传热条件的改善有助于水合物的贴壁生成。因此可以认为多孔介质与表面活性剂复配体系对水合物生成的促进效果明显,并且将多孔材料作为水合物生成的基质是一种提高储气量的有效方法。
    工业催化
    甘油氢解制备1,2-丙二醇催化剂的研究进展
    王辉国, 汪宏宇, 罗国华, 徐新
    化工进展. 2018, 37(06):  2214-2221.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1458
    摘要 ( 240 )   PDF (454KB) ( 294 )  
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    由于生物柴油产业的蓬勃发展而造成副产物甘油的大量过剩,迫使人们努力寻求甘油转化为高附加价值产物的有效途径。本文综述了国内外甘油氢解制1,2-丙二醇催化剂以及机理研究的新进展。指出催化剂是甘油氢解制1,2-丙二醇的关键因素,目前甘油氢解反应中以Cu、Ni、Ru、Pt、Rh基催化剂使用较多,其中Cu基催化剂的研究最为广泛,载体、助剂、制备方法、反应溶剂、甘油氢解条件等对Cu基催化剂的活性、选择性、寿命、产物分离难度等具有较大影响。为进一步改善催化剂的综合性能,需要加强对甘油氢解机理和催化剂制备技术的基础性研究。多金属催化剂、复合多功能催化剂和甘油原位氢解反应因其自身优势颇受关注,而催化剂的失活机理及再生性能考察是值得深入研究的新课题。
    硅改性对石脑油择形改质催化剂性能的影响
    王银斌, 汪洋, 臧甲忠, 郭春垒, 彭晓伟, 刘冠锋, 于海斌
    化工进展. 2018, 37(06):  2222-2229.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1492
    摘要 ( 181 )   PDF (595KB) ( 194 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    通过硅改性制备了一系列石脑油择形改质催化剂,在此催化剂的作用下,煤间接液化工艺所产石脑油中的正构烷烃可以实现有效转化,而异构烷烃则可以得到最大量的保留,这样既可以显著提升油品的辛烷值,还可以实现产品汽油收率的最大化。石脑油改质小试实验结果表明,在未经硅改性催化剂的作用下,产物油品的收率为60.51%,辛烷值为91.3,但异构烷烃/正构烷烃比值仅为0.78;当催化剂的SiO2负载量为5%时,产物油品的收率增加至72.68%,异构烷烃/正构烷烃比值增加至2.50,辛烷值略有所降低,为88.8。石脑油改质中试实验结果表明,在保证干气收率不超过1%时,经负载5% SiO2改性后的催化剂可稳定运行15天,产品汽油平均收率为62.83%,液化石油气(LPG)平均收率为33.82%。该技术的经济性分析结果显示,对于10万吨/年的工业化装置,可实现3274万元/年的利润收入。
    四氢呋喃连续催化胺化制备四氢吡咯催化剂及工艺
    查杰, 钱俊峰, 孙富安, 陈圣春, 何明阳, 陈群
    化工进展. 2018, 37(06):  2230-2235.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1549
    摘要 ( 266 )   PDF (469KB) ( 142 )  
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    以γ-Al2O3为载体,制备负载铁系固体超强酸的SO42-/Fe2O3-Al2O3催化剂应用于四氢呋喃连续催化胺化合成四氢吡咯反应,与γ-Al2O3、HZSM-5等催化剂相比,SO42-/Fe2O3-Al2O3催化剂在相同的反应条件下可以获得更高的反应选择性。通过考察硫酸浸渍浓度、焙烧温度和焙烧时间等催化剂制备条件对反应结果的影响,以获得最佳的催化剂性能,同时对反应的工艺条件进行优化。通过实验结果可以得出,当硫酸浸渍浓度为1.0mol/L时,在550℃下焙烧5h能获得最高的催化活性。当反应温度为350℃、液时空速(LHSV)为0.2h-1、四氢呋喃与氨气摩尔比为1∶6时,四氢呋喃转化率为91.4%,四氢吡咯选择性为91.0%。对SO42-/Fe2O3-Al2O3催化剂进行200h寿命测试,表明该催化剂活性具有良好的稳定性。
    介孔磷酸锆固体酸催化剂的制备及其催化性能
    于波, 刘超, 刘金东, 丁万昱, 柴卫平
    化工进展. 2018, 37(06):  2236-2241.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2101
    摘要 ( 274 )   PDF (555KB) ( 227 )  
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    采用水热法制备了介孔磷酸锆固体酸催化剂,通过X射线衍射、傅里叶红外光谱、氮气吸附法、氨气程序升温等表征方法对该催化剂进行了表征,结果表明该催化剂具有介孔结构、较高的比表面积及较多的Brönsted酸性位,将该催化剂应用于纤维素水解制葡萄糖反应体系中,较适宜的反应条件为反应温度160℃、反应时间4h、催化剂用量与微晶纤维素原料比1∶3,单次反应纤维素转化率和葡萄糖选择性可达到50%,5次循环反应后纤维素累积转化率达到80%,在整个过程中催化剂并未发生明显失活,这表明该催化剂的纯单一磷酸锆(ZrPO)结构有利于提高其热稳定性,介孔磷酸锆固体酸催化剂在纤维素水解实验中表现出很大的潜力,可作为非均相固体酸催化剂用于葡萄糖生产以减少无机酸的应用。
    锰铈改性钒钨钛中低温SCR催化剂脱硝及抗水抗硫性能
    黄金, 仲兆平, 朱林, 薛建明, 许月阳, 吴培亭
    化工进展. 2018, 37(06):  2242-2248.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1581
    摘要 ( 301 )   PDF (731KB) ( 272 )  
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    结合Mn的低温脱硝活性与Ce的储氧能力,将Mn-Ce作为整体改性剂,添加到传统钒钨钛催化剂中,用浸渍法制备了8份样品,以NH3为还原剂,于管式固定反应器内进行脱硝及抗水抗硫实验,通过NH3-TPD、H2-TPR、N2物理吸附测试、XRD手段对样品进行表征。综合脱硝活性及240℃抗水抗硫测试结果,选出较优的改性催化剂为3V-10W-7.7Mn-4.3Ce/75Ti,其在180~330℃保持脱硝活性95%以上,240℃抗水抗硫活性稳定在80%左右。该样品的比表面积虽然不到67m2/g,但是MnO2与CeO2高度分散在TiO2表面;7.7%含量的MnO2也使催化剂具有大量的强酸位点,能够增强对NH3的吸附;适当含量的Ce也增强了催化剂的低温氧化还原能力。
    Co/Cu-USY分子筛制备及催化乙苯氧化性能
    丁巍, 郝元川, 孙宇, 沈健
    化工进展. 2018, 37(06):  2249-2255.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0217
    摘要 ( 208 )   PDF (2281KB) ( 369 )  
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    以硝酸铜为铜源,硝酸钴为钴源,对超稳分子筛(USY)进行单金属和双金属的改性,采用浸渍法制备一系列金属改性的USY分子筛催化剂,并对其进行X射线衍射(XRD)、N2吸附脱附、傅里叶红外光谱分析(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)的表征分析。以乙苯氧化制苯乙酮为探针反应,在间歇式反应釜中催化氧化乙苯,考察金属负载量以及双金属改性对USY分子筛催化剂催化氧化性能的影响。结果表明,钴对于铜在USY分子筛上的均匀分布以及活性中心铜对乙苯氧化的催化作用具有协同促进作用,当Co和Cu的负载量分别为5%和20%时,5% Co/20% Cu-USY(质量分数)催化剂对乙苯催化氧化反应的性能最优,其乙苯的转化率和苯乙酮的选择性分别达到29.8%和87.2%。催化剂重复使用4次后其活性和选择性无显著降低,具有良好的结构稳定性。
    材料科学与技术
    过冷水合盐相变材料跨季节储存太阳能研究进展
    朱茂川, 周国兵, 杨霏, 田富宽
    化工进展. 2018, 37(06):  2256-2268.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1564
    摘要 ( 216 )   PDF (625KB) ( 263 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    跨季节储存太阳能可以缓解太阳辐射不稳定以及与建筑负荷供需不匹配的矛盾,提高太阳能利用效率。本文在比较各类跨季节蓄热方式基础上,着重阐述了过冷水合盐相变材料跨季节蓄热技术及研究进展。分析研究了过冷水合盐跨季节蓄热原理和系统及目前研究的焦点问题,包括水合盐相变材料的选择、稳定过冷的实现、触发释能方法、系统匹配设计和性能、相分离和腐蚀性。结果指出六水氯化钙、十二水磷酸氢二钠、三水合乙酸钠和五水硫代硫酸钠由于相变温度适宜、储热密度较大等优点,是跨季节蓄热材料的研究重点。其次针对系统存在的其他焦点问题,逐一分析其影响因素并总结了目前解决策略,为水合盐过冷跨季节蓄热系统的设计和实际应用提供理论依据和指导,最后指出了进一步研究的方向。
    沸石材料的改性及其对水体污染物的吸附性能
    王琳琳, 张智明, 丁阿强, 程然, 张铭杰, 吴东雷
    化工进展. 2018, 37(06):  2269-2281.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1334
    摘要 ( 228 )   PDF (1698KB) ( 685 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    吸附法以其选择性强、操作简易、二次污染少等优势逐步成为污水处理的重要方法。天然沸石材料具有孔腔结构丰富、吸附成本低廉以及吸附性能高等优势,但存在选择吸附性差、与水相分离困难、再生成本偏高等问题。通过改性,可以为沸石吸附剂对阴离子污染物的吸附提供更多吸附活性位点。本文基于沸石材料改性制备的国内外最新研究进展,总结了不同改性材料制备复合吸附材料的研究工作,重点介绍了沸石材料改性方法及其应用,进一步回顾了改性沸石材料对水中污染物的吸附性能和影响因素。通过改性提高沸石材料的选择吸附性能及吸附后的绿色再生将是推动沸石吸附材料规模化应用发展的核心。
    储盐类融雪抑冰材料对沥青混合料性能影响研究进展
    张争奇, 罗要飞, 赵富强
    化工进展. 2018, 37(06):  2282-2294.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1373
    摘要 ( 183 )   PDF (969KB) ( 297 )  
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    为提高冰雪气候条件下沥青路面的运营安全水平,系统介绍了国内外储盐类融雪抑冰材料对沥青混合料性能研究的现状,总结分析了融雪抑冰的主要材料类型、作用机理、评价方法及应用效果等,并探讨了材料对沥青混合料融雪抑冰功能和路用性能的影响。分析表明:储盐类沥青混合料中融雪关键成分氯化物的析出降低了路表水溶液的冰点、路面与冰雪之间的黏附力,显著提高了自身融雪除冰功能;但导致混合料路用性能发生了一定的变化。MFL(Mafilon)材料的掺加,使混合料的各项路用性能均降低,尤其是水稳性能。V-260(Verglimit-260)材料以外掺的方式添加到混合料中,其水稳性能和低温性能均降低。而ICB(icebane)材料的粒径、置换方式、掺量及所用矿料级配等因素均对混合料路用性能有影响。采用高黏改性沥青或掺加添加剂,可有效改善融雪抑冰沥青混合料的路用性能。
    聚碳酸酯二元醇的合成及应用研究进展
    宋孟璐, 杨先贵, 蔡晓东, 王公应
    化工进展. 2018, 37(06):  2295-2301.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1505
    摘要 ( 326 )   PDF (435KB) ( 744 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    聚碳酸酯二元醇(PCDL)是制备聚碳酸酯型聚氨酯的重要原料,和传统的聚醚型聚氨酯和聚酯型聚氨酯相比,聚碳酸酯型聚氨酯表现出优异的耐水解性、力学性能和生物相容性。随着聚氨酯需求量的增长,聚碳酸酯二元醇的研究受到行业内的高度重视。本文先简要介绍了PCDL的合成方法,重点回顾了近十年来用于酯交换缩聚法制备PCDL的催化剂的研究进展,简述了PCDL在聚氨酯工业中的应用。未来开发非均相催化剂及高沸点的有机碱催化剂、制备不同结构的聚碳酸酯二元醇是PCDL的主要研究方向。
    介孔纳米片构筑具有微纳分级结构的ZnCo2O4微米花及制备高比能锂离子电池
    王天星, 王贺权
    化工进展. 2018, 37(06):  2302-2308.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1448
    摘要 ( 193 )   PDF (2995KB) ( 185 )  
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    报道了用水热法合成具有微纳分级结构的ZnCo2O4微米花,这种微纳分级结构在纳米尺度上是平均厚度为90nm的纳米片,并且纳米片上分布着4~12nm的介孔,借此可以极大地提高电极材料与电解液的接触面积;卷曲的纳米片进一步组装成尺度为2~4μm的具有玫瑰花状的微米花,通过微米尺度的3D结构可以防止电极材料在充放电过程中发生堆叠。研究表明这种微纳分级结构的电极材料适用于制备高比能的锂离子电池,并表现出良好的充放电能力、循环稳定性和倍率性能。如在200mA/g电流密度下经140次循环后放电容量高达935mAh/g;在1000mA/g电流密度下经250次循环后放电容量仍达到567.4mAh/g。
    柔性CuS透明导电薄膜的制备及性能表征
    孙月月, 吕丽云, 王虹
    化工进展. 2018, 37(06):  2309-2315.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1477
    摘要 ( 227 )   PDF (1771KB) ( 166 )  
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    采用化学浴沉积法,以硫酸铜和硫代乙酰胺为前体、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)为铜离子络合剂,控制Cu和S元素的摩尔比为1∶2,在80℃下反应4h,于柔性衬底聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上成功制备了CuS透明导电薄膜。利用紫外可见分光光度计(UV-Vis)、X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM/EDS)、四探针测试仪以及薄膜导电性弯曲测试装置对CuS透明导电薄膜进行了表征研究。结果表明,制备的导电薄膜由均匀致密六方型的CuS纳米片组成,具有良好的导电性和透光率,且可根据不同的应用要求,通过改变反应条件方便地进行调控。CuS透明导电薄膜的最低方块电阻值仅为20Ω/□。经过250次大尺度弯曲实验,CuS透明导电薄膜依然保持理想的导电能力。
    酚醛树脂的改性及其浸渍石墨性能
    蒋凤易, 田蒙奎, 郝立通, 邵珠花, 杨颖, 罗祥丽
    化工进展. 2018, 37(06):  2316-2322.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1504
    摘要 ( 332 )   PDF (4741KB) ( 229 )  
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    为了解决酚醛树脂因浸渍石墨后黏度增大而失效的问题,以氯化锌作为催化剂,用糠醇对黏度过大的酚醛树脂进行改性。并分别以失效酚醛树脂、普通酚醛树脂和改性酚醛树脂作为浸渍剂,在0.7MPa、180℃的条件下对普通中密度石墨进行了4次浸渍固化操作,测试了浸渍剂的黏度变化并对浸渍固化后的石墨进行了微观结构、开孔气孔率、增重率、热重、抗压强度以及耐腐蚀性等表征分析。结果表明,当酚醛树脂、糠醇和ZnCl2的质量比为100∶40∶2时,改性酚醛树脂的黏度适中,浸渍石墨的耐高温性能最好;并且使用改性酚醛树脂浸渍的石墨具有更好的填孔效率,只需要2次浸渍就能达到最好的浸渍效果,与失效酚醛树脂浸渍的石墨相比增重率提高了2%,抗压强度和耐碱性也有一定提升。
    石墨烯复合相变微胶囊悬浮液的对流换热特性
    申俊锋, 邹得球, 刘小诗, 郭江荣, 胡云平, 胡志钢, 刘默
    化工进展. 2018, 37(06):  2323-2330.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1525
    摘要 ( 181 )   PDF (1447KB) ( 287 )  
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    相变微胶囊悬浮液是将相变微胶囊分散到基液中形成的功能热流体,能实现储热及热输运一体化,大大提高了基液的储、载热密度,但由于相变微胶囊的热导率较低,影响了悬浮液的传热性能。为了提高相变微胶囊的导热性能,本文制备了掺杂石墨烯的复合相变微胶囊,并将其分散在水中形成相变微胶囊悬浮液。搭建了实验台,对比研究了水、相变微胶囊悬浮液、石墨烯复合相变微胶囊悬浮液的管内对流换热特性。结果表明,相变微胶囊悬浮液对流换热系数随着浓度的增加而降低,随着温度的升高而增加,并且当流速大于1.5m/s时,质量分数15%的石墨烯复合相变微胶囊悬浮液的对流换热系数大于水,表现出良好的传热特性。研究结果可为相变微胶囊悬浮液热输运系统的设计提供参考与依据。
    稀土电解槽石墨内衬氧化扩散与孔隙结构演化模型
    刘庆生, 李江霖, 曾少军, 廖春发
    化工进展. 2018, 37(06):  2331-2339.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1617
    摘要 ( 213 )   PDF (1845KB) ( 185 )  
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    基于Fick定律和质量守恒定律,考虑石墨内衬中氧化反应、气体扩散和孔隙结构演化之间耦合作用,建立稀土熔盐电解环境下的石墨内衬试样的氧化扩散与孔隙结构演化数学模型,研究石墨内衬氧化扩散和孔隙结构演化过程。在二氧化碳环境下进行石墨高温氧化实验,采用CT显微技术获取试样孔隙结构图像,对CT图像进行二值化分割处理,统计计算孔隙率,将圆柱试样模型孔隙率、失重率的计算值与实验测试值进行对比验证,并对氧化腐蚀过程中圆柱试样二氧化碳浓度、孔隙率、失重率、氧化速率变化规律进行数值分析。结果表明:反应扩散与孔隙结构演化密切相关,氧化扩散会显著改变孔隙结构,孔隙结构演化会反过来影响氧化扩散进程;石墨内衬氧化扩散与孔隙结构演化受温度影响显著,温度越高,反应越快,孔隙率越大,槽体寿命越短。模型计算结果与实测结果基本一致,表明运用该模型对稀土电解槽石墨内衬在电解环境下氧化扩散与孔隙结构演化过程进行计算分析可行、有效。
    玉米芯电容炭的制备及其电化学性能
    屈笑笑, 邢宝林, 康伟伟, 张传涛, 黄光许, 赵会会, 田野, 郭梦瑶, 张传祥
    化工进展. 2018, 37(06):  2340-2346.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1545
    摘要 ( 244 )   PDF (1493KB) ( 414 )  
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    以玉米芯为原料,经ZnCl2一步活化法制备超级电容器用电容炭电极材料。采用低温N2吸附、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及X射线光电子能谱(XPS)等手段系统表征电容炭的微观结构及表面性质,并利用恒流充放电、循环伏安和漏电流等测试手段研究其在无机电解液体系(KOH)中的电化学性能。研究表明:在ZnCl2/玉米芯浸渍比为2:1、700℃的条件下活化1h可制备出比表面积为1340m2/g、总孔容为1.135cm3/g、中孔率高达97.7%的玉米芯电容炭。将其用作电极材料表现出良好的电化学特性,在50mA/g的电流密度下质量比电容为159F/g,2500mA/g电流密度下比电容仍可达137F/g,1000次循环后比电容保持率为92.5%,漏电流仅为1.9μA。结果表明:玉米芯电容炭具有良好的倍率特性和循环性能,是一种理想的电化学电容器用电极材料。
    生物与医药化工
    平衡磷酸烯醇式丙酮酸节点通量强化筑波链霉菌合成他克莫司
    吕蒙蒙, 刘蛟, 刘欢欢, 陈红, 王成, 闻建平
    化工进展. 2018, 37(06):  2347-2353.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1482
    摘要 ( 179 )   PDF (1811KB) ( 134 )  
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    他克莫司(FK506)是最重要的免疫抑制剂之一,然而前体代谢供应不足制约着工业化生产。通过优化平衡磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)节点支路通量可提高FK506产量。本文首先在S.tsukubaensis D852中过表达基因fkbO(编码分支酸水合还原酶)和fkbL(编码赖氨酸环化酶)得到S.tsukubaensis-OL1,FK506的产量仅从158.7mg/L提高到163.9mg/L。随后调节PEP节点支路回补途径和莽草酸途径通量强化FK506的合成:先分别将不同菌株中编码磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PPC)和3-脱氧-D-阿拉伯糖基-heptulosonate-7-磷酸合酶(DAHPS)的基因在S.tsukubaensis-OL1中过表达,FK506的产量分别提高40%(ppcS.tsukubaensis)和47%(dahP,S.roseosporus);然后采用4个不同强度的组成型启动子(PermE*,Psco4503,Psco3410 and Psco5768)平衡ppcdahP的表达水平获得9株工程菌,最终使FK506的产量由163.9mg/L显著提高到350.3mg/L。这个结果说明优化平衡PEP节点竞争支路通量是提高FK506产量的有效策略。
    产壳聚糖酶菌株ncps116发酵条件优化及其酶学性质
    张翔, 张彦昊, 刘孝永, 辛雪, 王易芬, 陈蕾蕾, 周庆新, 赵双枝
    化工进展. 2018, 37(06):  2354-2363.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1553
    摘要 ( 211 )   PDF (3088KB) ( 170 )  
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    通过形态学观察、生理生化实验及16S rDNA序列分析鉴定产壳聚糖酶菌株ncps116为蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)。通过单因素和正交实验对该菌株发酵产酶条件进行了优化。结果表明其最适产酶条件为:粉末壳聚糖15g/L,硫酸铵30g/L,初始pH 6.0,温度32℃,发酵时间72h,500mL三角瓶装液量120mL,接种量4%,在此条件下该菌株产壳聚糖酶活力达43.89U/mL。经硫酸铵沉淀、DEAE-Sepharose Fast Flow离子交换层析对菌株发酵液中的壳聚糖酶进行了纯化,并对其酶学性质进行了初步研究。结果表明,壳聚糖酶经SDS-PAGE分析,其分子量为4.37万。该酶酶促反应最适pH和最适反应温度分别为5.6和50℃,在低于40℃、pH 3.6~5.6范围内较为稳定,5mmol/L的Mn2+对该酶酶活力有明显的增强作用,Cu2+、Ni2+、Fe3+、Ag+对该酶酶活力有不同程度的抑制作用。壳聚糖酶酶促反应的米氏常数(Km)为11.10mg/mL,最大反应速率(Vmax)为1.3μmol/(min·mL),对底物表现出较强的专一性。此外,该酶能够抑制黑曲霉(Aspergillus niger)菌丝的生长。
    精细化工
    磷酸酯功能单体对聚羧酸减水剂抗泥性能的影响
    张光华, 危静, 崔鸿跃
    化工进展. 2018, 37(06):  2364-2369.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1484
    摘要 ( 250 )   PDF (636KB) ( 357 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    通过水溶液自由基聚合法,以2-羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯(HEMAP)为功能单体,以丙烯酸(AA)、甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG)为原料,过氧化氢(H2O2)/抗坏血酸(Vc)为引发剂,巯基乙酸为链转移剂,合成了一种含有磷酸酯基的聚羧酸减水剂。采用红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱对减水剂进行结构表征,通过水泥净浆流动度测定其减水性能,采用X射线衍射(XRD)测定蒙脱土吸附减水剂后的层间距,采用总有机碳(TOC)分析仪测定水泥和蒙脱土对减水剂的吸附量,探究磷酸酯功能单体对聚羧酸减水剂抗泥性能的影响。结果显示:当减水剂掺量为0.2%、蒙脱土掺量为1%时,水泥浆体2h流动度为275mm。与纯水处理蒙脱土的层间距相比,用含有磷酸酯基的聚羧酸减水剂处理过的蒙脱土的层间距变化不大,减水剂侧链未插入蒙脱土层间。蒙脱土吸附含磷酸酯基的聚羧酸减水剂的过程符合准二级吸附动力学方程,磷酸酯基与羧基存在竞争吸附,有效减弱了蒙脱土对羧基的吸附作用。
    两性离子抑制剂的合成及性能
    杨彦东, 戎克生, 徐生江, 李建国, 于永生, 李佳
    化工进展. 2018, 37(06):  2370-2377.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2373
    摘要 ( 204 )   PDF (2621KB) ( 105 )  
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    以二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、甲基烯丙醇(MP)以及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS) 3种单体为原料,采用水溶液聚合法合成出了一种低分子量、线型、两性离子共聚物,并采用FTIR、SEM、乌式黏度计、凝胶色谱仪对其进行了表征。考察了引发剂的加量、单体的总浓度、单体的摩尔比、反应的温度、反应时间对其抑制性能的影响。结果表明最佳反应条件为:引发剂为4%,单体总质量分数为30%,单体间摩尔比率为AMPS∶DMDAAC∶MP=4∶3∶4,反应温度为65℃,反应时间为7h。采用线性膨胀率、滚动回收率考察了产物的抑制性,并与XY-27、SIAT、聚合醇进行了比较。结果表明共聚物的抑制性优于XY-27、SIAT和聚合醇。采用XRD、zeta电位从微观角度考察了其作用机理,结果表明:共聚物能够减小膨润土晶层间距,压缩其扩散双电层。将抑制剂加入钻井液体系,考察了体系的流变性、滤失性、抑制性,结果表明该抑制剂具有良好的配伍性和抑制性。
    资源与环境化工
    市政污泥热力干化过程中黏滞特性研究进展
    刘亚军, 王爱春, 邓文义
    化工进展. 2018, 37(06):  2378-2385.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1754
    摘要 ( 274 )   PDF (3436KB) ( 359 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    黏滞现象是城镇污泥脱水干化过程中面临的主要问题之一,污泥在干化设备中的黏附和结团,导致干化设备运行效率大幅降低,给污泥干化系统的经济性和安全性带来显著的负面影响。本文从污泥黏附力和结团力入手,简要介绍了污泥黏滞现象的形成机理以及低含水率条件下污泥黏滞性的主要测量方法,包括搅拌法、平板法、黏附-结团失效特性法、阻抗法、黏附量法和滑板黏度法等,并对比分析了各种分析方法的优缺点。综述了包括胞外聚合物(EPS)、温度和污泥含水率等主要因素对污泥黏滞特性的影响规律,并简要探讨了各因素的影响机理。概述了国内外污泥降黏方法的研究进展,讨论了各种降黏方法的工业应用前景,同时探讨了污泥黏滞特性研究领域未来值得深入研究的方向。
    邻碘苯甲酸铵循环去除粗氧化钪中的锆和铪
    刘卫, 何捍卫, 尹志芳, 杨泱, 陈月华
    化工进展. 2018, 37(06):  2386-2391.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1698
    摘要 ( 175 )   PDF (1182KB) ( 176 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    锆、铪与钪物理化学性质相似且难以分离,是导致氧化钪纯度不高的主要原因之一。为解决这一问题,本文采用邻碘苯甲酸铵作为沉淀剂,去除粗氧化钪中的锆、铪杂质,通过优化不同实验参数得到最佳工艺条件。在实验研发基础上本工艺进行工业生产,进一步验证及完善了工艺条件。得出在溶液酸度为0.1mol/L、沉淀剂加入量为理论量的1.1倍、100℃保温条件下搅拌30min时处理效果最佳。利用氨水与锆、铪沉淀反应回收沉淀剂,通过FTIR和SEM对锆和铪原沉淀与现沉淀进行表征,高效液相色谱对滤液进行分析,结果表明原沉淀物反应生成氢氧化物和邻碘苯甲酸铵。工业实验中钪和邻碘苯甲酸铵回收率分别为99.54%和95.19%,锆、铪去除率均为99.6%。
    CaO/PAC混合絮凝剂的沼液净化性能
    涂特, 冉毅, 贺清尧, 梁飞虹, 王明, 晏水平
    化工进展. 2018, 37(06):  2392-2398.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1760
    摘要 ( 238 )   PDF (733KB) ( 186 )  
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    厌氧发酵后产生的沼液中含有大量的有机污染物需要处理,为降低后期沼液处理工程的操作费用,改善常规絮凝剂存在的不足,本文提出向沼液中添加由氧化钙(CaO)和聚合氯化铝(PAC)组成的混合絮凝剂对沼液进行预处理,降低沼液浊度、化学需氧量(COD)和总磷(TP)质量浓度,以及强化沼液的氨氮脱除潜力,并研究了混合絮凝剂中CaO和PAC的添加顺序、质量浓度配比和总质量浓度的影响。结果表明,CaO/PAC混合絮凝剂中CaO和PAC的添加顺序对沼液净化性能的影响并不显著。降低CaO/PAC中CaO与PAC的质量浓度配比(mCaO/mPAC)和增加CaO/PAC总质量浓度均将会降低沼液浊度、COD含量与TP质量浓度,但以沼液pH来表征的沼液氨氮脱除潜能却随着mCaO/mPAC值与CaO/PAC总质量浓度的上升而增加。综合考虑混合絮凝剂对沼液的净化性能,CaO/PAC混合絮凝剂总质量浓度可选择12.5~18.75g/L,mCaO/mPAC值可选择(2~10)∶1。
    CuO-Fe2O3/γ-Al2O3/H2O2/O3催化氧化深度处理制药二级生化出水
    杨文玲, 郜子兴, 吴赳, 王妨茶
    化工进展. 2018, 37(06):  2399-2405.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1466
    摘要 ( 166 )   PDF (1699KB) ( 198 )  
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    采用浸渍法将CuO、Fe2O3负载在γ-Al2O3表面,制备高活性臭氧催化氧化催化剂,通过N2吸附脱附曲线,X射线衍射、扫描电镜、X射线荧光光谱等方法对催化剂性能进行表征。与CuO-Fe2O3/γ-Al2O3/O3、H2O2/O3、γ-Al2O3/O3等工艺相比,采用CuO-Fe2O3/γ-Al2O3/H2O2/O3工艺降解制药二级生化出水效果最为明显,较高的催化氧化效率主要归功于H2O2的诱导作用和催化剂的催化作用的双重作用加速臭氧生成更多·OH。考察废水中COD去除率及影响降解的因素,包括催化剂投加量、pH、双氧水投加量、臭氧流量等,实验结果显示在催化剂投加量2g/L、废水pH为9、双氧水投加量3.6mg/L、臭氧流量1.0L/min条件下,COD去除率达到62.96%。催化剂循环使用10次后,COD去除率仍然可达到58%以上,并且金属离子浸出较少,其结构稳定。通过自由基捕获剂测试,探讨该催化氧化过程遵循自由基反应机理。
    燃煤烟气化学吸收碳捕集系统分析与优化
    何卉, 方梦祥, 王涛, 葛坤
    化工进展. 2018, 37(06):  2406-2412.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1417
    摘要 ( 241 )   PDF (1568KB) ( 367 )  
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    系统工艺优化是有效降低化学吸收法碳捕集成本的手段之一。本文以1000MW燃煤机组燃烧后烟气化学吸收CO2捕集系统为研究对象,建立该系统碳捕集能耗模型和成本模型;在此基础上研究各流程参数对碳捕集能耗及成本的影响规律并获得基于正交设计的最优参数组合。结果显示: CO2脱除率、吸收剂质量浓度、贫富液换热器端差能显著影响系统碳捕集能耗及成本。随着CO2脱除率的增加(50%~90%)、吸收剂浓度的增大,脱碳系统的CO2避免成本下降,而对于贫富液换热器端差,存在一个最优值7℃,使得CO2避免成本最小。本次研究得到的优化方案的再生热耗为3.61GJ/tCO2,相比基础方案下降10.9%;单位投资为3156.7元/kW,相比基础方案下降12.2%;单位运行成本为177.3元/tCO2,相比基础方案下降8.0%; CO2避免成本为315.86元/tCO2,与基础方案的364.52元/tCO2相比,下降13.3%。
    应用技术
    电除尘器飞灰粒径表征及细颗粒降温团聚
    刘含笑, 郦建国, 姚宇平, 何毓忠, 陈招妹, 王鹏
    化工进展. 2018, 37(06):  2413-2425.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1773
    摘要 ( 245 )   PDF (5671KB) ( 466 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    基于50000m3/h实烧烟气中试系统,采用Mastersizer 2000E激光粒度分析仪和电子低压冲击仪(ELPI),首次对电除尘器飞灰几何粒径和空气动力学粒径进行全面表征。结果表明,电除尘器入口及各电场的飞灰几何粒度分布均呈双峰分布特征,各电场峰值依次右移,但末级旋转电极电场≤ 1μm的颗粒占比略有升高,电除尘器入口及第1~5电场飞灰几何中位径分别为6.607μm、17.378μm、2.884μm、2.577μm、2.460μm、2.480μm;温度降低,电除尘器入口飞灰几何粒度分布的双峰均右移,颗粒团聚现象明显,80℃、90℃、110℃、130℃、150℃时电除尘器入口飞灰几何中位径分别为13.183μm、10.500μm、10.171μm、6.607μm、7.586μm,从130℃降至90℃,电除尘器入口几何粒径≤ 1μm、≤ 2.5μm、≤ 10μm的飞灰占比分别减少了19.8%、19.2%、12.6%;不同温度时,电除尘器对空气动力学粒径0.03~10μm段颗粒的个数浓度、质量浓度均有较高脱除效率,均在75%以上,最高可达99.9%;温度降低,电除尘器进出口空气动力学粒径不同粒径段颗粒个数浓度和质量浓度均有不同程度降低,从130℃降至90℃、80℃,对应电除尘器入口PM2.5团聚效率分别为46.76%、60.08%,对应电除尘器出口PM10减排分别为59.80%、91.08%,PM2.5减排分别为45.94%、76.22%,PM1减排分别为40.40%、62.12%。
    热集成变压精馏分离乙二胺-水共沸体系的模拟优化
    何晓旭, 钱欣瑞, 鄢烈祥, 史彬
    化工进展. 2018, 37(06):  2426-2431.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1697
    摘要 ( 233 )   PDF (450KB) ( 459 )  
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    针对乙二胺-水共沸物组成对压力较为敏感的特性,采用部分热集成变压精馏工艺分离该共沸物。先利用Aspen Plus软件对该工艺进行稳态模拟,再以理论塔板数、进料位置、回流比为优化变量,水和乙二胺的纯度为约束,以年度总费用(total annual cost,TAC)为目标函数建立乙二胺-水共沸体系分离系统的优化设计模型。采用列队竞争算法对该分离过程主要工艺参数进行优化,得到了变压精馏分离乙二胺-水体系的最佳工艺操作参数及设备参数。模拟结果表明,利用算法对多变量进行同时优化可得到更具经济效益的分离系统,与传统优化结果相比,可降低TAC约7.31%。在此基础上,对高压塔的操作压力进行优化分析,将其由2atm提升至4atm(1atm=101325Pa),并对流程其他参数进行优化,可显著降低TAC约24.62%。进一步,采用部分热集成比普通变压双塔精馏降低TAC约21.87%
    清洁工艺不溶性硫黄生产全钢胎带束层性能
    王荣杰, 沈本贤, 刘纪昌, 赵基钢
    化工进展. 2018, 37(06):  2432-2437.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1580
    摘要 ( 194 )   PDF (4040KB) ( 245 )  
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    将自主开发清洁生产工艺制备的不溶性硫黄充油产品HD进行全钢胎带束层大配合实验,结果表明,利用HD制得的硫化胶料的硬度、拉伸撕裂强度、黏合性能、分散性、回弹性、老化性能、覆胶性能等各项指标完全达到生产子午胎的相关标准要求。与不溶性硫黄国际领先产品Crystex HD OT20相比,采用自制HD不溶性硫黄的轮胎达到150km/h速度级别后发生冠空破坏的时间由2min延长到35min,在时速65km/h、负荷率增至150%级别后可持续运行51h才发生肩裂破坏,耐久时间延长约80%。采用自制不溶性硫黄HD轮胎的高速及耐久性能较Crystex产品有明显优势。清洁工艺制备的不溶性硫黄HD可应用于高性能全钢载重子午胎带束层。
    替代燃油的计算机辅助设计方法
    张磊, 刘琳琳, 都健
    化工进展. 2018, 37(06):  2438-2444.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1654
    摘要 ( 217 )   PDF (1493KB) ( 142 )  
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    化工产品在人类社会发展中占有重要地位。其中汽油、柴油等燃油在持续的能源需求增长中起到重要作用。另一方面,替代燃油的开发满足了现代社会对于燃油性能、安全、环境与可持续发展越来越高的要求。因此,有必要建立替代燃油成分与需求之间的模型,以进行替代燃油的设计。本文提出了一种基于计算机辅助技术的燃油设计方法。首先,对燃油产品的需求进行分析,并将这些需求转化为一系列物理性质及其约束条件。其次,利用计算机辅助产品设计方法,基于性质约束条件生成一系列产品候选配方。进而,建立了产品配方选择的混合整数非线性规划(MINLP)模型,通过求解该模型,可以得到燃油产品的最优配方组成。最终,利用实验及其他严格模型对得到的燃油产品进行验证。本文利用汽油替代燃油的设计案例对提出的设计方法进行了验证。
    产品与市场
    精对苯二甲酸产品和方法标准的研究进展
    张丽君, 丁大喜, 钱彦虎, 张育红, 李顶松, 戴玉娣
    化工进展. 2018, 37(06):  2445-2453.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0532
    摘要 ( 432 )   PDF (429KB) ( 598 )  
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    精对苯二甲酸(PTA)是一种重要的化工原料,主要用于生产聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)及后续产品,如纤维、瓶片、薄膜以及工程塑料,其质量品质和标准对下游聚酯产品稳定生产和性能具有重要影响,受到行业越来越多的关注。本文概述了国内工业用PTA技术标准的发展历程,介绍了PTA行业标准的现状、主要技术内容以及存在的问题,重点解析了PTA国家标准包括1项产品标准、7项配套方法标准的研究背景,与行业标准相比所作的重要技术调整和技术水平的提升;介绍了PTA国际标准化研究的进展,特别是近年来由中国石化主导制定的7项PTA系列ASTM标准取得的突破性成果;在此基础上,对未来PTA标准技术的研究进行了思考,提出了加强微量杂质控制、关注影响高端聚酯产品质量控制指标等建议。
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