C10+重芳烃加氢机理及热力学研究进展

随着国内{\mathrm{C}}_{\mathrm{10}}^{\text{+}}重芳烃产量逐年提升，炼厂对提质增效需求日益高涨，对{\mathrm{C}}_{\mathrm{10}}^{\text{+}}重芳烃高效转化利用技术的需求也日益迫切。由于{\mathrm{C}}_{\mathrm{10}}^{\text{+}}重芳烃富含稠环芳烃，而加氢是稠环芳烃转化为单环芳烃的重要手段，因此，{\mathrm{C}}_{\mathrm{10}}^{\text{+}}重芳烃中代表性芳烃的加氢机理和热力学研究日趋受到重视。本文从{\mathrm{C}}_{\mathrm{10}}^{\text{+}}重芳烃原料性质分析入手，详细阐述了{\mathrm{C}}_{\mathrm{10}}^{\text{+}}重芳烃中代表性芳烃的加氢反应路径及机理、加氢反应热力学的研究进展，以期为实际应用和催化剂开发提供参考。稠环芳烃组成对适宜的加氢反应条件、单环芳烃产品收率、氢耗、反应放热等都有较大影响，为了最大化生产低碳芳烃、降低氢耗，需要根据重芳烃的组成，从原料预切割/预处理、催化剂结构及活性中心、工艺条件这3个方面同时着手进行优化，进而实现对加氢过程的定向调控。     

氯化氢催化氧化制氯气达到化学平衡前后的反应行为

采用氧化铝为载体的铜基复合催化剂在固定床与无梯度组合反应器上考察了氯化氢催化氧化制氯气的反应行为。在反应温度T=360~400℃、进料摩尔配比n_HCl/n_{{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}=1~4、HCl空速W/F_HCl0=0.01~60h^-1以及常压条件下考察了反应温度、进料摩尔比、HCl空速等工艺条件对HCl转化率与反应速率的影响。结果表明：在到达化学平衡以前，HCl转化率和反应速率随着反应温度的升高或反应气体摩尔配比n_HCl/n_{{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}的降低而升高；随着反应空速F_HCl0/W的降低，HCl转化率先逐渐升高，而HCl反应速率逐渐降低。在达到化学平衡以后，转化率随着反应温度的升高或反应气体摩尔配比n_HCl/n_{{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}的升高或反应空速F_HCl0/W的降低而降低，反应速率为零。控制反应温度在390~400℃范围内，原料气摩尔比n_HCl∶n_{{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}为(4∶3)~(4∶2)，HCl空速W/F_HCl0在2.5h^-1左右，此时的HCl转化率可达到60%~70%，且HCl反应速率保持在(0.2~0.25)mmol/(g·min)。本文采用的联合实验装置对于化学平衡前后的反应行为均能较好地考察，为考察与研究同类反应的反应行为开辟了新思路。     

含非对称Gemini离子液体二元混合体系的体积和黏度性质

在温度分别为293.15、303.15、313.15、323.15和333.15 K及大气压下,系统测定了非对称Gemini离子液体,1-(3-(三甲基铵)丙-1-基)-3-甲基咪唑双氰胺盐([N₁₁₁C₃MIM][N(CN)₂]₂),分别与乙腈(MeCN)、甲醇(MeOH)、乙醇(EtOH)所组成的二元混合物的密度和黏度。由密度和黏度值分别计算了二元混合物的超额摩尔体积(V_{\mathrm{m}}^{\mathrm{E}})和超额黏度(Δη)。V_{\mathrm{m}}^{\mathrm{E}}和Δη随组成的变化关系由Redlich-Kister方程进行了回归,得到方程参数。结果表明,V_{\mathrm{m}}^{\mathrm{E}}和Δη值与理想溶液间为负偏差,且存在最小值,说明二元体系中[N₁₁₁C₃MIM][N(CN)₂]₂和溶剂分子间相互作用力更强,同时与所研究分子的大小和形状的差异有关。同时,V_{\mathrm{m}}^{\mathrm{E}}和Δη随温度的变化关系表明,温度对研究混合物中的分子间相互作用有很大影响。     

失活TS-1高效催化C4=裂解制C3=反应的研究

低碳烯烃（{\mathrm{C}}_{\mathrm{4}}^{=}/{\mathrm{C}}_{\mathrm{5}}^{=}）催化裂解生成高附加值产物{\mathrm{C}}_{\mathrm{3}}^{=},同时实现C₄/C₅资源的高效利用,具有重要的研究意义和工业应用价值。高选择性生成烯烃类产物,尤其是目标产物{\mathrm{C}}_{\mathrm{3}}^{=},同时减少非烯烃类副产物的产生,是{\mathrm{C}}_{\mathrm{4}}^{=}催化裂解技术发展的重要方向,其核心在于高效催化剂的研制。目前工业催化剂主要是改性的ZSM-5。钛硅分子筛TS-1是工业环己酮液相氨肟化过程中的高效催化剂,其失活后显示出典型的Br?nsted酸性质,基于此,发展了失活TS-1作为催化剂高效催化{\mathrm{C}}_{\mathrm{4}}^{=}裂解制{\mathrm{C}}_{\mathrm{3}}^{=}的方法,结果表明,失活TS-1经酸洗处理和K⁺交换修饰后,显示出高活性、高选择性和高稳定性的特征。进一步研究显示,失活TS-1的催化裂解活性中心为呈Br?nsted酸性的、与钛羟基相邻的硅羟基（Si—OH(Ti)）,该酸中心结构不同于ZSM-5的骨架桥式铝羟基（Si—(OH)—Al）,表现出相对较弱的酸强度特征,因而促进了{\mathrm{C}}_{\mathrm{4}}^{=}催化裂解生成{\mathrm{C}}_{\mathrm{3}}^{=}的主反应路径,抑制了氢转移副反应路径。失活TS-1催化剂Br?nsted酸中心的发展与应用为废催化剂固废资源的资源化利用提供了新思路。     

插层阴离子对以类水滑石为前体Ni-Al2O3催化剂催化乙酰丙酸加氢性能的影响

分别以\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}以及\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}插层类水滑石为前体制备了Ni/Al摩尔比为3∶1的NiAl-N-R以及NiAl-C-R催化剂，并考察了其催化乙酰丙酸加氢性能。采用N₂-物理吸附、ICP-OES、TG/DTG、XRD、H₂-TPR/TPD、TEM、NH₃-TPD、in-situ Py-FTIR等表征手段对前体及催化剂进行了表征。研究结果表明，类水滑石插层阴离子对催化剂中活性金属-载体相互作用、活性金属分散度、表面酸性质以及催化乙酰丙酸加氢性能有重要影响。以\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}插层类水滑石为前体的催化剂表现出高的金属分散度、丰富的L酸酸性中心、高的CO加氢活性和高的循环使用稳定性。当以甲醇为溶剂、160℃、4 MPa氢气压力条件下反应1 h时，γ-戊内酯收率可达71.8%。     

Fe3O4改性水热炭活化过硫酸钠降解罗丹明B

通过微波水热法，以沼渣为原料，合成了Fe₃O₄改性微波水热炭，研究了Fe₃O₄掺杂量对水热反应进程及反应产物的影响。为拓展水热产物的应用范围，以罗丹明B（RhB）为对象，评价改性水热炭对过硫酸钠的活化能力。结果表明，微波加热功率为400W、Fe₃O₄制备量为水热炭质量的20%时，反应体系14min左右即达到设定温度（200℃），较无Fe₃O₄条件下反应时间（27min左右）缩短了48.1%，体系压强增加了27.8%。改性水热炭添加量为0.16g、反应时间140min、溶液初始pH为6.7、过硫酸钠投加量为0.1g时，体积为150mL、浓度为40mg/L的RhB降解率可达94.6%，是水热炭单独作用时的3.3倍，过硫酸钠单独作用时的3.9倍。在反应体系中以硫酸根自由基（?\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}）的作用为主，羟基自由基（·OH）和超氧负离子（?{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{-}）为辅。改性水热炭具有良好的超顺磁性和稳定性。     

Feammox系统内氮素转化途径的研究

铁氨氧化（anaerobic ammonium oxidation coupled to Fe(Ⅲ) reduction，Feammox）是指在厌氧条件下，氨氮氧化耦合三价铁还原的一种新型污水生物脱氮工艺。为确定Feammox反应系统中存在的氮转化的途径，在厌氧条件下接种普通活性污泥驯化培养Feammox，探究了不同途径对氨氮转化的贡献率并进行了相关性分析。研究结果表明：在厌氧间歇反应器ASBR中，经过120 d的富集培养，\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}最大去除率达53.8%，最大去除量约26.9 mg/L，其中Feammox反应途径对\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}去除的贡献率为57.7%，厌氧氨氧化(Anammox)约占42.3%。在典型周期分析发现，在0~7 h内对\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}去除量为14.74 mg/L，Anammox反应速率较快，起主导作用；7~24 h 对\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}去除量为12.16 mg/L，以Feammox反应为主；在整个运行周期内铁盐反硝化（nitrate-dependent Fe(Ⅱ) oxidizing，NDFO）去除\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}-\mathrm{N}约5 mg/L。由相关性分析可得，\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}浓度与Fe(Ⅲ)、\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{-}-\mathrm{N}浓度呈显著性正相关（P_Fe<0.05、P_{\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}<0.01），而\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}-\mathrm{N}与Fe(Ⅲ)呈负相关（P<0.5）。实验结果表明在Feammox、Anammox以及NDFO共同作用下，该系统实现了污水自养型脱氮。     

基于铁基质高效催化还原污水中硝酸盐氮的实验研究

污水厂排水中硝酸盐氮(\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N)浓度偏高,难利用常规生物脱氮工艺实现\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N的深度脱除。以铁基质高效催化脱氮载体为污水中\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N的脱除材料,探究不同铁基质催化活性、pH和\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N浓度等对污水中\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N去除的影响及机制。研究结果表明：添加催化剂D的铁基质高效催化脱氮载体可脱除92.23%的\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N,调节污水为酸性至中性条件时,其\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N去除率均可达到92.09%以上,且氨氮(\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}-N)积累量先升高后降低;当污水为碱性条件时,\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N的去除率亦可达86.13%以上,且在碱性条件时无\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}-N积累;原水中\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N的浓度变化(20~70 mg·L^-1)对铁基质高效催化脱氮载体的脱氮性能影响较小,\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N去除率均达到96.11%以上。与催化剂A、B和C相比,添加催化剂D的铁基质高效催化脱氮载体脱氮速率最快,\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N降解反应过程符合一级反应动力学方程,反应速率常数k=0.0170 min^–1。     

邻苯二甲酸二(乙二醇醚)酯绿色合成及增塑PVC性能

以邻苯二甲酸酐和低毒型乙二醇醚（乙二醇甲/乙/丁醚、二乙二醇甲/乙/丁醚）为原料,固体酸\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}/TiO₂为催化剂,采用直接酯化法催化合成邻苯二甲酸二(乙二醇醚)酯（酯化率?97.0%）,并利用傅里叶红外光谱（FTIR）、¹H核磁共振（¹H NMR）确定产物结构。对合成产物邻苯二甲酸二(乙二醇醚)酯的基本物性（酯含量、酸度、黏度、加热减量等）及其增塑后聚氯乙烯（PVC）制品的力学性能、热稳定性以及抗迁移性能进行测试。结果表明,邻苯二甲酸二(乙二醇醚)酯的增塑性能与其结构中乙氧基数目成正比,而与其末端烷基碳链长度呈现先增加后下降趋势。与邻苯二甲酸二辛酯（DOP）增塑后PVC制品（PVC/DOP）相比,邻苯二甲酸二(二乙二醇乙醚)酯增塑后PVC制品（PVC/DEEEP）的断裂伸长率和拉伸强度分别提高87.4%和3.4MPa,初始热分解温度（T_5%）提高21.5℃。     

UV-LED/NaClO工艺降解尼泊金甲酯：不同活性物种的作用

采用UV-LED/NaClO工艺降解水中尼泊金甲酯(MeP),通过竞争动力学的方法确定了MeP与HO·、\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}·的二级反应速率常数,考察了不同NaClO投加量、pH和腐殖酸(HA)浓度下不同活性物种对MeP去除的贡献,研究了共存Br^-对MeP矿化、消毒副产物(DBPs)生成和急性毒性变化的影响。结果表明,NaClO与UV-LED的协同效果要优于其他氧化剂,UV-LED/NaClO工艺降解MeP的拟一级动力学常数为0.0854 min^-1。MeP与HO·、\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}·的二级反应速率常数分别为4.00×10⁹ L/(mol·s)和5.56×10⁸ L/(mol·s),UV-LED/NaClO工艺降解MeP时各活性物种的贡献率符合活性氯自由基(RCS)>HO·>NaClO>UV-LED的规律。弱酸性和中性条件有利于MeP降解,HA明显抑制了降解,\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}、\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}和Br^-均不同程度促进了MeP降解。Br^-可以提高MeP的矿化,但会导致更多的DBPs生成,增加反应溶液的急性毒性。     

Supercritical transesterification: Impact of different types of alcohol on biodiesel yield and LCA results

A series of experiments with transesterification of rapeseed oil in supercritical methanol and supercritical ethanol was carried out in a batch reactor at various reaction temperatures (250–350 °C), working pressure (8–12 MPa), reaction time (7, 15 and 30 min), and at a constant 42:1 alcohol to oil molar ratio. The effect of alcohol, temperature, pressure and reaction time on biodiesel yield was investigated using linear multiple regression models. In the observed range, temperature has the highest impact on yields, followed by reaction time and pressure. The relative importance of time and pressure in explaining yields is higher in the case of transesterification in supercritical ethanol. The results of environmental life cycle assessment have revealed that contrary to general belief the usage of ethanol instead of methanol cannot improve the sustainability and renewability of the transesterification process significantly.     

基于非线性鲁棒连续回归的汽油干点软测量

针对RCR算法难以建立高精度的非线性软测量模型的问题,提出了一种径向基函数(radial basis function,RBF)与鲁棒连续回归(robust continuum regression,RCR)相结合的非线性RCR(nonlinear RCR,NLRCR)建模方法。该方法首先应用RBF将非线性样本数据映射到高维特征空间中,然后在高维特征空间中建立RCR线性回归模型。本文通过仿真实验,验证了方法的有效性。并将其应用于延迟焦化汽油干点的软测量建模中,获得了比RCR和RBF-PLS算法更高的预测精度。     

含携带剂超临界CO_2诱导聚碳酸酯结晶的研究

利用含甲醇携带剂的超临界CO2(ScCO2)对由双酚A(BPA)和碳酸二苯酯(DPC)合成的聚碳酸酯(PC)预聚物进行了诱导结晶,所得结晶预聚物经固相缩聚得到了高分子量PC。采用凝胶渗透色谱(GPC)测定了产物分子量,并通过差示扫描量热仪(DSC)和X射线衍射仪(XRD)对产物进行了测试表征;考察了压力、温度和诱导时间等因素对PC结晶度的影响,以及不同结晶度的预聚物对缩聚产物分子量的影响。结果表明:随着温度的升高,PC结晶度先升后降,理想结晶温度为90℃;另外,结晶度随着压力的增大而增大,较佳的结晶压力为30 MPa;此外,在较高温度下PC预聚物的诱导结晶速度加快,并且相同条件下预聚物结晶度越大缩聚产物的分子量越大。     

Light olefin production by catalytic co-cracking of Fischer–Tropsch distillate with methanol and the reaction kinetics investigation

Catalytic co-cracking of Fischer–Tropsch(FT) light distillate and methanol combines highly endothermic olefin cracking reaction with exothermic methanol conversion over ZSM-5 catalyst to produce light olefins through a nearly thermoneutral process. The kinetic behavior of co-cracking reactions was investigated by different feed conditions: methanol feed only, olefin feed only and co-feed of methanol with olefins or F–T distillate. The results showed that methanol converted to C_2–C_6 olefins in first-order parallel reaction at low space time, methylation and oligomerization–cracking prevailed for the co-feed of methanol and C_2–C_5 olefins, while for C_6–C_8 olefins,monomolecular cracking was the dominant reaction whether fed alone or co-fed with methanol. For FT distillate and methanol co-feed, alkanes were almost un-reactive, C_3–C_5 olefins were obtained as main products, accounting for 71 wt% for all products. A comprehensive co-cracking reaction scheme was proposed and the model parameters were estimated by the nonlinear least square method. It was verified by experimental data that the kinetic model was reliable to predict major product distribution for co-cracking of FT distillate with methanol and could be used for further reactor development and process design.     

水杨酸甲酯的加压合成工艺研究

以水杨酸和甲醇为原料,对甲苯磺酸催化作用下合成了水杨酸甲酯,考察了酸醇摩尔比、反应温度、反应时间及反应压力对酯收率的影响。结果表明,较佳合成工艺条件为:n(水杨酸)∶n(甲醇)摩尔比=1∶5,反应温度120℃,反应时间5 h,反应压力162 kPa,在此条件下,酯收率接近90.0%。产品经FT-IR确定结构,用气相色谱检测,产品纯度达到99.5%。     

Methanol treatment in gas condensate reservoirs: A modeling and experimental study

Well productivity in gas condensate reservoirs is reduced by condensate blockage when the bottom-hole pressure drops below dew point pressure. The present experimental study on limestone cores shows that the relative permeability of gas decreases due to liquid blockage; furthermore, methanol has proven effective in the removal of condensate and restoration of gas relative permeability. In this research, the decrease in gas relative permeability caused by condensate banking and the effect of methanol treatment on condensate-blocked rocks was simulated using the cubic-plus-association (CPA) equation of state. The CPA equation of state was applied to the modeling of two-phase flows through cores for methanol–hydrocarbon mixtures due to charge transfer and hydrogen bonding, both of which may strongly affect the thermodynamic properties of such mixtures. Differential equations were solved by means of the orthogonal collocation method, a method particularly attractive for solving nonlinear problems. The modeling results confirm the experimental results, and both methods indicate that significant productivity loss can occur in retrograde gas condensate reservoirs when the flowing bottom-hole pressure falls below dew point pressure. Moreover, the results show that methanol treatment can improve gas relative permeability by a factor of about 1.3–1.6. These results may help reservoir engineers and specialists to restore the lost productivity of gas condensate.     

Catalytic Activity of Copper Oxide Impregnated HZSM‐5 in Methanol Conversion to Liquid Hydrocarbons

A number of CuO/HZSM‐5 catalysts have been studied in a small scale fixed bed reactor for the conversion of methanol to gasoline range hydrocarbons at 673 K and at one atmospheric pressure. All the catalysts were prepared by wet impregnation technique. The copper oxide loading over HZSM‐5 (Si/Al=45) catalyst was studied in the range of 0 to 9 wt%. XRD, surface area analyzer, metal trace analyzer, SEM techniques and TGA were used to characterize the catalysts. Incorporation of CuO onto HZSM‐5 zeolite significantly increased conversion and liquid hydrocarbon product yields. The major liquid products of the reactions were ethyl benzene, toluene, xylene, isopropyl benzene, ethyl toluene, trimethyl benzene and tetramethyl benzene. The maximum methanol conversion and hydrocarbon product yield was obtained at a copper oxide loading of 7 wt%. Effect of run time on conversion and product distribution was also investigated to compare the performance of these catalysts and coke on the catalyst was determined. Effect of space‐time and temperature on methanol conversion and products yield with 7 wt% CuO/HZSM‐5 has also been investigated and analyzed qualitatively.     

甲醇制芳烃K-means-PSO-SVR局部建模及优化

针对甲醇制芳烃（MTA）过程数据样本趋同、维度高、非线性、强耦合、局部差异大的特性,提出了一种K-means-PSO-SVR的局部建模方法,用以解决单一全局模型预测精度低,鲁棒性不强的问题。该方法首先用K-means算法对样本空间的数据进行聚类,实现对样本空间k个区域的划分,再用经过粒子群优化算法（PSO）优化过超参数的支持向量回归算法（SVR）在划分好的样本空间上建立相互独立的局部模型,最终将建立的k个相互独立的局部模型组合起来组成覆盖整个样本空间的集成模型。在不同噪声水平下将K-means-PSO-SVR方法的建模效果与单一全局SVR、BP神经网络和线性回归3种算法的建模效果进行了比较分析,结果表明：K-means-PSO-SVR局部建模方法的性能在所有水平的噪声下都明显优于其他3种建模方法,并且该方法对噪声具有很强的鲁棒性。以建立的数据模型为基础优化了两段式固定床甲醇制芳烃的关键工艺参数,并用5次独立重复实验验证了优化结果的可靠性,得出当一段温度为446.2℃、二段温度为467.3℃、甲醇体积空速为0.4h^-1、压力为0.64MPa时反应产物中苯、甲苯和二甲苯（BTX）的总收率最高,最高收率为44.30%。     

低温液相甲醇合成鼓泡浆态反应器数学模拟

建立了经由甲酸甲酯的低温液相甲醇合成鼓泡浆态反应器的数学模型 ,模拟了实验室鼓泡浆态反应器的行为 ,并利用模型考察了工艺参数如表观气速、催化剂浓度对反应的影响 ,对改进和提高低温液相浆态床反应器甲醇合成提供了信息 ,以便对开发低温甲醇合成工艺提供参考和指导