椰壳活性炭低温变压吸附天然气中CO2/CH4实验

结合天然气液化储运过程中低温与常规变压吸附（PSA）工艺,提出低温变压吸附净化天然气工艺.用椰壳活性炭对CO₂和CH₄单组份气体进行静态吸附,以及CO₂/CH₄二元混合气体动态模拟吸附分离.利用静态体积法研究-30~25 ℃,1.2~2.5 MPa下CO2和0~4 MPa下CH₄在椰壳活性炭上的吸附行为,椰壳活性炭对两者的吸附量均随温度降低而增大.动态吸附分离实验压力为0.45,0.85,1.85 MPa,随温度或压力的降低,椰壳活性炭对CO₂/CH₄二元混合气体的分离因子不断增大,温度对其影响效果大于压力的影响,且在实验温度范围内CH₄的动态吸附量呈先增大后减小的变化趋势.研究表明,椰壳活性炭对天然气脱碳具有广阔的应用前景.     

分子筛捕捉的原子簇催化剂的性能研究

采用溶剂分散法制备Rh₂(CO)₄Cl₂/NaY和Rh₂(CO)₄Cl₂/BX催化剂,将其用于催化一氧化碳加氢反应,研究温度、载体及CO/H₂(摩尔比)对催化剂的活性和选择性的影响,用H₂-O₂滴定法及CO吸附法测定Rh的分散度及CO吸附量。研究结果表明上述催化剂具有稳定的高分散度,对CO加氢反应有较高的活性和较好的选择性,而对CO的吸附是很弱的。     

狭缝孔内水煤气变换反应平衡的蒙特卡罗模拟

采用反应蒙特卡罗(RCMC)方法模拟了狭缝孔内水煤气变换反应的化学平衡。模拟中,CO和H₂描述成球形LJ分子,H₂O和CO₂的分子势能分别采用TIP4P和EPM2模型计算。孔壁分子与L J点位之间的相互作用采用Steele的10-4-3模型计算。采用经典热力学方法得到主体相的平衡组成,并与RCMC的计算结果比较。两者的一致表明可以通过RCMC方法来计算预测狭缝孔内的化学平衡组成。进一步探讨了压力、温度、孔宽以及进料气摩尔组成等因素对孔内化学平衡的影响。计算表明,尽管孔内H₂摩尔分数低于主体相,但是在压力为1MPa、温度723.15K、孔宽H=3.652nm和进料水汽比n(H2O)∶n(CO)=1∶1条件下,可以得到较大的孔内H₂产量。     

有机/无机复合材料吸附分离CO2的模拟研究

从烟道气中分离二氧化碳对于降低大气温室效应具有极其重要的意义。构造了由聚合物6FDA-1,5-NDA和多孔性二氧化硅组成的有机/无机复合材料吸附剂模型,并用GCMC方法模拟了烟道气[n（CO2）：n（N2）=15：85]在该材料中的吸附行为。结果表明,这种复合材料吸附剂对CO2的吸附量和选择性随着聚合物含量的增加而增加。在相对较低的温度下,复合材料吸附剂对CO2的选择性随压力的升高而缓慢下降,并趋向于一个平衡值;在高温下,吸附剂对CO2的选择性基本不随压力变化。在一定的吸附压力下,CO2和N2的吸附量均随温度的升高而快速下降,但CO2吸附量下降幅度比N2快,导致吸附剂对CO2的吸附选择性随温度的升高而下降。     

LB型中温变换催化剂本征动力学研究

在3 MPa,598～728 K和反应器入口气体组成(摩尔分数)CO 0.066～0.139,CO2 0.041～0.1,H₂0.262～0.457,H₂O 0.217～0.386,N₂ 0.077～0.271,余为CH₄条件下,采用微型等温积分反应器,对低汽-气摩尔比LB型一氧化碳中温变换催化剂的本征反应特性进行了实验研究。以复合型法对实验数据进行非线性参数估值,建立了能良好吻合实验数据的幂函数型LB中温变换催化剂加压本征动力学模型。工业检验结果进一步表明,该动力学模型的应用是安全和可靠的。     

NiSO4/γ-Al2O3 催化H2还原反应动力学研究

针对矿物燃料燃烧所产生的二氧化硫气体的污染问题,进行了负载于氧化铝上的硫酸镍催化H₂还原SO₂反应的动力学研究。在固定床流动积分反应器中考察了反应温度、空速及反应物中H₂与SO₂配比对反应速度的影响。动力学的实验条件：温度范围为370～450℃,反应混合气的流速为8000mL/h,反应物中H₂与SO₂的比例为0.5～2.0。通过数值积分方法进行拟合,发现反应的积分动力学方程较好的符合r_SO2= Kp_H2b_SO2p_SO2/[ 1+b_SO2p_SO2+b_H2Op_H2O+(b_S2p_S2)^1/2]. 即典型的存在产物吸附阻碍的R-E方程。这一结果与本实验室对该催化剂表征所发现的H₂在催化剂上无明显吸附,而H₂O,S₂,SO₂明显吸附相一致。     

低碳微合金钢抗CO2/H2S腐蚀性能研究

针对用于可膨胀套管的低碳微合金钢CO₂/H₂S腐蚀问题,采用电极化实验、失重法及SEM等方法和手段对低碳微合金钢分别在单一H₂S（pH=2.9）、CO₂/H₂S流量比为1∶1（pH=2.9）、CO₂/H₂S流量比为1∶1（pH=5.3）条件下的腐蚀行为和规律进行研究。结果表明：低碳微合金钢在单一H2S条件下,生成了铁的硫化物,使腐蚀速率高;在有CO2存在的情况下,由于CO₂吸附在钢材表面,形成致密的吸附膜,提高了自腐蚀电位,减缓了CO₂/H₂S的腐蚀速率;由于组织不均匀及MnS的偏析,造成腐蚀后试样表面不平整,腐蚀产物膜存在微裂纹,pH值越低,腐蚀后试样表面越不平整,裂纹越明显,腐蚀越严重。     

CO2在页岩中的吸附解吸性能评价

利用自主设计的页岩中气体吸附解吸实验装置,在不同温度和压力条件下研究CO2在不同页岩中的吸附解吸性能。结果表明:CO2在页岩上的等温吸附曲线属于典型的Ⅰ型等温曲线,可采用Langmuir模型对吸附及解吸数据进行拟合;相同温度下,CO2在页岩中的吸附量随着压力的升高而增大;相同压力下,CO2在页岩中的吸附量随着温度的升高而减小;相同温度压力条件下,CO2解吸过程中存在解吸滞后现象,且解吸附曲线表征的最大吸附能力低于吸附曲线表征的最大吸附能力;CO2在页岩上最大吸附量随有机碳含量增加而增大,随石英含量增加而减小。     

Ni/α-Al2O3催化剂上甲烷水蒸气重整本征动力学

在消除扩散影响的条件下，在装填工业Ni/α-Al₂O₃催化剂的微分反应器内进行了甲烷水蒸气重整的本征动力学研究。实验证明在低产物浓度时H_2, CO和CO₂为主要产物，且两者的生成速率均与CH₄分压成正比，同时CO的生成速率与CO₂分压成正比关系，而CO₂的生成速率与H₂O分压成正比关系。考虑了5种可能的模型推导了本征动力学方程，通过参数估计和模型比较确定了比较满意的甲烷水蒸气重整本征动力学方程。     

MCM-41介孔分子筛吸附分离瓦斯组分的分子模拟研究

以自制的MCM-41介孔分子筛为原型,采用圆柱型孔结构模型对CH4,N2,CO2及其多组分混合物在MCM-41介孔分子筛上的吸附行为进行了GCMC模拟。探讨了单组分、双组分和三组分气体在吸附材料上的吸附量随吸附压力变化规律及吸附、分离特征。结果表明,3种组分在吸附材料上的最大吸附量分别为3.75,2.6和7.54mmol/g;CO2/N2,CH4/CO2和CH4/N2的最大分离系数分别为10.4,4.33和3.5.等摩尔3组分混合气体吸附时,CO2在吸附相中被浓缩,CH4和N2在气相中得到适当富集。     

活性炭对CO和CO2的吸附行为研究

采用重量吸附法,研究了空白活性炭A、经有机胺改性的活性炭C和经氢氧化钾与有机胺混合溶液改性得到的活性炭D在绝对温度303,313,323K下分别对单组分气体CO和CO2气体的等温吸附行为。等温吸附模型优选的结果表明:Freundlich方程是描述活性炭吸附CO气体的最佳模型方程;而Langmuir方程、D-R方程可以较好地模拟活性炭样品A在303,313,323 K下对CO2的等温吸附,Freundlich方程则能较好地模拟样品C和D在313 K下的等温吸附。CO和CO2在活性炭A上的等量吸附热均随吸附量的增加而降低。相同吸附压力下,CO2的吸附量高于CO。改性活性炭C和D上CO2的吸附量明显高于空白活性炭A;而活性炭的比表面积和微孔容积与吸附量的变化没有直接相关性。     

基于分子筛13X的氢同位素分离

液氮温度下用分子筛13X在自行设计的单塔变压吸附装置上进行氢氘同位素气体的分离研究,考察了流量、压力与吸附床长度对分离效果的影响,在气体总压0.40 MPa、总流量63.86 cm3/min与吸附床长度1.0 m时氢氘分离因子可达到1.27.结合平衡吸附和动态分离之间的差异,表明吸附法能够有效分离氢同位素气体的机理是基于动力学效应.     

Modification of free-energy density functional theory approach for prediction of high-pressure mixture adsorption

A modified non-local free energy density functional theory （NDFT） model, with the consideration of the nonadditivity term of solid-fluid and fluid-fluid interactions and finite pore wall thickness （≈2 layers）, was developed to model the confined fluid mixtures in slit pore. This improved NDFT approach, combining with the pore size distribution （PSD） analysis of adsorbent material can be applied to predicting the adsorption equilibria of high-pressure gas mixtures on activated carbon. Compared with the conventional NDFT method, this new approach partly improves the correlation performance of adsorption equilibrium for pure species and increases the reliability of the PSD analysis. For the mixtures, CH4/N2 and CO2/N2, a relatively improved performance has been observed for the adsorption equilibrium prediction of the mixtures under high-pressure conditions, especially for the weakly adsorbed species.     

Special IR properties of palladium nanoparticles and their aggregations in CO molecular probe infrared spectroscopy

Dispersed Pd nanoparticles (Pdn) have been synthesized by reducing H2PdCI4 with ethanol, and stabilized using poly(vinylpyrrolidone) (PVP). The Pdn is applied to the glassy carbon substrate to form a thin film, and then the potential cyclic scanning at 50 mV.s^-1 from -0.25 to 1.25 V was carried out for about 30 min to form the aggregations of Pdn (Pdn^ag). FTIR spectroscopy of both transmission and reflection modes was employed to study CO adsorption on Pdn and Pdn^ag in both solidlliquid and solidlgas interfaces. It has been revealed that CO adsorption on Pdn film yields two IRbands near 1964 and 1906 cm-1, which are assigned to IR absorption of CO bonded on asymmetric and symmetric bridge sites, respectively. In contrast to the IR properties of CO adsorbed on Pdn, only species of CO bonded on asymmetric bridge sites was determined on Pdn^ag, and the direction of the IR band near 1963 cm^-1 is completely inverted. The full width at half-maximum (FWHM) of the COB^as band near 1964 cm^-1 is measured to be 14 cm^-1 on Pdn film, while it is 24 cm^-1 on Pdn^ag film. The results of the present study demonstrated that the inverting of the IR band direction is a general phenomenon that is closely related to the interaction between nanoparticles in aggregation of Pdn.     

玉米芯活性炭的制备及储气性能

天然气、氢气、二氧化碳等气体的吸附研究在洁净气体代油燃料的强化存储、温室气体减排、大气治理等方面具有重要意义,其重点内容是高效吸附材料的开发．以玉米芯为原料,采用磷酸活化法制备了含有较高中孔比例的活性炭,其比表面积达到1,610,m2/g,孔容为1.72,cm3/g,中孔体积达到1.14,cm3/g,占孔容的66％．测定了H2、N2、CH4和 CO2在该吸附剂上的吸附等温线．在0.4,MPa 时,CO2对 CH4的选择性达到2.76,对 N2的选择性达到7.63,对 H2的选择性达到42.31,具有良好的分离应用前景．测定了水存在条件下甲烷在该活性炭上的吸附等温线,由于孔尺寸有利于甲烷水合物的生成,因此甲烷吸入量较在干燥吸附剂上提高了82％．根据克劳修斯-克拉佩龙方程计算了甲烷水合物的生成焓为-64.37,kJ/mol．     

四川盆地海相富有机质页岩孔隙特征及赋存状态特征

本文利用低温液氮吸附实验和扫描电子显微镜,基于分子动力学研究了龙马溪组页岩的孔隙特征和甲烷生成特征。根据低温液氮吸附的BET模型,龙马溪组页岩的比表面积为4.32-29.50 m² / g,平均为13.78 m² / g。计算得出的页岩总孔隙体积为6.12-30.47cm³ / g,平均孔径分布范围为3.83-4.52nm,平均孔径为4.06nm。页岩气的吸附和生成也很容易与人工压裂产生的裂缝形成有效的连通。输送通道相对平滑,气体渗透条件良好,这有助于页岩气的开发。孔类型主要包括微裂纹,粒内孔和粒间孔。龙马溪组页岩储层中甲烷的吸附特性表明,随着孔径的变化,甲烷的吸附势能由正向负变化,并逐渐趋近于零。零点表示没有甲烷分子吸附在孔壁上。爆发从吸附变为自由。     

操作条件对质子交换膜燃料电池性能的影响

通过测量电池的电流-电压、电流密度-功率和电流密度-时间曲线,研究了温度、压力和尾气排放速度对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响,得出了电池较佳的工作条件。实验结果表明：氢气和氧气的较佳工作压力分别为0.03MPa和0.3MPa;在该压力下,电池工作温度为60℃时,电池的最大功率密度可达0.44W/cm²;当尾气排放速度为20mL/min时,电池能够高效、稳定的运行。