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。     

佳瑞煤矿采空区煤炭自燃标志性气体实验研究

佳瑞矿15101工作面属于近距离煤层开采,采空区为松散煤岩混合体。实验室开展了14#、15#煤的程序升温实验,分析了煤自燃过程中各气体的生成量与温度之间变化规律。结果表明:两个煤层自燃生成的CO、C2H4、CH4等气体变化规律基本相同,C2H6气体变化规律差异明显。综合确定了佳瑞矿采空区煤炭自燃标志性气体指标为CO、C2H4及C2H2,为预防采空区煤炭自燃提供了依据,有效保障煤矿的安全高效生产。     

基于水合物的沼气净化技术

沼气的主要成分为CH4、CO2、H2S,使用前需对其进行必要的净化处理,使沼气的质量达到标准要求。气体水合物相平衡研究表明,单组分CH4、CO2、H2S气体及(CH4+CO2+H2S)三元体系在纯水中生成水合物的条件存在显著差异,可利用水合物的生成过程逐一脱除沼气中的H2S和CO2。基于此,提出了一种利用水合分离技术净化沼气的新工艺,以优化流程、降低能耗、提高分离效率。     

5株产甲烷细菌的产气效能研究

采用气相色谱法,分析从贵阳青岩沼气池中分离纯化后的5株产甲烷细菌的产气效能,发现5株产甲烷细菌所产生的气体中只含有CH4和CO2气体,并且CH4含量在97.9%以上,而CH4和CO2含量的总和在99.99%以上.     

含瓦斯煤粒综合传质系数的实验研究

通过实验研究了不同煤阶煤样在不同压力条件下吸附不同气体的综合传质系数α的变化规律.结果表明:α随着压力的增加而增加且呈指数变化关系;在相同压力下,α随着煤阶的增加而减小;煤层中注入的CO2优先提高CH4的解吸速率,增加了CO2对CH4的置换量.该结果从理论上说明了注入CO2提高煤层气采收率的有效性和可行性.     

煤表面吸附H_2S气体特性量子化学分析

为探究煤层中硫化氢的吸附性质,建立山西铁新含硫化氢煤表面分子模型,利用软件Gaussian09,通过密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311G上计算煤表面分子与H2S、CO2、CH4、N2气体分子的吸附能.进一步模拟了硫化氢和甲烷混合气体共存条件下,二者的依存关系.结果表明:煤吸附硫化氢的吸附能为2.230 k J/mol,键长、键角均无变化,表明煤对硫化氢存在吸附,且为物理吸附;煤对四种气体吸附能力依次为CO2CH4N2H2S,硫化氢为弱吸附气体;硫化氢的存在促进煤对甲烷的吸附;煤对硫化氢和甲烷混合气体的吸附能大于煤对单个气体的吸附能.     

变压器油纸绝缘沿面放电特性及其产气规律

基于油纸绝缘沿面放电模型,在实验室模拟变压器油箱内进行局部放电试验,研究油纸绝缘沿面放电发展特性及其特征量的变化规律,并着重研究放电发展过程中油中溶解气体的变化特性。实验结果表明,油纸绝缘沿面放电幅值在放电起始阶段呈上升的趋势,放电2～3h幅值达到最大,然后放电强度开始慢慢减弱;随着油纸绝缘局部放电的发展,CO的绝对产气速率以一个值为中心上下波动,变化幅值较小;而油中沿面放电H2和CH4的绝对产气速率先增加再减少,放电谱图变化与油中溶解气体绝对产气速率变化表现出较高的相似性。     

基于Gibbs自由能最小原理分析CO2重整CH4

运用G ibbs自由能最小方法,研究了重整反应器的操作参数(温度、压力、反应气配比等)对CO2重整反应中CH4转化率和产物分布的影响,以及甲烷氧化反应与CO2重整反应间的能量耦合.研究结果表明:反应压力P不变(P=101.325 kPa),随温度升高CH4和CO2转化率增大,在900 K左右产生的H2O(g)的量达到极大值,在1 200 K以上CH4转化率接近100%;反应温度T不变(T=973 K),随压力升高CH4和CO2转化率降低,H2O(g)的选择性略微增加;T=973 K,P=101.325 kPa,原料气中nCH4/nCO2(摩尔比)从0.65增加到2.0时,CH4转化率从85%降到45%,nH2/nCO(摩尔比)从0.77增加到0.95;反应器中加入适量O2,可以提供CO2重整反应所需的能量,同时可调节产物中CO与H2的摩尔比.     

五元杂环取代的茂金属配合物的合成及表征

将(C5Me4H) C4H3S,(C4H3S)C(CH3)(C2H5)(C5H5)和2- CH3C4H2O(C5Me4H)分别与Mo(CO)6,Ru3(CO)12和Fe(CO)5在二甲苯中加热回流,合成了3个新型的双核配合物[(η5-C5Me4C4H3S) Mo(CO)3]2,[(η5- C5H4)C(CH3) (C2H5) (C4H3S)Ru(CO)2]2和[(η5- C5 Me4(2 - CH3CH2O))Fe(CO)(μ-CO)]2.通过元素分析、红外光谱、核磁共振氧谱对其结构进行了表征.     

林业废弃物氧气-水蒸气气化的Aspen Plus模拟

基于Aspen Plus软件对林业废弃物氧气-水蒸气气化进行模拟计算,并对比模拟结果与试验结果以验证模型的可靠性,研究了气化温度、气化压力、当量比及水蒸气与废弃物的质量配比(S/F)对气化特性的影响.结果表明:随着温度升高气体产物中H2和CO含量增加,同时气化效率也相应增加,800℃时气化效率达到最高值为87.38%;压力增大时气体产物中H2,CO含量减少,但干气体产物的CH4含量及气体热值迅速增大;气化的最佳当量比约为0.22,过高或过低均会导致可燃组分和气化效率的下降;S/F增大时,气体产物中CO2,H2含量增多,CO含量减少,当S/F≥0.5时气化效率达到最大值并保持不变.     

入口气组分对质子交换膜燃料电池柴油水蒸气重整制氢流程的影响

考察了Ni--Yb/γ--Al2O3(Ni 16%,Yb 5%,质量分数)催化剂,入口气中添加不同组分(CO2、H2和CH4)对柴油低/高温水蒸气重整过程中转化率及重整率的影响,以及添加CO2入口气对质子交换膜燃料电池柴油水蒸气重整制氢流程中后续的CO水气变换和深度去除CO过程的影响.结果表明:入口气中添加CO2或H2进一步提高了柴油在低温(400～500℃)水蒸气重整反应中的转化率(95%),能够为后续的高温(550～750℃)水蒸气重整过程提供CH4代替柴油作为重整原料,从而显著抑制了积碳.入口气中添加H2对高温水蒸气重整有抑制作用,添加CH4不利于提高柴油转化率.入口气中添加CO2时,气碳摩尔比约为0.54时柴油转化率最佳,但重整产物中CO含量会增加,因而后续CO水汽变换过程的空速需降低以便保证CO去除率,添加CO2对最后深度去除CO过程(两段选择甲烷化法)无明显影响.     

塑料在高频等离子体中的热解气化研究

采用高频电容耦合等离子体对塑料聚乙烯进行热解处理,重点考察热解气体产物的分布及组成,结果表明,热解产物中包括可燃气和热解碳黑,几乎没有发现焦油产生.高频N2等离子体热解时,热解气体中主要成分为H2、CH4以及其它有机小分子;进入气体中的C转化率低,而H转化率高.当采用水蒸汽等离子体热解时,热解除产生大量H2、CH4外,还有CO以及其它有机小分子气体产生,同时进入气体中的C转化率提高.     

生物质/煤超临界水气化制氢的主要影响因素

以羧甲基纤维素钠(CMC)/华亭烟煤的超临界水共气化制氢为例,考察了温度(350～700℃)、压力(20～35 MPa)和物料(CMC 煤)的质量分数w(1.1%～2.0 %)等对生物质/煤共气化气体产物的影响.模拟和实验结果表明:得到的主要气体产物是H2、CO2和CH4,产气中H2的摩尔分数随温度的升高而升高,但温度升高到一定值后,H2的摩尔分数(x(H2)=67%)保持不变;随物料质量分数的增加,H2的摩尔分数减小,物料的温度和质量分数的变化对产气的作用远大于压力;制氢的适宜温度为450～550 ℃、压力为25 MPa左右、w≥15%.提出后续实验应着重提高物料在反应器内的加热速率,筛选研究在较低温度下能有效催化产氢的Ni催化剂.     

气体放电等离子体直接转化CH4和CO2制备高碳烃研究

针对温室气体CH4和CO2化学利用,提出介质阻挡气体放电等离子体化学转化方法,将CH4,CO2直接转化为高碳烃,并副产一部分合成气.实验表明,介质阻挡气体放电CH4和CO2反应烃类产物类似于常规催化的Fischer-Tropsch(F-T)合成,包括气态烃、液态烃和高聚物,但产物分布不符合Flory-Schulz分布.研究讨论了分子筛在抑制等离子体聚合物和炭黑生成方面的作用,讨论了CO2进料对CH4转化制高碳烃的影响,指出适宜进料CH4/CO2比在2/1至3/1范围内.     

N_2/CO_2/H_2O抑制甲烷燃烧数值分析

建立了CH4-O2预混气体等容绝热燃烧、爆炸的零维数学模型,并以此为基础对惰性气体抑制CH4点火、燃烧和爆炸的微观化学动力学过程进行数值模拟.数值计算结果表明,N2,CO2和H2O的加入,大大延长了CH4-O2预混气体的点火延迟时间,同时降低了燃烧反应系统温度.N2,CO2和H2O能有效抑制CH4点火、燃烧和爆炸,一方面源于CH4和O2在混合气体中的摩尔浓度被降低,致使离解出的H,O,OH和CH3自由基减少;另一方面则源于N2,CO2和H2O作为第三体稳定分子参与三元碰撞反应,使高活性的自由基转变成了低活性的稳定分子.相同条件下,CO2和H2O除了重点参与三元碰撞反应外,还不同程度地参与其他链式反应,而N2则是完全不参与其他链式反应.这就导致N2,CO2和H2O的抑燃、抑爆的能力和效果存在差异.     

气体分离用管状炭分子筛膜

以无机陶瓷管为支撑体、热塑性酚醛树脂为原料,经高温炭化制备了炭分子筛膜.用低温N2吸附的方法测定了炭分子筛膜的比表面积,用扫描电子显微镜对膜的形貌和厚度进行了表征.考察了膜的气体透过率以及气体的理想选择性随温度的变化关系： H2、CO2、O2、N2和CH4的透过率随温度的升高而增大;理想选择性α（H2/N2）、α（CO2/N2）、α（CO2/CH4）随温度的升高而减小,而α（O2/N2）随温度的升高先增大后减小,在90℃左右气体选择性达到最大.最后由阿累尼乌斯公式计算了气体透过炭分子筛膜的活化能, 进一步说明气体透过机理为活化扩散.     

混合气组分对CO在稀土复合吸附剂上吸附的影响

采用吸附柱动态实验装置,分别考察了混合气组分H2O、CO2、CH4对稀土复合吸附剂变压吸附CO的影响。实验结果表明,原料气中微量的H2O的存在对稀土复合吸附剂的吸附性能有较大影响,当水质量浓度仅为250mg/L时,CO的变压吸附量下降约35％;与CO相比,CO2在稀土复合吸附剂上为弱吸附组分,但对CO的吸附性能有一定影响,当CO2体积分数为1％时,CO的变压吸附量可维持在12.5ml/g左右;而CH4的存在对CO在稀土复合吸附剂上的吸附量影响不大。     

城镇污水处理厂对周边大气中温室气体本底浓度的影响

针对城镇污水处理厂温室气体排放检测需求,采用双检测器模式,构建了同时检测污水处理厂排放的甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)和氧化亚氮(N2O)浓度的气相色谱法监测技术,该方法采用HAYESEP Q色谱柱以及FID和μECD检测器对3种温室气体进行定量分析.结果表明:该色谱体系检测CH4、CO2和N2O浓度的精密度相对标...     

含二硫代甲酸酯配体铁硫簇合物的合成与表征

报道通过2–呋喃甲硫醇/十二羰基三铁/三乙胺体系所形成的中间物[(μ-2-SCH2C4H3O)(μ-CO)Fe2(CO)6]Et3NH同CS2作用生成络阴离子[(μ-2-SCH2C4H3O)(μ-S C—S—)Fe2(CO)6]后,同卤代物原位反应,合成了3个新颖的含μ–二硫代甲酸酯配体的铁硫簇合物(μ-2-SCH2C4H3O)(μ-RS—C S)Fe2(CO)6(R=CH3、CH2Ph、CH2COOC2H5).这3个新颖配合物均通过核磁共振氢谱、红外光谱和元素分析表征了其结构.     

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．