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Pd FER分子筛模板剂脱除及其催化正丁烯骨架异构化反应性能

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石油炼制与化工 2024年第3期55卷 9-20页

作者：樊金龙朱学栋徐亚荣杨帆华东理工大学化工学院上海200237 中国石油乌鲁木齐石化公司研究院

制备HFER-CHA分子筛并进行了钯改性,在不同温度的流动空气气氛下焙烧脱除模板剂,考察钯改性对分子筛模板剂脱除的影响,研究脱除模板剂后的分子筛催化醚后碳四中正丁烯骨架异构化的反应性能。采用X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)和... 详细信息

制备HFER-CHA分子筛并进行了钯改性,在不同温度的流动空气气氛下焙烧脱除模板剂,考察钯改性对分子筛模板剂脱除的影响,研究脱除模板剂后的分子筛催化醚后碳四中正丁烯骨架异构化的反应性能。采用X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)和氨程序升温脱附(NH 3-TPD)等手段对催化剂进行了表征。结果表明:焙烧温度影响分子筛模板剂的脱除效果和分子筛物理化学性质,钯改性显著降低了HFER分子筛中模板剂的脱除温度,Pd HFER-CHA分子筛在空气气氛中经350℃焙烧4 h即可将模板剂完全脱除;模板剂的脱除增加了分子筛的比表面积和孔体积;随着焙烧温度的提高,分子筛酸量增加,催化剂活性增强,分子筛中L酸的增多是导致醚后碳四中正丁烯发生聚合、裂解等副反应的主要原因;Pd HFER-350分子筛在350℃、0.1 MPa、正丁烯质量空速2.0 h^(-1)的条件下连续运行720 h,正丁烯平均转化率大于40%,异丁烯选择性大于90%。

关键词： FER分子筛钯模板剂脱除正丁烯骨架异构化

具有超低镍负载的Ni-C_(3)N_(4)高效催化5-羟甲基糠醛氢解制2,5-二甲基呋喃

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 253-261页

作者：曲虹宇胡文德李相呈徐睿韩笑李俊杰陆怡卿叶迎春王传明王振东杨为民华东理工大学化工学院上海200237 中石化(上海)石油化工研究院有限公司绿色化工与工业催化全国重点实验室上海201208

生物质平台化合物的选择性氢解对生产可持续化学品和燃料具有重要意义.2,5-二甲基呋喃(DMF)是一种重要的生物基化学品,其不仅可作为汽油添加剂,还可与乙烯发生Diels-Alder环加成脱水反应直接合成生物基对二甲苯.DMF主要通过5-羟甲基糠醛... 详细信息

生物质平台化合物的选择性氢解对生产可持续化学品和燃料具有重要意义.2,5-二甲基呋喃(DMF)是一种重要的生物基化学品,其不仅可作为汽油添加剂,还可与乙烯发生Diels-Alder环加成脱水反应直接合成生物基对二甲苯.DMF主要通过5-羟甲基糠醛(HMF)氢解制备.当以氢气为氢源时,常用的催化剂体系包括贵金属(如Ru,Pt,Pd)及多种非贵金属(如Ni,Cu,Co)复合催化剂体系.虽然上述催化剂表现出良好的催化性能,但是贵金属的高成本以及非贵金属复合催化剂的回收难等问题阻碍了其工业应用.因此,利用单一非贵金属催化剂实现高效HMF氢化制DMF具有重要意义.本文采用简单的配位-浸渍-热解法制备了超低Ni负载的非贵金属Ni-C_(3)N_(4)/HC催化剂,Ni负载量低至0.86 wt%.在190℃及1.5 MPa氢气条件下,经过4 h反应,HMF完全转化,DMF产率达到94.2%,DMF生产能力可达12.8 mmolDMF mmolNi-1 h^(-1),在已报道的Ni,Co和Cu基催化剂中处于较高水平.此外,Ni-C_(3)N_(4)/HC催化剂表现出良好的稳定性,在固定床反应器中连续反应120 h未见明显失活.透射电镜结果表明,Ni物种高度分散在活性炭载体上,其平均粒径约为2.6 nm.Ni纳米颗粒被约1.3 nm厚的C_(3)N_(4)壳层紧密包裹,有效稳定了Ni纳米颗粒并抑制了其在反应过程中团聚.X射线能谱分析显示,Ni和N元素呈现均匀分布,表明可能形成了Ni_(3)N物种.X射线光电子能谱和电子能量损失谱结果进一步证实了Ni_(3)N物种的存在.密度泛函理论计算结果表明,Ni_(3)N是氢解反应的本征活性组分,它表现出良好的C-O键活化性能.推测反应主要遵循HMF先转化为MF(5-甲基糠醛),再转化为MFA(5-甲基-2-呋喃甲醇),最终生成DMF的路线进行.鉴于Ni-C_(3)N_(4)/HC催化剂中的Ni_(3)N物种表现出了较好的C-O键活化性能,进一步考察了该催化剂对木质素衍生单体和木质素模型化合物的催化性能.实验结果表明,Ni-C_(3)N_(4)/HC催化剂在C-O键活化断裂加氢反应中表现出广泛的适用性.另外,H_(2)处理的活性炭载体也发挥了重要作用:(1)降低了活性炭的含氧量,提高载体热稳定性,并减弱了载体的酸性,从而有效避免了底物的HMF聚合;(2)有助于Ni物种的均匀分散,减少了NiO物种的生成,增加了Ni_(3)N活性物种的含量,从而提升了催化剂的性能.综上,本文制备了超低Ni负载的非贵金属Ni-C_(3)N_(4)/HC催化剂,其表现出高效的HMF氢解制DMF性能及良好的稳定性.同时,该催化剂对木质素衍生单体和木质素模型化合物也有广泛的适用性.本研究为开发用于生物质加氢和氢解反应的单一非贵金属催化剂提供了新思路.

关键词：生物质 5-羟甲基糠醛 2,5-二甲基呋喃氢解 Ni_(3)N

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高硅MCM-22分子筛的合成与催化性能

石油学报（石油加工） 2024年第1期40卷 65-74页

作者：童伟益刘闯张俊玲侯敏中石化(上海)石油化工研究院有限公司绿色化工与工业催化全国重点实验室上海201208 华东理工大学化工学院上海200237

以六亚甲基亚胺(HMI)和N,N,N-三甲基-1-金刚烷基氢氧化铵(TMAdaOH)为复合有机结构导向剂合成高硅MCM-22分子筛,并负载钼制备不同SiO_(2)/Al_(2)O_(3)摩尔比的MCM-22催化剂,采用XRD、FT-IR、UV-Raman、SEM、NH3-TPD等手段对分子筛产品进... 详细信息

以六亚甲基亚胺(HMI)和N,N,N-三甲基-1-金刚烷基氢氧化铵(TMAdaOH)为复合有机结构导向剂合成高硅MCM-22分子筛,并负载钼制备不同SiO_(2)/Al_(2)O_(3)摩尔比的MCM-22催化剂,采用XRD、FT-IR、UV-Raman、SEM、NH3-TPD等手段对分子筛产品进行表征,并对负载型MCM-22催化剂进行重芳烃轻质化反应性能评价。结果表明:HMI和TMAdaOH复合协同作用能有效促进硅原子进入MCM-22分子筛骨架,抑制麦羟硅钠石的出现,提升分子筛的骨架结晶性和结构稳定性,其中SiO_(2)/Al_(2)O_(3)摩尔比80合成的MCM-22分子筛(S80)具有最高的微孔结晶度和丰富的中强酸分布;在反应温度为360℃、H_(2)/重芳烃原料摩尔比为3.0、反应压力为3.0 MPa、MHSV为3.0 h^(-1)的条件下,Mo/H-S80催化剂作用下碳九芳烃和碳十芳烃转化率分别为64.9%和62.7%,产物苯、甲苯和二甲苯的总选择性达到87.6%;对反应后Mo/H-S80催化剂的积炭分析结果表明,高硅MCM-22分子筛S80更易于扩散并转化重组分、控制副反应的发生,是高效轻质化的理想催化材料。

关键词： SiO_(2)/Al_(2)O_(3)摩尔比 MCM-22分子筛有机结构导向剂重芳烃轻质化反应积炭

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高压降控制阀内空化流动特性实验与数值研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 39-45页

作者：徐晓刚王朝磊雷毛王振波兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050 中国石油大学(华东)新能源学院山东青岛266580

针对高压降工况控制阀存在的严重空化、高能耗及振动噪声等问题,采用实验研究与LES数值研究相结合的方法对控制阀内空化流动特性开展研究,捕捉空腔初生、发展及脱落等流动细节特征,研究不同空腔演化阶段的流动能量传递与损失特性,分析... 详细信息

针对高压降工况控制阀存在的严重空化、高能耗及振动噪声等问题,采用实验研究与LES数值研究相结合的方法对控制阀内空化流动特性开展研究,捕捉空腔初生、发展及脱落等流动细节特征,研究不同空腔演化阶段的流动能量传递与损失特性,分析不同工况条件对阀门流通能力的影响规律.结果表明:控制阀节流空化过程中,阀座喉管与渐扩段区域空化程度较高;空化流动条件下,总机械能损失由节流局部能量损失与空化附加能量损失叠加而成;随压差增大,总流阻中空化附加流阻占比由5.3%逐渐增加至26.7%,空化程度越严重,空化附加流阻越高,造成控制阀总流阻上升与流通能力下降.

关键词：控制阀空化非定常流动流通能力振动噪声

烷氧基丙胺类新型溶剂分子设计及其脱除高酸性天然气中硫醇

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化工进展 2024年

作者：刘传磊陈宇翔郭冠初赵起越姜豪孙辉沈本贤华东理工大学绿色能源化工国际联合研究中心新疆大学石油天然气精细化工教育部重点实验室华东理工大学化工学院

硫醇类化合物是酸性天然气中普遍存在的有害组分，相较于硫化氢和二氧化碳，硫醇类化合物的酸性和反应活性较低，难以通过传统的胺洗脱硫工艺实现深度脱除。本研究采用基于COSMO-RS理论的溶解度预测方法筛选了对甲硫醇具有理想溶解性能... 详细信息

硫醇类化合物是酸性天然气中普遍存在的有害组分，相较于硫化氢和二氧化碳，硫醇类化合物的酸性和反应活性较低，难以通过传统的胺洗脱硫工艺实现深度脱除。本研究采用基于COSMO-RS理论的溶解度预测方法筛选了对甲硫醇具有理想溶解性能的溶剂，然后在小试吸收实验装置上评价了其对甲硫醇的脱除效率，进一步借助量化计算揭示其高效吸收溶解甲硫醇的机制。结果表明，烷氧基丙胺化合物对甲硫醇具有较好的溶解性能；在气液比不高于250的吸收条件下，使用浓度不低于20wt%的烷氧基丙胺溶液可将原料气中5%的硫化氢和933 mg·S/Nm3的有机硫分别脱除至0和20 mg·S/Nm3以下，净化气硫含量满足天然气新国标(GB17820-2018)一类气指标要求；溶剂-溶质间弱相互作用分析表明，烷氧基丙胺通过较强的氢键作用和大面积范德华作用高效捕获甲硫醇分子。

关键词：天然气净化甲硫醇脱硫溶剂设计烷氧基丙胺相互作用

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长焰煤粉爆炸特性及微观机理研究

煤炭科学技术 2024年

作者：李珍宝赵唯辰李超樊梓晨鲜亮陈明能兰州理工大学石油化工学院

在煤炭的生产、运输、加工及使用过程中容易产生粉尘云，遇到点火源容易发生爆炸事故。以海则庙煤矿长焰煤为研究对象，采用TG-DSC测试和20 L爆炸球实验，研究了煤粉的氧化及爆炸特性参数；利用FTIR测试了爆炸前后煤粉官能团的变化；结... 详细信息

在煤炭的生产、运输、加工及使用过程中容易产生粉尘云，遇到点火源容易发生爆炸事故。以海则庙煤矿长焰煤为研究对象，采用TG-DSC测试和20 L爆炸球实验，研究了煤粉的氧化及爆炸特性参数；利用FTIR测试了爆炸前后煤粉官能团的变化；结合Chemkin-pro模拟了煤粉爆炸反应路径、不同当量比下压力敏感性及自由基产率变化，揭示了煤粉爆炸反应机理。结果表明：煤粉氧化300 ℃时加速失重，总损失为93.1%。煤粉浓度为500 g/m3时最大爆炸压力达到0.57 MPa，最大爆炸压力上升速率为318.38 MPa/s。煤粉爆炸过程中，含氧官能团和脂肪烃化学键断裂，释放可燃气体和生成自由基片段。爆炸过程中，三种自由基耦合反应：·HO2+·H=·OH。自由基产率影响着Pmax和(dp/dt)max。煤粉产生可燃气体与自由基发生链式反应，产生能量加速爆炸反应进程。研究结果对煤粉爆炸事故分析提供了参考依据。

关键词：长焰煤粉爆炸特性官能团变化自由基爆炸机理

微孔几何轮廓对浮环气膜密封动压润滑特性分析

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表面技术 2024年

作者：王世鹏丁雪兴丁俊华张兰霞江安迪兰州理工大学石油化工学院

目的为了充分发掘微织构几何轮廓对浮环气膜密封润滑特性的影响，以期调节微尺度流动，提高密封综合性能，为气膜浮环密封的优化设计提供理论基础。方法基于气膜润滑理论，建立了表面织构化浮环密封的润滑模型，以圆形、正方形、椭圆形... 详细信息

目的为了充分发掘微织构几何轮廓对浮环气膜密封润滑特性的影响，以期调节微尺度流动，提高密封综合性能，为气膜浮环密封的优化设计提供理论基础。方法基于气膜润滑理论，建立了表面织构化浮环密封的润滑模型，以圆形、正方形、椭圆形和三角形四种轮廓微织构孔作为研究对象，采用有限差分法对流体动压控制方程进行数值求解，获得了密封间隙内气膜压力分布，试验验证理论模型的正确性和有效性，并考察了不同几何轮廓的微织构孔对浮环密封性能的影响规律。结果微织构孔均可产生显著的流体动压效应，具有三角形轮廓特征的微织构孔在综合密封性能上表现出最佳效果，其次是椭圆形、正方形，最后是圆形。相同工况条件下，不同几何轮廓的微织构孔对密封性能参数影响具有相似的变化规律。其中，转速、压力和偏心率的增大均都可提高气膜浮升力；泄漏率随着压力和偏心率的增加而迅速升高，随着转速的升高而缓慢下降；气体摩擦力随着转速、压力和偏心率的升高而升高。结论在轴套表面合理设计微纹理，并对不同几何轮廓微孔所适应的工况参数进行最优研究，明确了不同工况下的织构类型的选择和优化。研究结果可为浮环气膜密封的轴套加工制造提供了理论依据，具有实际应用价值。

关键词：浮环密封表面微织构气膜润滑密封性能有限差分法

基于分子水平的催化裂化与加氢精制过程耦合模拟与智能优化

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石油学报（石油加工） 2024年第3期40卷 569-579页

作者：覃兴龙杨诗棋叶磊纪晔刘纪昌张健张金山胡炳星华东理工大学化工学院上海200237 中国石油规划总院北京100083 石河子大学化学化工学院新疆石河子832003 新疆佳宇恒能源科技有限公司新疆胡杨河834009

石油化工行业流程模拟软件对外依存度极高,且国Ⅵ燃油标准对汽油、柴油中特定分子或组分含量提出了更严苛要求,急需在分子层面认识石油组成并通过分子级的耦合模拟与智能优化,实现对汽油、柴油质量指标的精准调控。以分子炼油为指导,基... 详细信息

石油化工行业流程模拟软件对外依存度极高,且国Ⅵ燃油标准对汽油、柴油中特定分子或组分含量提出了更严苛要求,急需在分子层面认识石油组成并通过分子级的耦合模拟与智能优化,实现对汽油、柴油质量指标的精准调控。以分子炼油为指导,基于结构导向集总(SOL)方法,构建了分子水平的催化裂化(FCC)与加氢精制过程耦合模型。通过耦合模型揭示了油品分子的协同转化规律,研究了反应温度对产物分布的影响机制。结果表明:当FCC反应温度由500℃升高到560℃时,甲基戊烷与甲基戊烯的质量比从2.90降低到1.63,从分子水平上阐明了较低的反应温度有利于氢转移反应,有助于降低汽油中烯烃含量。当汽油加氢精制反应温度由220℃升高到280℃时,汽油中二甲基噻吩的质量分数从3.87 mg/kg减少到1.35 mg/kg,从分子水平上阐明了较高的反应温度有利于加氢脱硫反应,有助于降低汽油中硫含量。通过分子级的耦合模拟与智能优化,可为汽油、柴油质量指标的精准调控提供指导,以期为智慧炼油厂建设提供基于反应机理的基础模型。

关键词：分子炼油智慧炼油厂结构导向集总催化裂化

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机器学习辅助乙硫醇高效吸收溶剂分子设计

化工学报 2024年第3期75卷 914-923,F0001页

作者：陈宇翔刘传磊龚子君赵起越郭冠初姜豪孙辉沈本贤华东理工大学石油加工研究所上海200237 中国科学院过程工程研究所北京100190 华东理工大学绿色能源化工国际联合研究中心上海200237 新疆大学石油天然气精细化工教育部重点实验室新疆乌鲁木齐830046

针对传统胺洗脱硫工艺中有机硫脱除效率低,溶剂开发周期长、成本高等问题,利用7种机器学习算法建立了乙硫醇溶解度的定量构效关系模型,运用SHAP方法阐释了乙硫醇的吸收机理,对备选分子库进行了虚拟筛选,识别出高效吸收脱除乙硫醇的溶剂... 详细信息

针对传统胺洗脱硫工艺中有机硫脱除效率低,溶剂开发周期长、成本高等问题,利用7种机器学习算法建立了乙硫醇溶解度的定量构效关系模型,运用SHAP方法阐释了乙硫醇的吸收机理,对备选分子库进行了虚拟筛选,识别出高效吸收脱除乙硫醇的溶剂。基于COSMO-RS模型计算了14732种溶剂的乙硫醇溶解度,这些分子覆盖了广泛的化学空间;XGBoost算法在预测乙硫醇溶解度方面表现最佳,该算法的R^(2)_(test)为0.66,RMSE为1.22,MAE为0.84;分子结构的复杂程度、共价键分布、电荷分布是影响乙硫醇溶解能力的关键因素;确定了4种候选溶剂:3-乙氧基丙胺、3-二乙胺基丙胺、1,4-二甲基哌嗪和3-丁氧基丙胺;平衡溶解度测定实验的结果表明3-丁氧基丙胺的乙硫醇吸收性能最优,亨利常数为37.34kPa。

关键词：分子设计机器学习溶解度吸收

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