剛?cè)峤M合攪拌槳強化攪拌槽中流體混沌混合

劉作華，陳超，劉仁龍，等

摘要：目的：攪拌槽內(nèi)普遍存在著2種不同類型的混合區(qū)，混沌混合區(qū)和規(guī)則區(qū)。增大混沌混合區(qū)，是提高流體混合效率，降低攪拌過程能耗的重要途徑。而合理設(shè)計攪拌槳有助于流體形成適宜的流動狀態(tài)，實現(xiàn)混沌混合。從攪拌槳的結(jié)構(gòu)考慮，對傳統(tǒng)剛性攪拌槳進行改進，通過將柔性體與剛性體組合，設(shè)計出具有多體運動行為的剛?cè)峤M合攪拌槳，從而強化攪拌槽中流體的混沌混合。方法：以自來水為介質(zhì)，雙層槳攪拌反應(yīng)器為研究對象，實驗是在室溫（25±2）℃下進行，實驗采用數(shù)據(jù)采集軟件 LabVIEW 采集攪拌槽內(nèi)壁壓力脈動時間序列信號，采樣頻率fs設(shè)定為1000 Hz，通過小波分析對壓力脈動時間序列進行消噪處理。結(jié)合Matlab軟件計算壓力脈動信號時間序列的最大Lyapunov指數(shù)（LLE）和多尺度熵（MSE），從混沌程度和能量密度分布兩方面對比分析了剛性槳和剛?cè)峤M合槳對流體混沌混合的影響。利用碘液脫色可視化實驗測量流體的混合時間，觀察攪拌槽中規(guī)則區(qū)和混沌混合區(qū)的演變情況，直觀分析剛?cè)峤M合槳對流體混合的影響。結(jié)果：由于不同采樣點會采集不同的壓力脈動信號，實驗通過采集不同采樣點位置下剛性槳和剛?cè)峤M合槳體系的壓力脈動信號，計算的得到 LLE和 MSE。通過對比發(fā)現(xiàn)，盡管采樣點位置不同所得的LLE和MSE略有不同，但它們的變化趨勢基本相同，對整個系統(tǒng)多尺度混合行為的分析影響不大。對轉(zhuǎn)速的研究發(fā)現(xiàn)，在不同轉(zhuǎn)速時兩種體系的LLE均大于零，表明體系都進入混沌狀態(tài)。隨轉(zhuǎn)速的增大，LLE呈先增大后減小趨勢。當(dāng)轉(zhuǎn)速為210 rpm時，LLE達到最大，此時體系的混沌程度最高，混合達到最佳狀態(tài)。通過計算MSE發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)速較小時（150 r·min-1以下），熵值隨尺度增大呈現(xiàn)減小趨勢；而在轉(zhuǎn)速較大時（150～300 r·min-1），熵值隨尺度而呈現(xiàn)增大趨勢。并且熵值隨尺度增加而減?。ɑ蛟黾樱┦前l(fā)生在前10個尺度上，而在第 10個尺度以后，隨尺度的增加熵值逐漸趨于平穩(wěn)，平穩(wěn)中又伴有小幅震蕩。相比剛性槳，剛?cè)峤M合槳在低轉(zhuǎn)速下（210 r·min-1以下）就有較大的LLE。在轉(zhuǎn)速為210 r·min-1時，兩者的LLE同時達到最大，混合達到最佳狀態(tài)，與剛性槳體系LLE為0.041相比，剛?cè)峤M合槳體系的LLE為0.048。剛?cè)峤M合槳體系的多尺度熵率在各轉(zhuǎn)速上均大于剛性槳體系，且在較低轉(zhuǎn)速下兩者差異較為明顯。剛?cè)峤M合槳的混合性能研究發(fā)現(xiàn)，與剛性槳相比，剛?cè)峤M合槳使流體的混合時間縮短了26%左右。結(jié)論：剛?cè)峤M合槳通過自身的多體運動強化流體的運動特性，抑制了流場中的對稱性結(jié)構(gòu)，使更多的流體進入混沌混合狀態(tài)，通過剛-柔-流的非線性耦合運動實現(xiàn)能量的有效耗散，使整個槽體的能量分布更為均勻，提高流體的混合效率。剛性槳體系相比剛?cè)峤M合槳使流體的混合時間縮短 26%左右。剛?cè)峤M合槳能夠改變流場結(jié)構(gòu)和能量耗散方式，強化流體混沌混合。

來源出版物：化工學(xué)報, 2014, 65(1)： 61-70

入選年份：2016

基于MCM-41的鎳基甲烷化催化劑活性與穩(wěn)定性

張加贏，辛忠，孟鑫，等

摘要：目的：天然氣作為一種清潔高效的能源受到能源市場的熱捧，而煤制天然氣是制備合成天然氣最主要的方式之一。為解決目前負載型Ni基催化劑活性組分Ni容易燒結(jié)，進而導(dǎo)致催化活性明顯下降的問題，進行載體的選擇非常關(guān)鍵。由于MCM-41具有高的比表面積、納米尺寸的孔結(jié)構(gòu)以及雜原子含量可以調(diào)節(jié)等優(yōu)良的性能，選擇MCM-41為載體來制備負載型甲烷化催化劑，以期獲得催化劑活性和耐熱性的同時提高。方法：采用等體積浸漬法分別以商用Al2O3、SiO2和MCM-41為載體制備了不同鎳負載量的甲烷化催化劑，并在連續(xù)流動固定床反應(yīng)裝置上對其甲烷化催化活性和穩(wěn)定性進行了評價。同時采用X射線衍射（XRD）、氮氣物理吸附（BET）、熱重分析（TG）及氫氣程序升溫還原（H2-TPR）等技術(shù)手段對金屬顆粒的大小，載體孔結(jié)構(gòu)和比表面積，催化劑的積碳以及載體和活性組分之間的相互作用進行表征，來構(gòu)建催化劑的物化性質(zhì)與催化性能之間的關(guān)系，并揭示催化劑的失活原因。結(jié)果：通過表征發(fā)現(xiàn)，金屬Ni的負載并沒有改變MCM-41的介孔結(jié)構(gòu)，但其長程有序性受到了明顯破壞。并且MCM-41載體的選擇大大提高了載體和NiO之間的相互作用力，從而抑制反應(yīng)過程中活性金屬的燒結(jié)，進而使其所負載的金屬催化劑Ni/MCM-41相對于Ni/Al2O3和Ni/SiO2催化劑具有更好的活性和穩(wěn)定性。其中10%Ni/MCM-41催化劑在氫氣和一氧化碳的摩爾比為 3∶1、反應(yīng)壓力1.5 MPa、反應(yīng)溫度350℃及質(zhì)量空速12000 mL·h-1·g-1的反應(yīng)條件下，CH4選擇性達到 94.9%，CO轉(zhuǎn)化率接近 100%。并且其在100 h催化活性穩(wěn)定性試驗中，催化活性無明顯下降，而10%Ni/Al2O3和10%Ni/SiO2催化劑的CO轉(zhuǎn)化率分別下降了12.0%和11.9%。通過反應(yīng)前后催化劑活性組分金屬顆粒大小的對照，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過反應(yīng)后10%Ni/Al2O3和10%Ni/SiO2的Ni顆粒分別增大了21.3%和19.6%，而10%Ni/MCM-41的Ni顆粒沒有發(fā)生明顯增大，即保持金屬顆粒尺寸的穩(wěn)定性對催化活性的保持至關(guān)重要。此外，反應(yīng)后催化劑的TG分析表明，10%Ni/MCM-41、10%Ni/Al2O3和 10%Ni/SiO2催化劑的積炭量分別為1.55 wt%、0.41 wt%和3.16 wt%。因此，積炭并不是催化劑失活的主要原因，活性組分的燒結(jié)才是甲烷化催化劑催化活性下降的主要原因。結(jié)論：由于載體MCM-41具有較大的比表面積，活性組分在載體表面分散均勻，以及活性組分與載體間存在較強的作用力，10%Ni/MCM-41催化劑表現(xiàn)出良好的催化活性和催化活性穩(wěn)定性；在100 h的催化活性穩(wěn)定性評價中，CO轉(zhuǎn)化率和CH4選擇性分別保持在100%和95%。結(jié)合不同載體Ni基催化劑的Ni顆粒大小及催化活性數(shù)據(jù)，可得出Ni顆粒大小是影響催化劑催化活性的主要因素，適宜 Ni顆粒大小是甲烷化催化劑制備的關(guān)鍵。

來源出版物：化工學(xué)報, 2014, 65(1)： 160-168

入選年份：2016

有機胺吸收二氧化碳的熱力學(xué)和動力學(xué)研究進展

陳健，羅偉亮，李晗

摘要：目的：二氧化碳捕集與封存技術(shù)（CCS）是針對大氣CO2含量增高導(dǎo)致的全球氣候變暖而提出的全球性解決方案。有機胺吸收法作為經(jīng)濟與技術(shù)層面最成熟的技術(shù)，是實現(xiàn)二氧化碳捕集的重要工藝過程。本文從有機胺法吸收二氧化碳的基本反應(yīng)機理出發(fā)，系統(tǒng)評述了應(yīng)用有機胺法吸收捕集CO2的熱力學(xué)與動力學(xué)性質(zhì)的研究進展，對今后二氧化碳吸收熱力學(xué)和動力的研究方向提出了展望。方法：將有機胺吸收CO2的熱力學(xué)和動力學(xué)性質(zhì)，與有機胺的分子結(jié)構(gòu)及其與CO2的反應(yīng)機理結(jié)合起來，深入分析不同有機胺水溶液中的CO2溶解度和反應(yīng)速度與有機胺分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，繼而提出進一步的研究方向。結(jié)果：關(guān)于吸收熱力學(xué)，反應(yīng)機理上伯胺和仲胺水溶液吸收CO2的總反應(yīng)以形成氨基碳酸鹽為主，而叔胺和位阻胺的水溶液吸收CO2的總反應(yīng)以形成碳酸氫鹽為主。醇胺分子中氨基上氮原子的電負性是影響CO2在溶液中溶解度的關(guān)鍵，電負性高，反應(yīng)熱越高，吸收能力越高?；旌先軇┲饕遣坊蛑侔放c叔胺或位阻胺的組合，以綜合考慮CO2吸收溶解度和反應(yīng)速度。熱力學(xué)模型上，吸收體系是一個含有電解質(zhì)的混合溶劑體系，Clegg-Pitzer模型具有模型簡單、參數(shù)少、擴展預(yù)測精度較高的特點，eNRTL模型最復(fù)雜、參數(shù)最多、關(guān)聯(lián)精度高但擴展預(yù)測的精度稍低，而 eUNIQUAC模型處于兩者中間。關(guān)于吸收動力學(xué)，對于簡單的單氨基化合物溶液，由于分子結(jié)構(gòu)不同，伯胺、仲胺與叔胺的反應(yīng)機理是不同的，目前普遍接受的有伯胺和仲胺的兩性離子反應(yīng)機理和三分子反應(yīng)機理，以及叔胺和位阻胺的改進的堿催化水合機理。CO2吸收反應(yīng)的動力學(xué)實驗，攪拌釜法適合反應(yīng)速度慢的體系，濕壁柱適合反應(yīng)速度快的體系，而停流色譜法適合低濃度的液體反應(yīng)體系。伯胺和仲胺類溶劑吸收 CO2的速度較快，位阻胺稍慢，叔胺類要慢二到三個數(shù)量級，而環(huán)狀仲胺類要快一個數(shù)量級。在吸收動力學(xué)模型上，快速擬一級反應(yīng)的雙膜理論是最常用的。結(jié)論：CO2吸收的熱力學(xué)和動力學(xué)研究雖然已經(jīng)獲得一定成果，但仍需向更為微觀和系統(tǒng)的方向拓展，而分子結(jié)構(gòu)對吸收反應(yīng)機理和性質(zhì)的影響研究，是該方向的基礎(chǔ)熱力學(xué)與動力學(xué)研究的關(guān)鍵，以下幾方面的工作值得進一步開展：熱力學(xué)和動力學(xué)的協(xié)同研究，新型溶劑和復(fù)合溶劑的熱力學(xué)和動力學(xué)研究，熱力學(xué)和動力學(xué)研究和實際吸收過程研發(fā)的結(jié)合。

來源出版物：化工學(xué)報, 2014, 65(1)： 12-21

入選年份：2016

煤矸石綜合利用的產(chǎn)業(yè)化及其展望

郭彥霞，張圓圓，程芳琴

摘要：目的：煤矸石是中國產(chǎn)生量最大的工業(yè)固體廢棄物，開展煤矸石的綜合利用，對我國經(jīng)濟、社會的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。分析了各地煤矸石的理化性質(zhì)，總結(jié)了中國在煤矸石綜合利用方面的工業(yè)化進展，并對中國煤矸石綜合利用的未來發(fā)展方向進行了展望。方法：通過查閱文獻獲取數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行分類、總結(jié)、統(tǒng)計和分析，抽提出煤矸石的一般特性，總結(jié)出中國不同時期煤矸石利用途徑和利用率。結(jié)果：（1）煤矸石主要含黏土礦物和有機質(zhì)，其化學(xué)成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3等無機組分和 C等；煤矸石的化學(xué)組成決定了其用途和工業(yè)價值，C含量大于20%一般用于發(fā)電，C含量為6%～20%用于生產(chǎn)建材，低于6%用于鋪路、充填等。（2）中國煤矸石綜合利用在“六五”之后才開始逐步發(fā)展，1990年，中國煤矸石的利用率達到2600萬t?！熬盼濉逼陂g，國家出臺了一系列煤矸石綜合利用的政策，并建立了以熱值為基準的煤矸石綜合利用途徑分類，因而中國煤矸石綜合利用在“九五”之后獲得迅速發(fā)展，2011年煤矸石的綜合利用率達到 4.1億 t。（3）煤矸石發(fā)電作為主要的利用方式之一，在中國始于20世紀70年代，主要以沸騰爐發(fā)電為主；從20世紀90年代開始建設(shè)小型循環(huán)流化床發(fā)電鍋爐，“十五”以來，開始建設(shè)大型循環(huán)流化床供熱鍋爐，“十二五”以來，中國循環(huán)流化床煤矸石發(fā)電技術(shù)已引領(lǐng)國際先進發(fā)展水平，開始發(fā)展超臨界和超超臨界煤矸石發(fā)電技術(shù)。（4）20世紀60年代中國開展了煤矸石制磚的工業(yè)化試驗，“七五”以來，中國引進國外先進技術(shù)及設(shè)備，到 20世紀90年代末，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤矸石制磚技術(shù)，在裝備水平上有了很大提高?！笆濉逼陂g，全煤矸石燒結(jié)磚裝備技術(shù)達到國際先進水平。（5）大規(guī)模利用煤矸石進行充填采空區(qū)和塌陷區(qū)、筑基修路、土地復(fù)墾等成為煤矸石無害化處理的主要方式，占煤矸石利用總量的52%。（6）高附加值利用是煤矸石綜合利用的重要補充，將成為煤矸石綜合利用的發(fā)展方向?；谀壳案吒郊又道玫陌l(fā)展現(xiàn)狀，構(gòu)建了煤矸石高附加值利用的循環(huán)經(jīng)濟路線。結(jié)論：煤矸石綜合利用的途徑主要包括煤矸石發(fā)電、生產(chǎn)建材以及填埋、筑路、充填采空區(qū)等。目前發(fā)電利用約占煤矸石產(chǎn)生總量的21%，填埋、筑路和充填采空區(qū)等占產(chǎn)生總量的33%，建材的處理能力較低，僅占產(chǎn)生總量的 8%，煤矸石的綜合處理能力目前已達到4億t/年。盡管中國在煤矸石綜合利用的產(chǎn)業(yè)化方面取得了重大進展，但相對于巨大的煤矸石產(chǎn)生量，現(xiàn)有的利用途徑仍難以滿足煤矸石的處理需求，仍有超過35%的煤矸石堆存。基于目前煤矸石高附加值利用的發(fā)展現(xiàn)狀，構(gòu)建了“（高碳C≥15%）煤矸石發(fā)電-（灰渣）多元素梯級提取/生產(chǎn)保溫材料/陶瓷、沸石系列-（廢渣）制建材”以及“（低碳C＜15%）煤矸石生產(chǎn)高嶺土/肥料/保溫材料/陶瓷、沸石系列/多元素梯級提取-（廢渣）制建材”的循環(huán)經(jīng)濟路線。

來源出版物：化工學(xué)報, 2014, 65(7)： 2443-2453

入選年份：2016

液滴流微反應(yīng)器的基礎(chǔ)研究及其應(yīng)用

趙述芳，程易，白琳，等

摘要：目的：20世紀90年代以來，液滴微流控技術(shù)的迅速發(fā)展逐步改變了人們對化工過程中傳統(tǒng)反應(yīng)器的認知，其將反應(yīng)器尺寸縮小到微米—毫米級，利用受限空間強化傳質(zhì)傳熱等特性提高反應(yīng)的選擇性和轉(zhuǎn)化率。以微液滴為基本單元直接進行數(shù)量增加便可實現(xiàn)模塊的集成，避免了傳統(tǒng)反應(yīng)器直接幾何放大導(dǎo)致的難于預(yù)期的非理想行為。由于液滴流微反應(yīng)器靈活可控、傳遞效率極高的獨特優(yōu)勢，研究者們進行了大量的實驗研究和理論計算。本文整合并歸納了液滴流微反應(yīng)器在不同領(lǐng)域從基礎(chǔ)研究到潛在應(yīng)用的研究進展，為讀者提供全面的知識脈絡(luò)，幫助讀者在短時間內(nèi)快速掌握液滴微流控的研究內(nèi)容和現(xiàn)狀；并且對液滴微流控未來的發(fā)展趨勢和應(yīng)用方向進行了總結(jié)與展望。方法：通過文獻總結(jié)，綜述了近年來快速發(fā)展的液滴微流控技術(shù)，回顧了微流控系統(tǒng)中液滴的基本行為，如液滴的生成、運動、聚并和分裂等研究進展，重點探討微液滴作為反應(yīng)器其內(nèi)部的流動、傳質(zhì)和反應(yīng)過程，以及液滴流微反應(yīng)器已有和潛在的重要應(yīng)用價值。結(jié)果：液滴流微反應(yīng)器作為一種新型的“柔性反應(yīng)器”，其構(gòu)建過程依賴于高頻率、可控尺寸地制備液滴。液滴的生成是一相流體在另一相不互溶或部分互溶流體中的分散過程?？赏ㄟ^不同的設(shè)備結(jié)構(gòu)，如同軸環(huán)管、T型錯流和水力學(xué)聚焦通道來產(chǎn)生液滴，并對單個液滴的尺寸、形貌和成分組成進行精確調(diào)控。因此，研究液滴的分散規(guī)律是最先發(fā)展起來的分支。同時，可利用微通道的水力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計，或者輔以外場（如電場、磁場和微加熱原件等）來實現(xiàn)液滴的聚并和分裂，使反應(yīng)物之間有效接觸混合、控制液滴體積和組成、及實現(xiàn)液滴陣列的高通量生產(chǎn)。液滴內(nèi)的流動、混合、傳質(zhì)與反應(yīng)特性是其作為反應(yīng)器的重要特征，決定了其潛在應(yīng)用價值。多種實驗手段（微激光誘導(dǎo)熒光法micro-LIF，粒子圖像測速法micro-PIV等）和理論模型方法（計算流體力學(xué) CFD，格子玻爾茲曼方法 LBM等）的發(fā)展幫助實現(xiàn)微液滴內(nèi)部流體力學(xué)行為的清晰可視化，為液滴流微反應(yīng)器的應(yīng)用推廣提供了扎實的基礎(chǔ)研究平臺。研究者獲得了運動液滴內(nèi)的流型分區(qū)圖，以及揭示了封閉液滴體積內(nèi)的復(fù)雜三維環(huán)流運動；環(huán)流現(xiàn)象有效地強化了混合并加速了內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)。同時，外場（聲、光、電場）的引入可促進混沌擾動和強化混合。液滴與周圍流體在相界面上通過曳力和表面張力的協(xié)同作用進行著復(fù)雜的動量傳遞和質(zhì)量傳遞，是進行微尺度下的多相反應(yīng)、界面反應(yīng)及微液滴萃取的基礎(chǔ)。液滴流微反應(yīng)器具有降低試劑消耗、提高傳遞效率、組分靈活可控等多種獨特優(yōu)勢，使其在高通量樣品預(yù)處理、化學(xué)分析、微納米顆粒合成以及生物化工等方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。例如，微通道可用于制備尺寸、形貌、組成可控的單/多重乳液。通過操控極微量的流體在微米級尺寸的通道中流動，可嚴格控制反應(yīng)時間和停留時間分布，制備高附加值、高度單分散的微米及納米顆粒。利用其高傳遞效率的優(yōu)勢，許多單步、多步有機合成反應(yīng)可在液滴內(nèi)、氣柱中或者兩相界面上進行。在生物化工方面，液滴微流控技術(shù)對皮升體積樣品的精確控制以及高通量的實驗操作顯著地提升了生物檢測和生物化學(xué)反應(yīng)的生產(chǎn)能力，并大大降低了成本。例如，液滴流微反應(yīng)器可將單個細胞封裝在液滴中進行長期培養(yǎng)和觀察，為其提供精確定義的生存環(huán)境，并通過熒光技術(shù)對其蛋白質(zhì)的表達和酶活性進行定量分析。此外，利用微升甚至納升級體積的小液滴作為獨立的微型釜式反應(yīng)器，可精確控制蛋白質(zhì)溶液及其反溶劑之間的混合過程，制備尺寸可控的高質(zhì)量蛋白質(zhì)晶體。結(jié)論：液滴流微反應(yīng)器的快速發(fā)展使其成為廣泛應(yīng)用的生產(chǎn)工具以及基礎(chǔ)理論研究的高效平臺。尤其是多種液滴制備、操控和分析工具的整合一體化的發(fā)展，使得微流控設(shè)備變得更加靈活可控和自動化。在液滴內(nèi)進行化學(xué)反應(yīng)，一系列的基礎(chǔ)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展起來，如化學(xué)試劑的引入、混合和輸送，以及對于液滴界面化學(xué)的控制和對反應(yīng)過程的分析等。這些技術(shù)的基礎(chǔ)應(yīng)用已經(jīng)在很多類型反應(yīng)的微型化中得到驗證，包括酶學(xué)測量、蛋白質(zhì)結(jié)晶以及有機合成和顆粒制備?；谝旱挝⒘骺丶夹g(shù)的發(fā)展帶動了傳統(tǒng)技術(shù)不能達到的各種領(lǐng)域的新發(fā)展，例如，多重乳液的合成帶來的新材料的發(fā)展，單細胞水平的特定基因的表達，快速反應(yīng)的動力學(xué)的測量，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的芯片實驗室的發(fā)展，顆粒合成中微化學(xué)單元的制備，微量生物樣品的快速分析等?；谀壳耙延械膹V泛應(yīng)用，相信液滴流微反應(yīng)器未來會在上述各領(lǐng)域以及新的領(lǐng)域有更大的發(fā)展。

來源出版物：化工進展, 2015, 34(3)： 593-607

入選年份：2016

我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及對石油化工產(chǎn)業(yè)的影響

黃格省，李振宇，王建明

摘要：目的：我國化石資源稟賦的特點是富煤、少油、缺氣，煤炭資源探明儲量居世界第3位，但石油和常規(guī)天然氣資源不足，對外依存度逐年提高。2014年下半年之前，國際油價及亞洲天然氣價格高企，世界油氣供應(yīng)總體趨緊，由于高油價、高氣價的驅(qū)動，加上我國經(jīng)濟的高速增長，市場對交通運輸燃料和石化產(chǎn)品的需求一直比較旺盛，由此催生了煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣、煤制乙二醇等現(xiàn)代煤化工的快速發(fā)展，現(xiàn)代煤化工從裝置示范、升級示范很快進入工業(yè)化生產(chǎn)和大規(guī)模產(chǎn)能擴張時期，并逐漸對石油化工產(chǎn)生越來越大的影響，基于此，深入分析我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、存在問題及對石油化工產(chǎn)業(yè)的影響，很有必要。方法：介紹了我國煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣、煤制乙二醇等幾種新型煤化工技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀，探討了煤化工的資源消耗、二氧化碳排放及產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的相關(guān)問題；同時，分析了煤化工產(chǎn)能增長對石油化工的影響，并對我國煤化工和石油化工的發(fā)展提出了有關(guān)看法和建議。結(jié)果：煤化工的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在資源和市場需求兩個方面。從資源情況看，我國中西部地區(qū)的煤炭資源比較豐富，煤/石油比價低廉，特別是坑口煤價低，發(fā)展煤化工具有一定的經(jīng)濟效益。從市場需求看，煤化工產(chǎn)品尤其是煤制烯烴、煤制油、天然氣、乙二醇、芳烴等與石化產(chǎn)品一樣，消費需求大，發(fā)展?jié)摿Τ渥恪ｋS著我國現(xiàn)代煤化工技術(shù)的不斷成熟，生產(chǎn)裝置的不斷建成投運，現(xiàn)代煤化工已經(jīng)從產(chǎn)業(yè)示范階段進入大規(guī)模產(chǎn)能擴張期，必然對石油化工產(chǎn)生一定的影響。但煤化工產(chǎn)品（特別是煤制油、煤制天然氣）能否真正具備競爭力，關(guān)鍵在于國際油價的變化，高油價會刺激其發(fā)展，但低油價則會抑制所有煤化工項目的投資沖動。分領(lǐng)域來看，低油價下煤制烯烴盈利狀況尚好，產(chǎn)能增長快，對石油化工產(chǎn)品市場的影響比較大；然而，煤制油、煤制天然氣、煤制乙二醇在低油價下盈利狀況較差甚至普遍虧損，因此對石油化工市場的影響可以忽略不計。從長遠看，發(fā)展煤制油有利于降低我國石油對外依存度，具有重要戰(zhàn)略意義；煤制天然氣在高油價背景下具有發(fā)展?jié)摿?，但在低油價下發(fā)展動力消失；煤制乙二醇由于我國乙二醇市場缺口大、進口依存度高，因此發(fā)展?jié)摿薮?，但煤制乙二醇的競爭力最終取決于產(chǎn)品質(zhì)量及價格等方面。結(jié)論：我國石油對外依存度逐年上升，發(fā)展現(xiàn)代煤化工是對石油化工的有益補充，是發(fā)揮我國煤炭資源優(yōu)勢、保障國家能源安全的重要途徑；近年來我國現(xiàn)代煤化工取得快速發(fā)展，但總體來說產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路仍在探索之中，需要深入研究、穩(wěn)步示范、有序發(fā)展。隨著我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)能不斷釋放，其與石油化工的競爭逐漸凸顯，石化企業(yè)應(yīng)注重創(chuàng)新驅(qū)動，發(fā)揮產(chǎn)品差異化優(yōu)勢，同時降低生產(chǎn)成本，與現(xiàn)代煤化工企業(yè)實現(xiàn)優(yōu)勢互補、互利雙贏。

來源出版物：化工進展, 2015, 34(2)： 295-302

入選年份：2016

玻璃纖維增韌SiO2氣凝膠復(fù)合材料的制備及隔熱性能

石小靖，張瑞芳，何松，等

摘要：目的：節(jié)能減排已成為我國一項重要發(fā)展戰(zhàn)略，大量隔熱材料應(yīng)用于建筑、工業(yè)等領(lǐng)域以降低能耗。為提高材料隔熱性能，降低生產(chǎn)成本，研究前驅(qū)體液中水與硅的摩爾比對隔熱材料中SiO2氣凝膠的孔隙結(jié)構(gòu)、孔徑分布的影響，同時對玻璃纖維進行蓬松處理，探討了玻璃纖維添加量對復(fù)合材料導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能的影響，最終通過對比復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)、密度、孔隙率等得出實驗最優(yōu)配比。方法：實驗設(shè)計前驅(qū)體液中水的最低用量是H2O∶Si＝2∶1，在滿足材料成型條件下，選擇纖維含量為16%，固定催化劑濃度、醇硅比、溶膠中硅含量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等其他條件，調(diào)整水與硅的摩爾比從2∶1到6∶1。實驗將復(fù)合材料成型所需纖維的最小添加量 16%（質(zhì)量分數(shù)）記為 K1，隨后以2%比例增加至最大添加量28%（質(zhì)量分數(shù)），依次記為K2～K6。采用掃描電子顯微鏡觀察復(fù)合材料的微觀形貌；用瞬態(tài)平面熱源法測量樣品的導(dǎo)熱系數(shù)，每組樣品測量3次取其均值；采用比表面積和孔隙分析儀測定材料樣品中SiO2氣凝膠的平均孔徑、孔徑分布曲線以及吸附-脫附等溫線；用電子動態(tài)靜態(tài)疲勞試驗機測試樣品機械性能。結(jié)果：（1）采用纖維薄層作為增強相后復(fù)合材料密度更小 0.13～0.16 g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)更低 0.023～0.027 W/m·K。（2）最佳工藝條件下，制備隔熱材料的水硅摩爾比為3∶1，材料的密度最低為0.142 g/cm3，孔隙率為88.03%，導(dǎo)熱系數(shù)低達0.0232 W/m·K。（3）在滿足材料成型條件下，材料纖維添加量為16%，材料的抗壓強度為29.59 kPa，抗彎強度為0.533 MPa（25%形變）。隨著纖維添含量的增加，復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)增加，材料的抗壓強度及抗彎強度增大。材料纖維添加量最大為28%，抗壓強最大達0.189 MPa，抗彎強度1.474 Mpa。結(jié)論：玻璃纖維經(jīng)纖維梳理機處理后可得蓬松的玻璃纖維薄層，與傳統(tǒng)的玻璃纖維增韌SiO2氣凝膠復(fù)合材料相比，新材料的纖維含量大大降低，密度更小，導(dǎo)熱系數(shù)更低。前驅(qū)體液中水與硅摩爾比會影響SiO2氣凝膠的孔隙結(jié)構(gòu)，從而影響復(fù)合材料的隔熱性能。玻璃纖維薄層作為增強相加入到SiO2氣凝膠中，隨著纖維添加量的增大，復(fù)合材料隔熱性能下降，但材料力學(xué)性能增強，適合作為隔熱板材用于建筑、工業(yè)等領(lǐng)域隔熱。

來源出版物：硅酸鹽學(xué)報, 2016, 44(1)： 129-135

入選年份：2016

燃煤電廠脫硫廢水處理技術(shù)研究與應(yīng)用進展

馬雙忱，于偉靜，賈紹廣，等

摘要：目的：2015年4月16日，國務(wù)院發(fā)布《水污染行動計劃》（《水十條》），國家將強化對各類水污染的治理力度，脫硫廢水因成分復(fù)雜、含有重金屬引起業(yè)界關(guān)注。為響應(yīng)國家政策，推進脫硫廢水的治理，闡述了脫硫廢水的水質(zhì)水量特點及影響因素，歸納了各類脫硫廢水處理技術(shù)的優(yōu)缺點，并總結(jié)符合中國國情、技術(shù)與經(jīng)濟可行的可能的脫硫廢水處理方案。方法：綜述了脫硫廢水的水質(zhì)特點、水質(zhì)影響因素、各項脫硫廢水處理技術(shù)的特點，指出了脫硫廢水處理技術(shù)的發(fā)展方向。脫硫廢水的水質(zhì)主要受煤質(zhì)、石灰石品質(zhì)、脫硫系統(tǒng)的設(shè)計及運行等因素的影響，脫硫廢水的處理技術(shù)主要分為4類：傳統(tǒng)工藝，如化學(xué)沉淀法；深度處理工藝，如生物處理法；零排放技術(shù)，如煙道蒸發(fā)；其他技術(shù)，如蒸汽濃縮蒸發(fā)。由于脫硫廢水的排放標準較低，除沉降池之外，各項技術(shù)都能使脫硫廢水達標排放。目前，國內(nèi)應(yīng)用最多的處理技術(shù)是化學(xué)沉淀法，其技術(shù)成熟，能使脫硫廢水達標排放，但存在對氯離子鹽及硒、汞等去除效率不高的問題。通過對國內(nèi)脫硫廢水處理形勢的分析，得出煙道蒸發(fā)技術(shù)有一定的潛力，其能實現(xiàn)脫硫廢水的零排放，且具有運行成本低的優(yōu)點，但可能存在增強系統(tǒng)腐蝕、影響飛灰利用等問題。結(jié)果：國內(nèi)脫硫廢水的處理主要依靠化學(xué)沉淀工藝，其能滿足現(xiàn)有脫硫廢水排放標準的要求，但是隨著《水污染防治行動計劃》的頒布，國家開始加大對脫硫廢水的處理力度，化學(xué)沉淀法的應(yīng)用將會受到限制。且隨著飛灰資源化，與飛灰混合方法不再適用。此外，較之美國，國內(nèi)脫硫廢水的排放標準對硒、汞等的排放標準不高，因此深度處理技術(shù)在未來一段時間內(nèi)不適用。而蒸汽濃縮蒸發(fā)技術(shù)成本太高，蒸發(fā)池的應(yīng)用受地域的強烈限制，因此，煙道蒸發(fā)技術(shù)在未來一段時間將會受到重視，其面臨的重大技術(shù)缺陷需要被重新評估與攻克。結(jié)論：介紹了脫硫廢水產(chǎn)生的背景及燃煤品質(zhì)、石灰石品質(zhì)、脫硫系統(tǒng)的設(shè)計及運行、脫硫塔前污染物控制設(shè)備、脫水設(shè)備等對脫硫廢水水質(zhì)、水量的影響。進一步概述了各種脫硫廢水的處理技術(shù)，將其分為傳統(tǒng)工藝、深度處理工藝、零排放技術(shù)和其他技術(shù)四類。就目前國內(nèi)脫硫廢水的排放標準而言，除沉降池外，其他技術(shù)，如化學(xué)沉淀、煙道蒸發(fā)等技術(shù)都能使脫硫廢水達標排放。但通過對國內(nèi)形勢的分析，認為未來一段時間內(nèi)，傳統(tǒng)工藝應(yīng)用受限，深度處理工藝不適用，而作為零排放的蒸發(fā)池、煙道蒸發(fā)會引起廣泛關(guān)注，但是其面臨的重大技術(shù)缺陷需要被重新評估與攻克。

來源出版物：化工進展, 2016, 35(1)： 255-262

入選年份：2016