最新刊期
      2024 年 第 1 期

        C1化学与催化转化

      • 姚正阳,王晓月,郭晓宏,赵勇杰,师文荣,李聪明
        2024, 49(1): 1-11. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20230077
        多相催化加氢反应中H<sub>2</sub>异裂解离的研究进展
        摘要：多相催化加氢反应是制备高附加值燃料及化学品的重要途径，而H2异裂解离过程及其形成的氢化物（M—Hδ-）的化学性质与加氢反应活性和选择性密切相关。然而，由于多相催化剂表面结构复杂导致了H2异裂解离过程及M—Hδ-化学性质的多样性，为认识H2异裂解离及M—Hδ-的化学性质对加氢反应机理的调控规律带来了巨大挑战。综述了H2异裂解离的机理及M—Hδ-的化学性质，并介绍了常用于检测M—Hδ-的表征技术并分析了各自的优缺点。重点讨论了不同多相催化体系，如负载型金属催化剂、金属氧化物催化剂以及阴离子杂化金属催化剂中，H2异裂解离与催化剂活性位点结构之间的内在关系及其对加氢反应性能的优化，并提出了调控H2异裂解离的有效策略。最后，针对当前H2异裂解离及M—Hδ-研究面临的主要挑战进行了总结，同时对未来发展方向进行了展望。  
        关键词：加氢反应;H2异裂解离;氢化物;催化剂;多相催化   
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        发布时间：2024-01-26
      • 程金燮,黄宏,王华,丁明月,姚佩,康志强,杜勇,赵安民
        2024, 49(1): 12-24. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20220385
        固定床甲醇氧化制甲醛铁钼催化剂的应用与研究进展
        摘要：为突破铁钼甲醛催化剂“卡脖子”技术，实现其国产化和大面积推广应用，综述了国内外铁钼甲醛催化剂的工业应用、实验室制备和反应及失活机理的研究进展。分析发现，国外铁钼甲醛催化剂经过70年的工业应用与改进，甲醛收率可达93.3%，而国产铁钼甲醛催化剂在开展工业试用后仍未实现大面积的进口替代；共沉淀法是制备该催化剂的主流方法，钼铁比（n(Mo):n(Fe)）、助剂种类、沉淀温度、pH值、搅拌速率、陈化时间和煅烧温度等都会影响该催化剂的结构和性能；甲醇在该催化剂上氧化生成甲醛的反应遵循氧化还原机理，晶格氧在其中扮演氧化活性位的角色，甲氧基生成、甲氧基脱氢和晶格氧传递等过程均有可能是反应速控步骤，反应过程中的钼挥发流失是造成该催化剂失活的重要原因。进一步指出国内需针对工业试用出现的问题，加强对铁钼甲醛催化剂形成机制、制备过程对催化剂结构与性能的影响规律和催化反应及失活机理等问题的研究，以提升该催化剂性能，特别是催化剂稳定性。  
        关键词：催化剂;铁钼法;甲醛;甲醇氧化   
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      • 徐晶,葛庆杰,孙剑
        2024, 49(1): 25-32. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20230091
        掺杂钙钛矿催化剂的制备及其催化合成气直接转化制C<sub>2+</sub>醇性能研究
        摘要：由合成气直接转化制C2+醇（碳链中含两个及两个以上碳原子的醇类）是目前最有前景的醇类化合物合成路线之一，而钙钛矿结构的催化剂可用于提高该过程中的C2+醇合成性能。采用共沉淀法分别制备了Co、Mn掺杂的钙钛矿LFC和LFM催化剂（L、F、C和M分别指金属La、Fe、Co和Mn），系统考察了不同焙烧温度和掺杂元素对钙钛矿催化剂的C2+醇合成性能的影响。多种表征结果显示，低焙烧温度可优化LF-600（“-”后的数字指焙烧温度）催化剂的结构和吸附行为，在LF-600催化剂上，CO解离和非解离位点的耦合有助于提高反应的CO转化率和总醇的选择性，分别达16.9%和31.2%（质量分数），且Co和Mn的掺杂可改变LF-600催化剂的产物分布和活性。与LF-600催化剂相比，LFC-600催化剂的H2吸附能力低，有利于反应链增长，从而将C2+醇在总醇中的比例从60.4%提高至71.6%。LFM-600催化剂具有更多的低温H2吸附位点，导致醇类产物以甲醇为主，而Mn掺杂导致的颗粒团聚及Mn和O元素聚集会降低LFM-600催化剂的活性。  
        关键词：合成气;C2+醇;钙钛矿催化剂;B位掺杂;焙烧温度   
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      • 罗晶,刘晨龙,徐成华,邓志勇,赵治华,杨方璐,唐静怡
        2024, 49(1): 33-41. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20230178
        均苯三甲酸辅助合成CuZnAlZr催化CO<sub>2</sub>加氢制甲醇
        摘要：CO2加氢制甲醇是合成化学增值品的重要途径之一，有助于缓解能源与环境压力。采用共沉淀法合成了用于CO2加氢制甲醇的CuZnAlZr催化剂，并采用X射线衍射（XRD）、N2O-H2滴定、N2吸/脱附、H2程序升温还原（H2-TPR）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等手段对所得催化剂进行了表征，详细考察了均苯三甲酸（BTC）辅助合成对CuZnAlZr催化剂活性Cu物种的分散度及其催化性能的影响。结果表明，在CuZnAlZr催化剂前驱体中引入BTC后，焙烧阶段分解生成气体产物有利于增加催化剂的比表面积并产生更多的孔隙结构，还可减弱Cu与载体氧化物之间的相互作用，有助于Cu物种的分散。当BTC引入量为n(BTC)/n(Cu2+) = 1/6时，在空气中焙烧所得CuZnAlZr催化剂表面存在更多高度分散的较小Cu晶粒和ZnO晶相，Cu与ZnO物种之间的协同作用增强使其表现出优异的催化性能，CO2转化率和甲醇时空产率分别可达27.81%和278.6 g/(kg·h)，说明在前驱体中引入BTC辅助合成可得到Cu分散度高和Cu晶粒较小的高活性加氢催化剂。  
        关键词：均苯三甲酸;CuZnAlZr催化剂;CO2加氢;甲醇   
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        发布时间：2024-01-26

        低碳分子转化合成

      • 靳珲青,石晓丹,靳刘艳,艾培培,王晓东,黄伟
        2024, 49(1): 42-51. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20230152
        DMO经两种反应路径加氢制乙醇催化剂研究进展
        摘要：煤基合成气经草酸二甲酯（DMO）加氢制乙醇（EtOH）是合成气间接制EtOH的一条重要路径。在DMO加氢反应过程中，同时存在经乙二醇（EG）中间体加氢制EtOH和经乙酸甲酯（MA）中间体加氢制EtOH两种不同的反应路径。分析了两种不同反应路径的特点，并总结了DMO加氢制EtOH两种不同反应路径所用催化剂及其影响EtOH选择性的关键因素。DMO经EG中间体加氢制EtOH的反应路径通常需要较高的反应温度和多活性位点协同催化，可从载体结构、制备方法以及添加助剂3个方面对常用的Cu基催化剂的催化活性进行调控。DMO经MA中间体加氢制EtOH的反应温度相对较低，常用催化剂以过渡金属碳化物（Mo基和Fe基）为主，但仍存在催化剂加氢能力不足的问题。所总结内容有助于加深对DMO加氢制EtOH两条路径的系统认识，并为未来合理设计和制备高稳定、低成本的DMO加氢制EtOH的催化剂提供参考。  
        关键词：草酸二甲酯;加氢;乙醇;反应路径;合成气;催化剂   
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        发布时间：2024-01-26
      • 王茜,张鸿伟,吕世钧,朱劼,王利群,陶昱恒,卿青
        2024, 49(1): 52-59. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20230066
        二氧化硫低温等离子法改性粉煤灰固体酸催化剂及其催化木糖制糠醛性能
        摘要：采用绿色、高效的方法实现活性基团与载体的连接是非均相催化剂构建的关键。通过二氧化硫（SO2）低温等离子技术在工业粉煤灰（CFA）表面进行含硫官能团的接枝改性，制备了固体酸催化剂CFA-HSO3，并将其用于木糖降解制糠醛。采用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、全自动比表面积（BET）及孔径分析仪、有机元素分析仪（OEA）、X-射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）等手段对样品进行了表征，并通过优化反应条件提高了催化反应中糠醛的产率。结果表明，SO2低温等离子改性后，样品表面成功接枝了含硫官能团，该方法还缩短了催化剂的制备时间。在水和4-甲基-2-戊酮（MIBK）体积比为1：3的双相溶剂体系中，加入0.6 g木糖、0.2 g NH4Cl和0.3 g催化剂，于190 °C下反应20 min，糠醛的产率可以达到89.6%，相较于纯水体系提高了47.9%。此外，CFA-HSO3还具有良好的催化稳定性和可回收使用性。采用的绿色高效的催化剂改性方式为糠醛的制备提供了一种新路径。  
        关键词：SO2低温等离子技术;粉煤灰;固体酸催化剂;双相溶剂体系;木糖;糠醛   
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        发布时间：2024-01-26

        绿色低碳化工技术

      • 李秀峥,白富栋,张雷,王鹏翔,李澜鹏
        2024, 49(1): 60-69. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20230093
        乙醇酸甲酯合成工艺的研究及应用进展
        摘要：乙醇酸甲酯是一种重要的化工原料，研究乙醇酸甲酯合成工艺具有重要意义。介绍了乙醇酸甲酯的合成工艺，分别为氯乙酸水解法、甲酸甲酯与甲醛偶联法、甲醛羰化酯化法、草酸二甲酯加氢还原法、乙二醇与甲醇合成法、生物质转化法、甲缩醛与甲酸自由基偶联法、甲醛与氢氰酸加成法及乙二醛与甲醇一步合成法，对比了各工艺的优缺点，指出了乙醇酸甲酯在可降解塑料、食品、药品、农药及化工领域的用途，分析了乙醇酸甲酯生产工艺研究进展，最后对乙醇酸甲酯合成工艺进行了总结及展望。传统的乙醇酸甲酯生产工艺存在较多问题，且难以大规模生产。采用草酸二甲酯加氢还原法合成乙醇酸甲酯，然后制备乙交酯及聚乙醇酸的路线在中国具有广阔的发展前景，在解决全流程中存在的问题后，有望实现大规模工业化生产。生物质转化法以可再生的纤维素等资源为原料合成乙醇酸甲酯，具有绿色低碳的优点，有助于实现双碳目标。  
        关键词：乙醇酸甲酯;合成工艺;草酸二甲酯;聚乙醇酸   
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        发布时间：2024-01-26
      • 穆垚,程易
        2024, 49(1): 70-75. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20230171
        基于本质安全的新型乙炔溶解度测量方法
        摘要：乙炔被广泛用于各种化学工业领域，然而其具有不稳定的碳碳三键，可能在加压条件下发生爆炸，因此测量乙炔在各种溶剂中的溶解度具有极大风险。为了实现乙炔溶解度的安全测量，基于减量化的本质安全策略和静态饱和法的溶解度测量原理，设计了内径为0.8 mm 的石英管内封装约7 μmol乙炔的微型溶解度测量装置，该装置可在1~2 h内达到气液传质平衡。采用该装置在最高温度为150 °C和最高压力约为0.5 MPa的条件下，测量了乙炔在多种溶剂中的溶解度，该装置测定的亨利系数与文献报道的亨利系数的平均绝对相对偏差为5.72%。该装置乙炔用量少、气液平衡速度快、设备成本低且操作简单，为以乙炔为代表的危险气体溶解度的测量提供了一种安全高效的新方法。  
        关键词：乙炔;溶解度;静态饱和法;微型装置;安全测量   
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        发布时间：2024-01-26
      • 高贤清,宋楠,叶光华,周兴贵
        2024, 49(1): 76-84. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20230047
        新型欧姆加热式反应器强化甲烷蒸汽重整的过程分析和优化
        摘要：传统甲烷蒸汽重整（SMR）反应器（cSMR反应器）中容易出现较大的径向温度梯度，增加了催化剂积炭失活的风险。提出了一种新型的含内外管欧姆加热蒸汽重整固定床反应器（eSMR反应器），以欧姆加热替代了传统工业反应器的燃烧供热方式。通过二维拟均相固定床反应器模拟，比较了eSMR与cSMR反应器的性能差异，分析了eSMR反应器结构及操作条件对其性能的影响。结果表明，相比于cSMR，eSMR反应器出口的平均甲烷转化率和平均温度分别高出26.6%和121 K，且径向温度分布更加均匀；eSMR反应器的内外管直径之比为0.589时，其径向温度梯度最小；增加入口温度、加热电压和水碳比均会提高eSMR反应器出口的平均甲烷转化率和平均温度，增加入口压力的影响相反。本研究可为欧姆加热蒸汽重整反应器的开发提供一定的借鉴。  
        关键词：欧姆加热;甲烷蒸汽重整;固定床反应器;数学模型;优化设计   
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        发布时间：2024-01-26

        二氧化碳捕集与利用

      • 蔡勇,朱瑞松,魏弢,王皓,高飞,刘陶然,孙启虎,胡雪生
        2024, 49(1): 85-93. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20230346
        二氧化碳捕集技术研究进展及其在驱油中的应用
        摘要：控制二氧化碳（CO2）排放对保护环境至关重要。综述了目前主流的CO2捕集技术，包括吸收法和吸附法。介绍了膜分离、离子液体和超重力等化工过程强化技术分别结合吸收法和吸附法在CO2捕集中的研究进展。CO2驱油（CO2-EOR）是CO2捕集后重要的封存及利用方式，介绍了化学吸收法CO2捕集应用于CO2-EOR项目的典型案例。指出需要进一步降低目前CO2捕集技术的能耗和成本、提高CO2-EOR注入气源的质量和纯度，并对未来CO2捕集、利用和封存技术的发展进行了展望。  
        关键词：二氧化碳捕集;化学吸收法;化工过程强化;工业应用   
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      • 刘大李,王聪,刘新伟,于一夫
        2024, 49(1): 94-104. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20230101
        用于二氧化碳捕集的化学吸收剂研究进展
        摘要：近年来，在全球大力推进碳中和的背景之下，碳捕集、利用与封存（CCUS）技术的发展进入“快车道”。在整个CCUS产业链条中，碳捕集既是首要环节也是重要节点。常用的碳捕集方法有化学吸收法、膜分离法和物理吸附法等，其中化学吸收法被认为是目前最有市场应用前景的二氧化碳捕集技术，但高能耗与高成本限制了其大规模发展。目前化学吸收法的研究重点主要集中于吸收剂的优化，以降低能耗。对近年来报道的多种化学吸收剂进行了分析和总结，主要聚焦各类化学吸收剂的吸收性能、吸收机理、优缺点和增强途径等方面，并对其未来发展前景进行了展望，以对高效化学吸收剂的开发提供借鉴。  
        关键词：二氧化碳;碳捕集;化学吸收法;吸收剂;燃烧后捕集   
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        天然气开发利用

      • 黎园
        2024, 49(1): 105-112. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20230342
        我国天然气化工产业发展现状及前景分析
        摘要：天然气既是高效、低碳的化石能源，也是优质、高效的化工原料。因此在双碳目标下，天然气是我国实现低碳化能源转型的重要力量，而天然气化工是天然气低碳化、深加工利用的必然选择。首先从天然气化工的资源保障、产业基础、区域发展、技术创新和政策引导等方面，总结并分析认为我国天然气化工产业的发展现状为总体保持稳定发展态势；然后从产业链优化、精细化开发、新材料转型和新型能源拓展等方面，分析探讨了我国天然气化工产业的发展路径及发展前景，并根据2035—2040年我国天然气消费量将要达峰的预测，对达峰以后天然气化工产业的发展前景进行了展望。  
        关键词：天然气化工;天然气消费;碳排放;双碳   
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      • 徐振,戴泽利,王逸伟,孙强,陈建义,郭绪强
        2024, 49(1): 113-118. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20230176
        甲烷-水合物两相平衡体系气相水含量研究
        摘要：天然气中的微量气态水在天然气开采、集输过程中可能与气体小分子形成水合物，造成管路堵塞，因此需要对天然气进行脱水处理。为了合理设计天然气最大容许水含量参数，准确测量和计算天然气-水合物相平衡时的气相水含量具有重要意义。在压力为3.44~6.00 MPa、温度为270.00~274.00 K的条件下，通过实验测量和模型预测研究了甲烷-水合物相平衡时的气相水含量。结果表明，相比于压力露点，常压露点和气相水含量体积比随温度和压力的变化都具有规律性，气相水含量随温度的降低和压力的升高而减小。在实验的基础上，基于热力学相平衡理论建立了甲烷-水合物相平衡时的气相水含量热力学模型，气相水含量体积比的模型预测值与实验值的平均相对偏差为2.33%。该实验方法实现了甲烷-水合物相平衡体系气相水含量的原位测量，建立的热力学模型相比于通过查图获得的甲烷-液态水相平衡时的饱和水含量再外推至水合物区的方法更快速和准确。  
        关键词：水合物;甲烷;相平衡;气相水含量;热力学模型   
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        制氢与氢能开发利用

      • 吴爽,丁巍巍,刘瑞,薛原,王鑫
        2024, 49(1): 119-124. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20230195
        大型海藻微波热解制氢特性研究
        摘要：大型海藻无需耕地、不含难热解的木质素，是降碳减排、生产小分子生物燃料的理想原料。对大型海藻（包括海带、蜈蚣藻、孔石莼和海黍子）进行微波热解，并与落叶松进行对比。研究了微波热解过程的升温行为、气体释放行为及氢气生成曲线，比较了微波热解的产物分布、气体组成和气化指标，进一步利用Ca-Al（CaO-Al2O3）吸附剂原位吸收海带微波热解产生的二氧化碳（CO2），强化海带的定向转化制氢。结果表明，大型海藻比落叶松具有更快的升温行为、更好的制氢效果，尤其海带的氢气产率（16.40 g/kg）为落叶松的3倍。添加Ca-Al吸附剂能够进一步增强海带的微波热解制氢效率，当海带与Ca-Al吸附剂的质量比为1.0:3.0时，氢气产率达到44.24 g/kg，气化效率可达68.57%，气体产物中氢气含量高达77.24%。  
        关键词：Ca-Al吸附剂;微波热解;海带;大型海藻;氢气   
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      • 王涛,史世杰,曾丽瑶,罗珊,周振华,丁锋,王召民,高继峰
        2024, 49(1): 125-132. DOI: 10.12434/j.issn.2097-2547.20230182
        地下煤气化合成气的脱碳提氢耦合工艺探讨
        摘要：针对煤炭地下气化（UCG）技术制备的合成气具有温度高（> 200 ℃）、压力大（3.35 MPa）、饱和含水量大及组分复杂（含CH4、H2、CO2和CO等）的特点，设计并采用膜分离+溶剂吸收耦合的处理方法以实现地下煤合成气中CO2的脱除和H2的提纯。地下煤合成气经过二级膜分离单元的处理，实现了CO2/H2与CH4的分离并得到了脱碳净化气，其中CO2含量（物质的量分数）≤ 3%，该膜分离工艺所需能耗为0.297 kW·h/m3。使用醇胺吸收法处理CO2/H2混合气，并通过配方溶液筛选、工艺流程优化和校验分析等方法开展了研究，最终得到了H2纯度（物质的量分数）≥ 99%的产品，该醇胺吸收法的能耗为0.341 kW·h/m3。使用膜分离+溶剂吸收耦合处理复杂工况的地下煤合成气，可得到脱碳净化气、纯CO2和工业级H2，提高了项目的经济价值，具有较大的应用潜力。  
        关键词：地下煤气化;膜分离;溶液吸收法;脱碳;提氢   
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        发布时间：2024-01-26
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