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化工进展 2017年第05期杂志 文档列表

化工进展杂志特约评述

生物质催化热解制备低碳烯烃的研究进展1555-1564

摘要：随着我国原油对外依存度增加和国内烯烃供需矛盾加剧,烯烃原料供应紧张,制约了低碳烯烃行业发展。因此,扩大烯烃原料种类、采用非石油原料生产低碳烯烃有着重要意义。生物质作为原料用于制取烯烃有着广阔的研究前景。催化热解制备低碳烯烃工艺简单,克服了传统气化-合成技术制备过程复杂和周期长等缺点。然而,生物质催化热解制备低碳烯烃工艺过程也存在诸多影响因素,如生物质原料特性、催化剂类型和热解工艺条件等。本文着重讨论了原料种类、氢碳有效比、碱金属及碱土金属、温度、催化剂与原料比、反应装置、热解方式和催化剂种类等因素对低碳烯烃产率的影响,其中催化剂是提高低碳烯烃产率的关键因素。目前,ZSM-5分子筛催化剂广泛用于该工艺研究中;由于其易积炭快速失活,催化剂改性成为了研究的热点。针对现研究中改性方式较为单一且改性过程中存在的不足,提出了两种可行的分子筛改性方法。此外,鉴于还未见专门用于催化热解制备低碳烯烃的反应装置,文中给出了一个反应器设计参考性的意见。

化工进展杂志化工过程与装备

光气化反应技术生产异氰酸酯的研究进展1565-1572

摘要：光气化反应技术是目前工业化规模生产有机异氰酸酯最主要的工艺技术,具有工艺成熟、反应收率高等优点,但由于反应过程涉及剧毒物质光气和生产副产物氯化氢,使其存在安全和环保等隐患。本文首先结合光气化反应机理,分析了光气化反应技术的本质缺点,总结了目前针对其本质缺点进行改进的研究现状,认为随着科技地进步,光气化反应技术的两个缺点可以逐步克服。其次,回顾了光气化反应技术从最初的小规模实验室工艺到目前大规模先进生产工艺的发展历程,从反应工程的角度总结了光气化反应技术逐步改进的内在机理,并在此基础上提出了今后光气化技术进一步发展的趋势和研究方向;最后,论文对非光气化异氰酸酯生产技术的研究进行了总结,指出非光气化技术是将来的发展趋势,但在相当长的时间内,还难以在工业装置上取代光气化技术。因此,对光气化反应技术进行进一步的研究,对目前异氰酸酯工业的节能减排和提高效率具有重要的现实意义。

烷基化工艺及硫酸烷基化反应器研究进展1573-1580

摘要：目前烷基化研究主要集中在新型催化剂的开发和酸烃混合过程的强化,研究开发新型烷基化反应器是突破点之一。本文综述了国内外碳四烷基化工艺技术现状,简述了硫酸、氢氟酸、离子液体、固体酸作为催化剂的反应工艺。回顾了碳四烷基化反应机理,指出异丁烷的氢转移是反应的控速步骤,进而提出烷基化技术改进的关键是强化异丁烷向酸相的传质,并以此指导新型反应器的设计。文章着重介绍了硫酸法烷基化反应器,将其按照混合方式分为搅拌混合式、静态混合式、喷射混合式以及剪切混合式等。从原料混合、产物分离和传热等方面详细介绍了几种典型的硫酸法烷基化反应器,并对各种反应器的优缺点进行了总结,便于炼油企业结合自身优势选择合理的烷基化反应器及工艺路线。

基于复杂网络理论的大型换热网络节点重要性评价1581-1588

摘要：鉴于换热网络大型化和流股间复杂关系,使得换热网络换热器节点重要性的研究显得越来越重要,对其控制和安全运行的工程实践方面具有指导意义。本文以大型换热网络为研究对象,将换热器抽象为节点,换热器之间的干扰传递抽象为边,构造网络拓扑结构。在复杂网络理论的基础上,提出了评价大型换热网络节点重要性的策略和模型。首先,从网络的点度中心性、中间中心性、接近中心性和特征向量中心性等网络拓扑结构属性出发,依据多属性决策方法对网络节点重要性进行综合评价;其次,考虑换热网络的方向性,基于PageRank算法对该网络进行节点重要性评价研究。综合两个算法的计算结果得出最终结论。案例分析表明：该研究方法是有效的,可从不同的角度全面评价换热网络的节点重要性,丰富了换热器节点重要性评价的相关理论。

钢铁企业蒸汽系统多周期优化策略1589-1596

摘要：钢铁企业蒸汽系统具有汽源设备较多、能源品种多以及能源供需及价格变化等特点,本文以某大型钢铁企业实际运行的蒸汽动力系统为研究对象,综合考虑其各台锅炉设备的不同生产特点、企业的能源需求和能源价格随时间变化的规律以及设备启停运行转换产生一部分费用等因素建立约束条件,以全时段蒸汽系统总能源成本最低为目标函数,建立蒸汽-电力耦合的多周期、混合整数非线性规划模型（MINLP）,利用基于数学规划方法的LINGO软件求出全局最优解。通过分析比较,证明初始运行条件对多周期优化结果有很大影响,影响效果会延续数个周期,同时LINGO计算求解全局最优解的效率高、结果合理、可行,并能够为企业在能源设备调度上提供依据,实现一个运行时段内的低成本和高效益。

基于离散时间描述的电石法聚氯乙烯生产的计划优化1597-1604

摘要：目前,电石法聚氯乙烯（PVC）的计划优化问题少有研究。为解决这一问题,本文建立了电石法PVC全流程生产过程多周期的计划优化模型,即混合整数非线性规划（MINLP）。电石法PVC的全流程生产过程,包括原料供应、电石生产、盐水电解、氯乙烯（VCM）聚合以及PVC的交货。基于离散时间的表示方式,考虑原料成本、库存成本、交货延迟成本以及电耗成本,以成本最小为目标,合理分配生产设备的工作状态与生产速率、电量供应与原料供应等问题。为降低能量损耗,提高企业的经济效益,根据工业实际数据,给出了电石炉与电解槽非线性耗电特性的描述分析。最后,通过计划优化案例的求解和分析,所提出的全流程模型在能耗方面比单独优化降低了9.0%,总成本降低了8.1%,验证了所提模型的可行性。

熔融结晶法分离提纯对二甲苯1605-1611

摘要：针对混合二甲苯吸附分离后得到的对二甲苯中含有少量甲苯物系,提出熔融结晶法分离对二甲苯与甲苯的新工艺。采用差示扫描量热法（DSC）测量了对二甲苯与甲苯之间的固液平衡相图,实验数据表明该二元物系为低共熔型物系,在此基础上进行液膜结晶实验,可分离得到对二甲苯纯度为99.5%以上的产品,证明采用熔融结晶法分离对二甲苯与甲苯是可行的。根据实验过程建立了液膜结晶动态过程的数学模型,由模型计算得到的结果与实验数据很好的吻合,验证了模型的准确性,并用模型优化操作条件,得到适当的喷淋密度与降温速率可改善晶层生长不均的结论。分别对熔融结晶和精馏分离过程进行成本核算,结果表明结晶过程固定投资相比精馏低很多,且操作工况稳定,易于得到高纯产品,但能耗略高,因此结晶适用于小批量生产,精馏适用于大批量生产。

考虑热力学目标的进料分流预热精馏塔分析优化1612-1618

摘要：系统地提出了一种进料分流预热精馏塔的节能优化与水力学校核优化方案。基于热力学工具固定精馏线-提馏线,可定量计算精馏塔获得100%理想预热效率（精馏塔再沸器负荷的减小量与进料预热量之比）时的操作参数,并利用气液分布曲线来确定效率最低的塔板;同时,基于C＋＋和MATLAB中的GUIDE,进一步开发了具有可视化窗口的水力学验算软件,对效率最低的塔板进行水力学分析。以石油化工行业中稳定塔（简化为正丁烷-正己烷塔）为例,热力学研究结果表明,当预热量、分流率及进料位置分别设为1000MJ/h、0.7与9/20时,稳定塔可获得100%的理想预热效率;水力学核算发现,适当设置塔板结构可保证精馏塔在正常操作下实现节能的目的。本研究对实际精馏塔节能改造具有一定的指导意义。

一种蒸发天然气再液化氮膨胀制冷工艺流程的优化和海上适应性分析1619-1627

摘要：大型液化天然气（LNG）运输船在运输过程中,会吸收外界热量,而使LNG受热气化为天然气。为避免压力超限LNG运输船发生危险,用蒸发天然气（BOG）再液化系统将天然气再液化成为一种优选处理方式。本文针对一种新型氮膨胀流程进行模拟,并进行流程中关键参数的优化。将优化后的流程与丙烷预冷混合冷剂制冷流程进行对比,结果表明：以产品LNG比功耗为衡量指标,对5个关键参数（换热器中BOG气体出口温度、BOG一级压缩机出口压力、换热器中氮气出口温度、膨胀机膨胀后压力及氮气压缩机的压力分配等）进行优化,降低了系统的比功耗;与丙烷预冷混合制冷流程比较,氮膨胀流程比功耗略高,流程简单,设备较少,更加安全;文中所选氮膨胀制冷流程比丙烷预冷混合冷剂流程更适合于LNG运输船上BOG再液化。

化工进展杂志行业动态

浙江丰利“超微粉碎设备”通过浙江名牌产品复评1627-1627

摘要：日前，国家高新技术企业浙江丰利粉碎设备有限公司的FLFS牌“超微粉碎设备”再次通过“浙江名牌产品”工业产品复评，已连续四届获此殊荣，这在我国粉碎设备界仅此一家。浙江丰利的超微粉碎设备2002年首获浙江名牌产品称号，实现了我国粉体设备行业名牌零的突破。

新一代超微粉碎设备——MTM冲击磨1627-1627

摘要：国家高新技术企业浙江丰利粉碎设备有限公司研发的新一代超微粉碎设备——MTM冲击磨被科技部评为国家重点新产品。

化工进展杂志化工过程与装备

UDS溶剂抗发泡性能的影响因素及控制1628-1634

摘要：控制和消除天然气净化过程中醇胺溶剂的发泡对于确保净化装置安全、高效、优质运行至关重要。本文在模拟实验条件下考察了不同工艺参数对UDS溶剂抗发泡性能的影响,并建立了UDS溶剂抗发泡性能的半经验模型。实验结果表明,表面张力、溶剂黏度、溶剂密度等对UDS溶剂的抗发泡性能影响显著。建立的半经验模型能够较好地预测不同工况下UDS溶剂的抗发泡性能。各工艺参数对溶剂抗发泡性能影响大小顺序为：气体流量〉CO2负荷〉温度〉溶剂浓度。外界引入的杂质组分会改变UDS溶剂的表面性质,且杂质组分在溶剂中的富集导致溶剂理化性质对酸性组分浓度更为敏感,降低了溶剂的抗发泡性能。在工业装置上通过降低杂质组分浓度同时增加闪蒸气吸收塔塔径,有效提高了操作稳定性,实现了工业净化装置的安全平稳运行。

折流式旋转床气液比表面积的实验研究及CFD模拟1635-1641

摘要：气液比表面积对折流式旋转床（RZB）的传质起到关键的作用。本文采用NaOH溶液化学吸收混合气体中CO2的方法对折流式旋转床的气液比表面积进行了研究,通过计算流体力学（CFD）技术来模拟转子内液体的流动行为。分析转子转速、气体流量和液体流量对气液比表面积的影响。结果表明：折流式旋转床的比表面积在100-350m^2/m^3范围内,折流式旋转床的气液比表面积随液量的增大而增大,随气量的增大明显增大,随转速的增加先缓慢增大后迅速增大。CFD模拟表明,随液量的增加,动静圈之间的液滴数量明显增多,并且静圈上更多的表面被液膜覆盖;随气量的增大,更多的液体被碎成细小的液体,液滴的数量成倍增加;随转速的增大,动圈施加给液体的剪切力和离心力增大,液体被更好地分散,并且离开动圈的液滴尺寸变得更小。RZB与其他类型填充旋转床（RPB）的气液比表面积进行对比,发现RZB的比表面积低于分段进液式RPB、常规不锈钢金属网RPB、镍泡沫填料RPB、新型多个叶片转子RPB,接近于板式填料和挡板PRB。

有机朗肯循环用涡旋膨胀机的改进与实验研究1642-1648

摘要：目前有机朗肯循环（ORC）的效率普遍较低,而膨胀机的性能将对循环效率产生直接的影响。为提高有机朗肯循环用涡旋膨胀机的性能,本文提出对涡旋膨胀机进行了改进,使动涡旋齿的齿头不会遮挡进气孔,进、出气口对称分布,并对涡旋齿端型线进行了修正。研究改进后涡旋膨胀机进口压力、流量、转速等参数对其性能的影响。实验结果表明：改进后膨胀机的最大外等熵效率为53%,且存在一个最佳压力值,使得膨胀机的外等熵效率最大。进口流量的增加会使膨胀机的转速提高,输出功率增大。膨胀机的外等熵效率变化曲线呈抛物线变化,不同的负载对应着不同的最佳流量值,使得膨胀机的外等熵效率最大。不同负载下的膨胀机有着不同的最佳转速,使得其输出功最大,且进气压力越大,其最佳转速也越大。研究结果表明：对涡旋膨胀机的改进是切实可行的,且对膨胀机的实验为以后进一步改进指明了方向。

微通道内浓度对纳米制冷剂流动沸腾压降波动的影响1649-1657

摘要：为探究浓度对纳米制冷剂流动沸腾压降及其波动的影响,使用Al2O3纳米颗粒,采用Span-80作为分散剂,并通过超声波振荡技术分别制备出质量分数为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%的Al2O3/R141b纳米制冷剂。设计系统压力为175.8kPa,进行纳米制冷剂在水力直径为1.33mm矩形微通道内的流动沸腾实验。结果表明：纳米粒子浓度对纳米制冷剂流动沸腾压降及其波动的影响十分显著,实验工况下,0.1%、0.2%、0.3%、0.4%纳米流体的压降平均值比纯制冷剂分别平均降低了9.4%、20.1%、23.2%、36%,压降标准差分别平均降低了8.0%、22.7%、28.6%、33.9%,说明纳米粒子浓度越高,压降越小,波动越平缓。通过对实验后的槽道进行扫描电镜分析及表面静态接触角的测量,发现纳米粒子在槽道表面发生了沉积,浓度越大,沉积作用越明显,表面接触角越小。证明了纳米制冷剂流动沸腾压降随浓度升高而降低、压降波动随浓度升高而更加平缓的原因是：高浓度的纳米流体在微通道壁面的沉积更多,减小了壁面的粗糙度而增大了壁面的润湿性。

化工进展杂志能源加工与技术

乙酸蒸汽催化重整制氢的研究进展1658-1665

摘要：通过生物油蒸汽重整制备氢气可以减少环境污染,降低对化石燃料的依赖,是一种极具潜力的制氢途径。乙酸是生物油的主要成分之一,常作为模型化合物进行研究。镍基催化剂是乙酸蒸汽重整过程中常用的催化剂,但容易因积炭失去活性,降低了制氢过程的经济性。本文首先分析了影响乙酸蒸汽重整制氢过程的各种因素,阐述了在这一过程中镍基催化剂的积炭原理,讨论了优化镍基催化剂的方法,包括优化催化剂的预处理过程、添加助剂和选择合适的载体,最后对乙酸蒸汽重整制氢的热力学分析研究进展进行了总结。未来应重点研究多种助剂复合使用时对镍基催化剂积炭与活性的影响,分析多种助剂的协同作用机理,得到一种高活性、高抗积炭能力的用于生物油蒸汽重整制氢的镍基催化剂。

超级电容器的能量限制与提升措施1666-1674

摘要：介绍了超级电容器是一种新型的绿色能量存储装置,具有高功率、良好循环寿命和工作温度范围广等优点,但是其能量密度较低,甚至达不到新型锂离子电池能量密度的十分之一,成为了限制超级电容器应用的主要问题。文章指出传统超级电容器能量密度限制因素包括：仅电极表面活性物质参与反应,电极电势充放电过程中会不断变化,以及充电过程中电解液离子的消耗等。减少电解液中离子的消耗与提升电极容量成为了解决能量密度较低的有效措施,目前研究的重点包括采用混合型结构、锂离子型结构的超级电容器等。文章指出锂离子电容器结合了传统双电层电容器和锂离子电池的优势,在保持高功率密度的同时提升了能量密度,是一种极具发展前景的混动和纯电动汽车电源。由于预嵌锂的负极也可作为锂的来源,因而锂离子电池可以选择更多的正极材料,从而开启了锂离子电池研究的新大门。

纳米颗粒稳定泡沫在油气开采中的研究进展1675-1681

摘要：近年来纳米技术使得传统油气开采方法悄然转型,针对泡沫流体稳定性差等问题,研究者们提出加入纳米颗粒对泡沫系统进行稳定。本文详细介绍了部分疏水型和亲水型两种类型纳米颗粒稳定泡沫机理的异同,阐述了纳米颗粒在气液界面的不可逆吸附是稳定泡沫的主要机理;综述了纳米颗粒稳定的泡沫在提高采收率和泡沫压裂液中的最新应用,分析表明纳米颗粒不仅大幅度增加了泡沫的稳定性,并且能提高泡沫驱和压裂液的液体效率;指出了纳米颗粒稳定泡沫的问题在于纳米颗粒与泡沫流体作用复杂、改性的纳米颗粒成本较高、对低孔低渗地层的潜在伤害、缺乏工业化应用等;提出了用亲水纳米颗粒与表面活性剂协同稳泡降低成本、针对不同泡沫性能来优化纳米颗粒与表面活性剂的浓度、将纳米颗粒稳定泡沫应用到非常规油气藏等研究方向,最后展望了纳米技术在石油领域的发展潜力。