随着能源存储需求的日益增长,钠离子电池(SIBs)因其低成本和丰富的钠资源而受到广泛关注,尤其是作为负极材料的硬碳,因其优异的循环稳定性和较高的能量密度而成为研究热点。综述了硬碳负极材料在SIBs中的研究进展,包括硬碳前驱体的筛选与设计、表面修饰、孔道结构调节、碳化诱导和杂原子掺杂策略,以及其他提升硬碳性能的策略;通过深入分析硬碳的孔结构、表面官能团和微观结构对储钠机制的影响,探讨了不同制备工艺对硬碳性能的优化潜力;讨论了硬碳与电解液的界面反应机制,通过界面工程优化硬碳循环性能和倍率性能的可能路径;展望了硬碳技术的未来发展,包括纳米结构设计、表面改性和绿色制备工艺,强调了实现高性能、低成本和环境友好型SIBs的迫切需求。
作为重油轻质化的核心,催化裂化装置一直是我国石油化工企业经济效益的主要支柱。介绍了国内催化裂化技术的发展历程,并依据目标产物的不同,从油品生产技术、多产低碳烯烃技术、产品结构调整技术等3个方面,综述了国内催化裂化技术的发展现状;总结了不同催化裂化技术的设计思路、主要特点及工业应用效果,重点对比了不同技术所使用的反应器型式与催化剂类型的异同;探讨了催化裂化技术在提升油品质量及满足市场需求,提高低碳烯烃、BTX(苯、甲苯、二甲苯)等基础化工原料产率及选择性等方面开展的研究工作,为企业高质量发展提供了可选的技术方案。原料重质化多样化、产品质量优质化、产品结构灵活化、生产过程清洁化等仍是今后催化裂化技术的研究重点。
为考察烃类族组成对喷气燃料理化性质的影响,分别将煤基航煤和生物航煤加入3号喷气燃料中,按照GB 6537-2018《3号喷气燃料》规定的实验方法对喷气燃料的17项理化性质进行了检测。结果表明,烃类族组成是喷气燃料8项理化性质的主要影响因素,随着链烷烃质量分数的增加或者环烷烃质量分数的降低,10%回收温度、50%回收温度、终馏点、冰点、-20 ℃运动黏度和烟点基本单调降低,而密度和体积净热值单调升高;烃类族组成是其余9项理化性质的非主要影响因素,链烷烃质量分数的增加或降低均会导致闪点、萘系烃体积分数降低,链烷烃和环烷烃质量分数对质量净热值、腐蚀性、热安定性、胶质质量浓度、水反应界面情况、水反应分离程度和水分离指数几乎没有影响。在航空替代燃料与喷气燃料掺配使用时,可以根据烃类族组成对喷气燃料理化性质的影响规律对掺配后燃料的理化性质进行一定程度的预测,从而减少实验次数,提高效率。
高镍三元正极材料LiNi x Co y Mn1-x-y O2(x≥0.6,NCM)由于其成本低廉、能量密度高、使用寿命长等优势,被认为是最具应用价值的锂离子电池正极材料之一。高镍虽然会显著提升NCM的比容量和能量密度,但也会导致其循环和热稳定性下降,因此其实际应用严重受限。对NCM进行掺杂改性是提升材料结构稳定性、改善其电化学性能的有效策略。详细介绍了NCM材料的掺杂方法;系统分析了多种掺杂元素对NCM容量、倍率性能、循环性能等的影响;对NCM的开发和未来所面临的挑战进行了展望,有望为NCM的应用提供参考。
钠离子电池凭借其卓越的低温性能、显著的成本效益及高度的安全特性,在低速两轮电动车市场及大规模储能应用中正逐步成为锂离子电池的有力补充。商业化石墨负极在钠离子电池中并不兼容,取而代之的是性能表现优异的硬碳负极材料,但是其能耗大,成本高。在此背景下,研发兼具低成本、高可逆容量及卓越循环稳定性的钠离子电池负极材料成为行业亟需攻克的技术瓶颈。生物质因其可再生、低成本和环境友好的特点,成为制备硬碳材料的重要原料。生物质硬碳材料的储钠性能受碳化温度、前驱体种类及微观结构等多重因素的影响。从硬碳材料的储钠行为入手,介绍了针对储钠机制提出的相关模型;总结了硬碳负极的制备与电化学性能优化过程中热解、活化、掺杂等制备步骤的作用效果;分析了储钠机制对于解决当前硬碳负极所面临的原料选择受限、首次库仑效率低以及闭孔调控手段有限等问题的指导作用。
丙烷脱氢反应在热力学上处于不利状态,因此需要通过优化工艺条件来实现动力学控制。利用单因素实验和多因素响应面法分析优化PtSnK/Al2O3催化剂上丙烷脱氢工艺条件,并进行了实验验证。通过单因素实验为响应面法筛选出考察因素取值范围;采用反应温度、体积空速、氢烃比(氢气与丙烷的物质的量比)3个因素的Box?Behnken设计,以丙烯选择性为响应值,对丙烷脱氢反应条件进行了多因素响应面法分析优化;对优化后的工艺条件进行了实验验证。结果表明,优化的反应温度为605 ℃,体积空速为2 200 h-1,氢烃比为0.6,该工艺条件下丙烯选择性的理论预测值为93.01%;各因素影响的权重从大到小的顺序为反应温度>氢烃比>体积空速;优化后丙烯选择性的实验测定值为93.00%,丙烷转化率为32.00%,丙烯选择性的实验测定值与通过多因素响应面法预测的结果一致,说明模型可靠、可信。
针对某油田在开发过程中出现油井堵塞的难题,以Y3原油为研究对象,通过室内实验分析了原油的组成以及井筒堵塞物的主要成分;对油田收集的地层堵塞物进行甲苯抽提,并利用XRD分析了甲苯不溶物的成分;对可溶物部分进行四组分分离,并重点研究了可溶物及Y3油样中沥青质的组成及性质;通过沥青质吸附实验,测量油水界面张力、水下接触角等,探究沥青质极性和芳香性对其界面性质的影响。结果表明,该油井的地层堵塞物主要矿物为石英、长石、方解石等;与Y3原油中沥青质相比,堵塞物中的沥青质分子质量更大,杂原子质量分数以及芳碳率更高,堵塞物中含蜡极少;井筒堵塞的主要原因是沥青质在砂石上的吸附,沥青质杂原子质量分数及极性对吸附量和界面张力等有较大的影响。
钠离子电池的综合性能介于锂离子电池与铅酸电池之间,在电池能量密度要求适中且成本敏感的诸多领域具有潜在的应用价值。硬碳是钠离子电池当前最具前景的负极材料。大多数研究认为硬碳材料内部的孔隙是其主要的储钠位点之一,但目前硬碳负极中孔结构的表征技术较为有限,这阻碍了对硬碳孔结构的深入分析,对其设计性能提升策略也带来了较大困难。对当前硬碳孔结构的表征方法进行了综述,具体包括透射电镜、气体吸附、X射线小角散射、氦气真密度测试等方法。这些方法的综合使用有助于准确描述硬碳负极的孔结构,为设计高性能硬碳负极提供研究思路和技术支撑。
中俄东线某站场过滤分离区为并联管路,由于管内压力和管道布局的不同可能会出现支管流量分配不均的问题,影响过滤效果和整体工作效率。为避免管路偏流,使用计算流体动力学(CFD)方法进行了过滤分离区流量流向研究。结果表明,系统内压力分布、湍流分布、沿程摩阻损失、流体惯性等因素共同影响支管流量分配;在11种并联管路布置方式中,进出口在同侧的轴向进径向出方式3总体上偏流情况最小;正常工况下,在计算范围内偏流情况随汇管直径、支管中心间距的增大而减小;支管堵塞的故障工况会使系统的偏流程度大幅度增大。通过研究得到了并联管路流量分配规律和影响流量分配的主要因素,研究结果有助于指导输气站场的设计与建设。
成品油管道泄漏会造成环境污染,威胁居民的生命安全,因此对成品油管道泄漏进行监测和识别具有重要意义。建立成品油起伏管道泄漏监测识别模型,并通过控制阀门开度制造压力波,监测识别管道泄漏位置,研究了阀门开度、阀门起闭间隔时间对泄漏定位精度的影响。结果表明,泄漏监测识别模型对中孔泄漏识别精度较高,而对小孔和大孔的识别预测能力较低,泄漏定位的相对误差较大;当阀门开度由90%分别降至10%、30%和50%时,压力波波动信号的振动幅度均降低,通过泄漏监测识别模型计算的泄漏定位的相对误差逐渐增大,推荐阀门开度由90%降至10%;随着阀门启闭间隔时间的增加,因压力波信号和压力波返回信号相互影响,通过泄漏监测识别模型计算的泄漏定位的相对误差越来越大,推荐阀门启闭间隔时间为1 s。
针对加氢反应流出物空冷器(REAC)系统的腐蚀失效问题,采用逆序倒推法构建典型工艺仿真模型,研究了油品种类及其流量对系统内腐蚀性组分分布、铵盐结晶温度、冲蚀风险等的影响机制。结果表明,油品流量的变化不改变腐蚀性组分的水相分布,不会增加系统冲蚀风险;油品流量对铵盐结晶温度的影响不明显,增大油品流量不会增加系统结盐风险;当蜡油流量增大时,腐蚀因子K显著减小,使系统的腐蚀风险降低;蜡油流量对空冷器出口水相的NH4HS质量分数影响较大,NH4HS质量分数在高温区随着石脑油流量的增大而减小,而在低温区随着石脑油流量的增大而增大;当柴油、石脑油流量增大时,出口水相的pH升高,而蜡油流量增大时出口水相的pH降低。建议加工处理原油时适当增大蜡油流量,同时增大柴油流量或注水量,以降低系统的腐蚀失效风险。
在水电解过程中,“气泡效应”会显著降低系统的整体性能;经典成核理论(CNT模型)难以揭示实际电化学体系中双电层(EDL)、表面微结构和传质协同作用对成核动力学的调控机制。研究综合考虑离子迁移?扩散行为、电极表面纳微结构及浓度边界层对成核过程的协同调控机制,构建了双电层?传质?表面微结构协同作用的电极界面气泡成核模型。结果表明,EDL与微孔结构的协同作用会在表面微孔处产生显著的电位梯度,导致局部过饱和度升高,优先诱发气泡成核;在高过电位下,浓度边界层与成核能垒呈非线性关系,浓度边界层越薄,高电位的成核速率降低趋势越显著;气泡生长过程受三相接触线(TPCL)附近的净浓度通量控制,并呈现两阶段生长特征。研究结果为优化析气电极表面设计提供了理论依据。
磷酸钒钠(Na3V2(PO4)3,简称NVP)由于其较强的热稳定性和宽阔的钠离子传输通道,在钠离子电池的应用中具有独特优势。然而,价格昂贵的钒原料减弱了NVP在商业化发展中的关注度。以提钒工业上游产物NaVO3为钒源,利用固相法成功合成了NVP,并将其与以V2O5和NH4VO3为钒源、在不同煅烧温度下合成的NVP进行对比。结果表明,钒源对NVP的结构和形貌具有重要影响,并进一步影响电池的比容量和倍率性能;以NaVO3为钒源、在750 ℃合成的NVP展现出优异的电化学性能,在0.1 C下获得了较高的初始比容量(105.6 mA·h/g),并且在1.0、2.0、5.0 C下仍能保持101.5、99.9、92.9 mA·h/g的高比容量;在1.0 C下循环300圈后,可逆比容量达97.1 mA·h/g,容量保持率高达94.6%,在5.0 C下循环500圈后容量保持率仍达94.0%。这种基于简单高效且使用廉价原料的合成策略对NVP的规模化生产具有借鉴意义。
镍铁(NiFe)基过渡金属催化剂因其优异的电催化性能,近年来在析氧反应(OER)中受到了广泛关注。然而,与贵金属Ru或Ir相比,NiFe基过渡金属催化剂的催化效率仍存在一定差距,因此对其改性十分必要。通过缺陷工程能够有效提升NiFe基过渡金属催化剂的OER催化活性。总结了NiFe基过渡金属催化剂的缺陷类型、表征方法,并概述了缺陷材料的构筑方法、缺陷型NiFe基过渡金属催化剂OER的研究进展;针对缺陷工程提升OER性能所面临的挑战进行了探讨,并对未来的发展提出了展望。
氢气作为清洁能源的载体,其高效制备依赖于电解水析氢反应(HER)催化剂的性能优化。铂(Pt)基催化剂具有优异的HER活性,但成本高、稳定性不足,而这些问题可以通过载体材料设计解决。氢氧化镍(Ni(OH)2)凭借其独特的质子传导能力、界面调控特性及其对Pt的稳定作用,成为极具潜力的载体材料。然而,Ni(OH)2载体与Pt纳米颗粒的构效关系及其合成参数对催化性能的影响机制仍缺乏系统性研究。聚焦水热合成温度对Ni(OH)2载体晶相演变及Pt界面生长行为的调控规律,通过分析合成参数?微观结构?催化性能的构效关系,揭示了温度对载体结晶度、Pt颗粒尺寸分布及界面电子结构的协同作用。结果表明,100 ℃下合成的Pt@Ni(OH)2催化剂在1 mol/L的KOH电解液中表现出卓越的HER活性,在电流密度为10、100 mA/cm2时过电位分别为5、62 mV,塔菲尔(Tafel)斜率为70.0 mV/dec;经过50 h的连续运行,该电极的析氢性能几乎无衰减,显示出卓越的稳定性。
在溶剂热条件下,以Cu(CF3COO)2·xH2O为可溶性铜盐、噻吩?2,5?二羧酸(H2tdc)为线性配体,分别与1,10?菲罗啉(phen)和2,2′?联吡啶(bipy)反应,合成了一维链状化合物[Cu(tdc)(phen)] n (1)和[Cu(tdc)(bipy)] n ·DMF(2);通过单晶X?射线衍射技术(SC?XRD)对化合物的结构进行了表征;通过多晶X?射线衍射和傅里叶红外光谱对化合物进行了组成分析;通过光电流响应测试和溶液稳定性测试对化合物的性能进行了研究。结果表明,化合物1和2的不对称结构单元极其相似,都含有相同的[Cu(tdc)]结构单元;化合物1和2都具有光化学稳定性;在不同的表面修饰配体phen和bipy的作用下,化合物1和2表现出不同的光电流响应值。
为了提高磁方位角的测量精度,获得精确的磁偏角信息,通常需要构建更高精度的当地地磁模型。相较于全球地磁模型,当地地磁模型包含地下磁矿脉在地表引发的磁异常信息。由于地下磁矿脉的埋藏深度和规模不同,其对不同井深处磁偏角的影响也各不相同。因此,在中深井(Z井)方位角校正时,有必要考虑地下磁矿脉的影响。利用ANSYS Maxwell数值模拟软件,建立了考虑埋藏深度、规模磁矿脉影响的地磁场模型;通过数值模拟,并结合中深井的实际钻井眼轨迹,提出了一种方位角校正方法,并量化评估了地下磁矿脉对方位角和井眼轨迹的影响。结果表明,在磁矿脉埋深达到2 100 m时,地下磁矿脉对2 000 m 地层厚度内钻井方位角影响的偏移量约为0.6°;若考虑地下磁矿脉的影响,井眼轨迹难免会发生偏移,且偏移量随着井深的增加而增大,这可能会导致中深井脱靶等事故。因此,进行地下磁矿脉影响下的方位角校正对提高方位角测量精度、实现精准导向具有重要意义。
针对炼厂气体三塔分馏工艺中脱丙烷塔蒸汽消耗量较大的问题,提出使用高低压双塔脱丙烷工艺代替原流程中的单塔脱丙烷工艺。利用Unisim Design流程模拟软件对该工艺进行稳态模拟,分析了高压脱丙烷塔的蒸汽热负荷变化与脱乙烷塔的热水热负荷变化,并优化了主要操作参数。结果表明,在高压脱丙烷塔的n(塔顶C3采出量)/n(进料C3总量)=0.6、塔顶压力为1.81 MPa、进料位置为第10块塔板,且脱乙烷塔塔底与低压脱丙烷塔塔顶进入丙烯精馏塔的进料位置分别为第114、126块塔板的操作条件下,与原流程相比,使用高低压双塔脱丙烷工艺可以节约56.12%的蒸汽热负荷,脱乙烷塔比优化前节约了49.83%的热水热负荷,总耗能减少了235.4 kW,每小时可节省热公用工程费用约339.71元。
茚并哒嗪衍生物因具有良好的生物活性,在农药和医药等领域具有广泛的应用前景,因此开发一种快速高效的合成方法越来越受到研究者的关注。设计了一种酸催化的烯丙基苯与四嗪官能化环化反应,对反应中间体进行捕获并使用核磁共振波谱仪对中间体以及产物进行了结构表征。结果表明,该反应经历分子间[4+2]环加成和分子内傅克烷基化反应等历程,实现了一步合成茚并哒嗪衍生物;反应还具有广阔的底物范围和良好的官能团相容性,能够以67%~95%的产率得到一系列的茚并哒嗪衍生物;在克级实验研究中,目标产物的产率可以达到81%,证明了该反应具有潜在的应用价值。
随着工业化和现代化的发展,水污染日渐严重,利用太阳光进行水污染降解已经成为未来发展的趋势。在不使用任何模板的情况下,通过溶液法在室温下制备了花瓣状碘氧化铋(BiOI)光催化剂,并通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外可见光漫反射光谱(UV?Vis DRS)对其进行了表征;通过活性物种捕获实验和电子自旋共振(ESR)分析,推测了花瓣状BiOI光催化降解有机污染物的可能机理。结果表明,与TiO2相比,花瓣状BiOI在降解罗丹明B(RhB)方面表现出更好的可见光光催化活性;·O 2 - 是花瓣状BiOI光催化降解有机污染物过程中的主要活性物种。研究为制备高活性光催化剂提供了一种简易、便捷的合成方法。
为了快速界定掺氢天然气高压管道泄漏的危险距离,通过整合管道小孔泄漏模型、名义喷管模型和横流?射流积分模型,建立了开放空间掺氢天然气高压管道小孔喷射泄漏过程完整的理论数学模型,并通过实验验证了高速射流下横流?射流积分模型的适用性;基于建立的模型,分析了掺氢比(氢气的体积分数)、风速、泄漏孔直径、管内压力对射流轨迹的影响以及掺氢比、风速、名义直径对最大爆炸危险距离的影响规律。结果表明,横流?射流积分模型数据与实验数据和数值模拟数据吻合较好;掺氢比、泄漏孔直径和管道压力越大,泄漏射流轨迹偏折程度越小;风速越大,泄漏射流偏折程度越大;当掺氢比低于44.4%时,掺氢比与最大爆炸危险距离呈线性减小关系;当掺氢比高于44.4%时,掺氢比与最大爆炸危险距离呈线性增加关系;风速与最大爆炸危险距离近似呈线性减小关系;名义直径与最大爆炸危险距离呈正比关系。
在SAGD(蒸汽辅助重力驱油技术)热采重油的过程中,主要采用常规热采锅炉生热。以蒸汽作为携热介质时常面临见水时间快、热利用率低等问题,导致采收率低。通过改变生热方式,在保障热量注入的前提下减少水量注入,对热采具有重要意义。基于定向化学反应产物分析,结合三维尺度大型物理模拟实验,验证了定向化学反应的可行性,明确了定向化学反应辅助SAGD的温度场的扩展规律,分析评价了不同开采阶段的生产曲线特征。结果表明,在定向化学反应的生成物中,液态流体主要为C5-C20,气态物质以CH4和CO2为主;利用定向化学反应产物辅助SAGD开发,最终采出程度为76.59%,比单纯SAGD提高了19.99个百分点。研究进一步验证了定向化学反应辅助SAGD增效技术的作用机理,为现场应用提供了理论依据和技术支撑。
供气可靠性优化分配是天然气管道系统供气可靠性的重要组成部分,为了研究成本最低的供气可靠性优化分配方案,构建了基于管道系统供气能力的费用函数模型;针对粒子群等传统优化智能算法更新迭代过程中未涉及约束条件,提出了一种基于外点罚函数法的天然气管道系统供气可靠性优化方法;将优化分配模型中约束条件转化为惩罚函数项,构造新的目标函数,将有约束分配问题转化为无约束极值问题;针对某天然气管道系统,基于外点罚函数法进行供气可靠性优化分配,得到了供气可靠性优化分配值。结果表明,外点罚函数法在保证精确度的同时,能够显著缩短运算时间;分配结果具有良好的收敛性且符合工程实际;通过明确单元供气可靠性优化分配值,将其与当前可靠度对比,能够识别系统供气薄弱单元,为提高管道系统供气可靠性提供科学依据。
CO2捕集、利用与封存(CCUS)是目前降低CO2排放、缓解温室效应的重要措施。吸收法作为当前大规模商业化CO?捕集的主流技术,其高能耗问题严重制约了CCUS技术的推广与发展。聚焦CCUS过程中的节能路径,系统评述了新型吸收剂的研发、新型高效反应器的设计、CO2捕集转化一体化技术三个关键方向的最新研究进展与成果。结果表明,新型吸收剂可降低吸收反应过程的能耗;新型高效反应器可大幅强化传质;CO2捕集转化一体化技术则从工艺源头实现节能降耗。未来研究需着力于新型吸收剂的工业化应用验证、反应器长期运行的稳定性与成本控制、吸收转化一体化技术经济性的进一步提升,以推动低能耗CCUS技术的规模化应用,助力“双碳”目标的实现。
针对乙醇催化脱氢制备乙醛的反应,现有催化剂存在选择性受限的问题,特别是在高效生成乙醛方面表现不佳,部分催化剂因酸度过高而阻碍脱氢过程。因此,开发具有表面碱性的新型高性能催化剂至关重要。通过共沉淀法与溶液燃烧法分别制备了La2O2CO3/ZnO?a和La2O2CO3/ZnO?b两种复合催化剂,通过改变沉淀pH、老化时间、煅烧温度、煅烧时间等条件对催化剂性能进行评价,确定了催化剂的最佳制备条件;利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、CO2程序升温脱附等手段,深入探究了催化剂的晶相、形貌、表面碱性及其与催化性能的关系;在最佳催化剂上考察了乙醇脱氢反应合成乙醛的最佳工艺条件。结果表明,共沉淀法的最佳制备条件:沉淀pH为9.0,老化时间为12.0 h,nLa/nZn=1.0,煅烧温度为600 ℃;溶液煅烧法的最佳制备条件:煅烧时间为5.0 h,煅烧温度为550 ℃,nLa/nZn=1.0;当体积空速为1.0 h-1、反应压力为1.0 MPa、反应温度为190 ℃时,La2O2CO3/ZnO?a上乙醛的收率最高,为57.60%。
随着全球能源系统向可再生能源转型的加速推进,电化学储能器件在确保电力供应稳定性与促进能源高效利用方面扮演着愈发关键的角色。然而,低温环境成为制约电化学储能器件性能的一大挑战,特别是对应用广泛的锂离子电池而言,其充放电容量显著下降、内阻增加及循环寿命缩短等问题尤为突出,严重限制了其在寒冷地区等场景的商用化进程。为应对这一挑战,系统综述了当前针对低温环境下电化学储能器件性能的研究进展。首先,围绕核心研究焦点——电池正极材料及电解液体系的改性与优化,通过分析温度对电池材料性能的影响,系统阐述了低温条件下电池性能劣化的作用机制,包括导体材料电阻率升高、活性材料反应活性降低、电解液黏度增大等。其次,回顾并分析了提升低温条件下电池性能的电解液改性策略。此外,还阐述了优化储能器件低温性能的其他有效方式及其对改善电化学性能的作用机理。
随着储罐向大型化方向发展,基础沉降、结构变形等影响大型储罐运行的结构安全问题已成为设备管理和检验人员关注的重点,开展大型储罐基础沉降检测和结构完整性评价研究对保障大型储罐安全运行具有实际意义。基于储罐的基础沉降类型及其典型损伤形式研究,结合储罐在设计建造、定期检验等不同储罐服役阶段的特点,提出了储罐基础沉降检测要求,明确了不同类型沉降的检测和评价方法;针对罐壁不均匀沉降,开展分级评价方法研究,提出包含沉降差评价、偏离平面沉降幅度评价、局部非均匀平面沉降评价、应力分析评价的基础不均匀沉降4级评价方法,为技术人员开展储罐罐壁沉降安全评价工作提供了科学依据。
高分子复合材料因其优异的耐磨性、低摩擦系数、耐水性和耐腐蚀性,成为水润滑轴承的主要材料选择;其性能直接影响轴承的安全性、可靠性及运行成本。系统综述了常用高分子水润滑轴承材料的性能及近年来的研究进展,重点分析了不同材料在承载能力、耐磨性和摩擦性能等方面的表现;比较了各类材料的优缺点,并针对现有材料存在的问题,提出了高性能水润滑轴承材料的研究方向和发展建议。研究结果为相关材料的优化设计与工程应用提供了技术参考。
为解决Aspen化工模拟中自带催化剂数据库的局限性,提出一种PL(Power Law)型双速率动力学模型,将动力学模型导入Aspen Plus进行制氢多过程模拟,考察了在模拟过程中引入催化剂对反应的影响,旨在实现更真实的化工过程模拟。结果表明,该双速率动力学模型可以反映真实的制氢状况;提高温度和降低液时空速,均有利于提高甲醇转化率,但同时增大CO的选择性;水碳物质的量比(水碳比)对反应的影响较小,考虑能源消耗选择水碳比1.0~1.4为宜;当反应温度为280 ℃、进料流速为1.5 mL/min时,经甲醇水蒸气重整、水汽变换和CO催化氧化后,产物中CO的体积分数仅为6.89 μL/L,产物可用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的应用中。
多数油气生产问题源于不正确的油气相行为模拟,微?纳米孔中油气相行为对页岩油气开发至关重要。因此,准确模拟微?纳米孔中的油气相行为,是页岩油气高效开发的关键。考虑毛细管压力和流体临界点偏移对微?纳米孔中热力学相平衡的影响,耦合体积平移的Peng?Robinson状态方程(PR?EOS),构建了一个微?纳米孔限域下的气液平衡(VLE)模型,其预测相对误差小于1.53%;基于改进的VLE模型,研究了限域下微?纳米孔效应对Bakken页岩油相行为的影响规律。结果表明,微?纳米孔限域效应降低了气?液相密度差和轻质组分平衡常数K,并且缩小了相包络面积;随着孔隙半径减小,气液界面张力(IFT)先缓慢降低,然后快速降低,其中孔隙半径20 nm为下降速率转折点。该研究可为非常规油气资源的开发提供重要的理论基础支持。
针对耐温聚乙烯管道在油田集输系统应用中缺乏专用热力水力计算模型的现状,通过现场实验对其集输油过程中的水力摩阻特性与热力温降规律进行了量化分析。基于多参数变量实验数据,系统研究了流体物性、含水率、输送温度、流量等关键参数对管道压降及温降的影响机制,首次建立了适用于耐温聚乙烯材质的管壁总传热系数计算体系;利用PIPEPHASE软件构建仿真模型库,通过对比不同边界条件下理论预测数据与实测数据的偏差,筛选并修正了适用于该材质的摩阻计算模型与热传导模型,为耐温聚乙烯管道的工艺设计与安全评估提供了具有工程应用价值的理论支撑。
海上化学驱过程中井网加密后水驱井网和聚驱井网共存,对开发效果具有重要影响。为定量表征海上聚合物驱油田水聚扰动程度,提出了考虑注入水和注入聚合物驱替体积动态变化的水聚扰动系数,结合水聚扰动系数分析了不同驱替方式下的生产特征和规律,并讨论了调控策略。结果表明,水聚同驱过程中注入水会压缩聚合物驱替区域,对聚合物前缘产生一定的干扰;水聚扰动系数与阶段净增油曲线具有较好的相关性,根据水聚扰动系数可以将水聚同驱过程划分为5个典型阶段;水聚同驱方式的初期产油量高于纯聚合物驱方式,但整体产油量低于纯聚合物驱方式,通过水聚交替的方式可均衡驱替前缘,改善开发效果。研究成果对分析水聚同驱过程、定量表征水聚扰动程度以及制定后续调控措施具有一定的指导意义。
为确保渤海海上油田多轮次调剖效果,对一种增阻型就地凝胶调剖剂的油藏适应性进行了系统研究。采用黏度法、流变分析、扫描电镜等分别表征了调剖剂的成胶性、热稳定性及成胶后的微观形貌;通过填砂管实验,系统评价了调剖剂的色谱分离行为、注入性、封堵性、选择性及提高采收率效果。结果表明,该调剖剂初始黏度低,注入性及深部运移性能良好,且油藏中的色谱分离行为弱;在油藏温度为65 ℃的条件下,调剖剂成胶时间长,成胶黏度高,热稳定性良好,成胶后呈以微球为交联节点的三维网络结构,在剪切速率为4~12 s-1时具有剪切增稠特性;调剖剂具有优良的选择性封堵性能,能优先进入油藏窜流区域形成封堵,对油层的堵油率低;该调剖剂提高采收率效果明显,注入1.000 PV后,原油采收率增幅达15.0%~23.0%。总之,增阻型就地凝胶调剖剂能较好地适应渤海海上油田油藏特征,可实现油藏深部调剖。
与碎屑岩储层相比,碳酸盐岩储层具有极强的非均质性,储集空间类型多,孔、洞、缝发育不均,如何表征强非均质性碳酸盐岩气藏的三维储集空间是储层精细描述的关键。基于地质、测井、地震及生产动态等数据与资料,在气藏精细描述与储层评价认识的基础上,以合川区块茅口组缝洞型碳酸盐岩储层为研究对象,采用随机建模结合确定性建模方法,逐步构建构造框架、沉积相分布、储层分类及孔隙度、渗透率及含气饱和度等多种属性的储层精细地质模型,定量表征储层属性分布特征;采用地质统计学结合多属性协同模拟技术,建立多尺度融合的缝洞体模型,定量刻画储层储集空间展布特征,形成了一套基于沉积相-储层类型分级控制与多尺度信息融合的缝洞型碳酸盐岩精细储层建模方法。
在J-Y成品油管道停输期间,输送油品温度与外界土壤温度存在显著差异,导致停输后管内压力下降。当管道高点的压力降至低于饱和蒸汽压时,管内因出现气阻现象无法保压,进而对管道系统的安全运行构成潜在威胁。利用SPS软件建立管道模型,模拟了沿线当量土壤温度分布,通过模拟分析有效修正末站进站温度误差,从而得出管道沿线土壤温度平均值及停输后的温降范围;利用拟合方程揭示了当量土壤温度随时间的变化关系;结合泵前温度测量值与模拟获得的当量土壤温度值,在系统运行一段时间后进行停输操作,并通过SPS软件模拟了停输后温度与压力的变化趋势。结果表明,停输后发生汽化的时间与油品和土壤之间的温差有关;如果停输前油品与土壤的温差足够小,则停输后全线不易发生汽化;如果停输前油品与土壤的温差为负值,则停输后管内压力升高。
混合润湿毛细管静态渗吸前缘特征及其演化规律对预测复杂润湿致密油藏渗吸采油效果至关重要。通过建立混合润湿静态渗吸采油模型,研究了空间混合润湿分布和混合润湿程度对静态渗吸前缘距离变化以及界面变形特征的影响规律,明确了混合润湿毛细管内发生高效静态渗吸采油的临界条件。结果表明,水润湿分数越大,稳定静态渗吸前缘距离差值越小,达到最佳渗吸采油效果所需时间越短;两润湿侧壁接触角余弦差值越大,稳定静态渗吸前缘距离差值越大;基于模拟数据建立的静态渗吸前缘距离差值拟合公式,结合静态渗吸前缘距离解析解,可定量表征不同混合润湿毛细管静态渗吸前缘距离变化规律及界面变形特征。研究结果可为混合润湿致密油藏高效低碳开采提供理论指导。
水系锌离子电池凭借其高安全性、低成本、优异的电化学性能等特性,展现出广阔的应用前景。系统综述了水系锌离子电池的柔性电解质结构调控策略,重点归纳了水凝胶电解质与聚合物电解质的结构构筑方法、离子传导机制及力学性能增强途径,分析了其在电化学稳定性、界面兼容性和环境适应性等方面面临的关键挑战,旨在推动柔性电解质在提升电池电化学性能方面的研究进展,为水系锌离子电池的柔性电解质材料设计与功能实现提供理论基础与研究参考。
为解决商用石墨负极材料理论比容量低、快充性能差及安全性不足的问题,构建一种新型自支撑复合电极,实现了锂离子电池综合电化学性能的提升。以碳布(CC)为柔性基底,采用水热法在其表面原位生长Co3O4/ZnO异质结结构,随后进行热处理,成功制备了自支撑Co3O4@ZnO//CC负极材料;利用XRD、SEM、TEM、XPS等表征手段分析了其微观结构与组成,并通过电化学测试系统评估了其储锂性能。结果表明,Co3O4@ZnO三维多孔纳米片阵列可缓解体积变化并促进电子传输;在2.00 mA/cm2的电流密度下,Co3O4@ZnO//CC电极的首圈放电比容量与充电比容量分别为3.96、3.28 mA·h/cm2,首圈库仑效率达82.83%,循环100圈后容量保持率为56.40%,其循环稳定性和倍率性能均优于Co3O4//CC和ZnO//CC电极。
通过预测储气库短期供气量,并将其作为储气库季节性调峰量,可在保障供气可靠性的同时,提升储气设施运行效率与经济效益,破解由季节性“峰谷差”导致的供需失衡难题。通过精准预测下游用户的天然气需求量,能够有效反映储气库在短期内所需的供气量。选取某地区2021-2024年的每日天然气用气量,结合气温变化及日期类型,综合考量趋势项、季节项及节假日效应,提出了适用于储气库短期供气量预测的Prophet预测模型;采用平均绝对误差(rMAE)、平均绝对百分比误差(rMAP)、均方根误差(rRMS)、决定系数(R2)4项性能指标,对比评估了Prophet模型与STL分解、VARMAX等5种常用预测模型的预测性能。结果表明,Prophet模型在测试集上的rMAE为13.15 m3,rMAP为2.71%,rRMS为16.52 m3,R2为0.99,显著优于其他模型;在冬季用气高峰期,其预测误差可控制在5%以内。Prophet模型通过融合气候条件、日期类型两个外生变量,能够准确捕捉下游用户天然气用气量的季节性与突发性波动特征,提高储气库供气量预测精度,为储气库调峰保供提供关键数据支持。
随着节能环保标准持续攀升,优化润滑油高温清净性能、减少发动机活塞沉积物,已成为润滑油领域的当务之急。采用热管氧化实验法,针对乙丙共聚物(OCP型黏度指数改进剂),分别在温度为250、280、310 ℃的条件下开展氧化沉积物实验,并借助FT?IR、SEM/EDS、1H?NMR等表征手段,对氧化沉积物的形貌特征、元素组成及官能团结构进行了表征。结果表明,在温度为250 ℃的条件下,基础油与混合样品(质量分数为1%的OCP型黏度指数改进剂+质量分数为99%的基础油)的沉积物量较为接近;在温度为280 ℃的条件下,混合样品的沉积物量多于基础油,且沉积物中C、S元素的质量分数上升,O元素的质量分数下降;在温度为310 ℃的条件下,因OCP型黏度指数改进剂与基础油产生协同作用,混合样品沉积物中的烃类、含氧官能团占比变动幅度减小,同时硫化物以SO?的形式逸散,导致S元素的质量分数降低。
环境法规对长链氟碳表面活性剂的限制日益严格,而短链复配体系协同机制尚未明确,这制约了高效环保灭火剂的开发进程。系统梳理了短链氟碳灭火剂分子工程策略(链长调控、两性离子设计)与复配技术(氟碳/碳氢协同)优化路径;通过对现有研究的梳理发现,C4—C6短链表面活性剂在活性与环境友好性之间能实现较好的平衡,复配体系可显著降低临界胶束浓度与氟用量,同时提升泡沫稳定性;归纳了复配协同机制,包括阴/阳离子静电作用促进致密膜形成、构象匹配抑制水相迁移等,并总结了从微观分子排布到宏观性能(如界面张力与泡沫稳定性)的定量关联规律。研究结果为理解复配机制、推动灭火剂的合理设计提供了理论参考。
聚氯乙烯(PVC)因机械性能优异、加工性好,被广泛应用于电缆、建材、人造革与包装领域。但是由于其刚性较大,通常需依赖增塑剂赋予柔韧性。系统概述了聚酯增塑剂对PVC性能调控的研究进展,重点探讨了结构设计、合成方法及其应用效果,通过对比分析分子结构、支化结构及端基功能化策略,阐明了聚酯增塑剂对PVC热稳定性、力学性能、迁移行为及加工流变性的影响机制。结果表明,合理设计聚酯分子结构可显著提升增塑效率与相容性,并降低增塑剂迁移与挥发的风险。生物基单体来源与绿色合成技术是聚酯增塑剂发展的关键方向,未来应聚焦多功能协同设计与规模化制备,以推动其在医疗、电缆与包装等领域的应用,实现高性能环保型PVC材料的可持续发展。
以硝酸锆和硝酸铈为金属源,通过沉淀?浸渍法制备了固体超强酸催化剂S2O 8 2 - /ZrO2?CeO2;以S2O 8 2 - /ZrO2?CeO2为催化剂,乙酸和正丁醇为原料催化合成乙酸正丁酯,考察了催化剂的质量、n(醇)/n(酸)、反应温度、反应时间等条件对催化反应的影响;通过XRD、FT?IR、N2吸附脱附等温线、NH3?TPD对催化剂进行了表征。结果表明,催化剂S2O 8 2 - /ZrO2?CeO2的酸性较强,催化效果较好;催化剂S2O 8 2 - /ZrO2?CeO2的最佳反应条件为:Ce的负载量(质量分数)为2.0%,催化剂质量为0.6 g,n(醇)/n(酸)=2.0∶1.0,反应温度为115 ℃,反应时间为4.0 h,过硫酸铵浓度为0.5 mol/L;在最佳反应条件下,乙酸正丁酯的酯化率可达99.6%,重复实验5次后,转化率仍可达59.4%。
电催化析氢技术作为推动可持续能源转化与存储的关键工具,在实现碳中和及促进可再生能源高效利用方面具有重要意义。然而,现有催化材料在活性、稳定性及成本等方面仍面临挑战,严重制约了其大规模应用。合金催化剂凭借其可调控的组分和结构以及独特的电子特性,在提升催化性能方面展现出巨大潜力。系统综述了合金催化剂在析氢反应中的性能调控机制与策略,重点从合金组分设计、晶体结构调控及与其他功能材料的复合3个方面进行分析,探讨了其在电催化析氢反应中的应用进展;通过典型研究案例,揭示了合金体系中多原子间协同效应对催化性能的影响;总结了当前合金催化剂设计所面临的挑战,并对其未来发展方向提出了展望,旨在为高效、低成本电催化材料的理性构建提供理论依据与技术参考。
目前,众多计算含油饱和度的方法以静态法为主,主要用于计算原始含油饱和度,但难以适用于开发过程中动态含油饱和度的计算。针对现有动态法计算含油饱和度的不足,基于油水相对渗透率通式,推导出油水相对渗透率比值与含水饱和度之间的通用关系式,通过ln(1+x)级数展开,得到能够实现油水相对渗透率比值全程拟合且便于工程应用的三项式公式,克服了以往直线公式只能拟合中间段的问题;依据含水率定义及平面径向流公式,建立了油水相对渗透率比值与含水率的关系式;通过油水相对渗透率比值,建立了含水饱和度与含水率之间的三次多项式函数关系式,当已知区块、单井或单层的含水率时,应用该关系式即可求出不同开发阶段的含水饱和度,进而得到含油饱和度。研究方法可为加密井位部署、精细注水等调整措施的制定提供依据。
尼龙66(PA66)作为一种重要的工程塑料,具有优异的力学性能、耐磨性和耐热性,在汽车、电子、机械及航空航天等领域应用广泛。然而,其固有的吸湿性高、低温韧性差、加工流动性不足以及阻燃性限制了在某些高性能场景中的应用。近年来,PA66的改性研究取得了显著进展,主要通过物理共混、化学接枝、共聚改性等多种手段调控其微观结构与宏观性能,从而制备出具有高强度、高韧性、低吸水率、优良的阻燃性或导热功能化的复合材料。介绍了近年来各种高性能的PA66复合材料的研究进展,分析了各类改性策略对材料结构与性能的影响;各种高性能的PA66复合材料的制备,扩展了PA66的应用范围,有利于其在新能源、汽车等高性能、功能化产业中的应用。
随着全球能源需求增长和环境问题日益严峻,开发高效、可持续的绿色能源技术成为研究重点。电池因其高能量密度和零碳排放特性备受关注,但其阴极缓慢的氧还原反应(ORR)及贵金属催化剂的高成本、低稳定性限制了其大规模应用。采用氨基功能化MXene作为载体负载酞菁铁(FePc),成功制备了NH2-MXene/FePc复合催化剂,系统研究了3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)添加量对催化剂结构及ORR性能的影响规律。结果表明,NH2-MXene/FePc-100催化剂展现出卓越的ORR活性,半波电位高达0.92 V,Tafel斜率为65.94 mV/dec,ORR过程中4电子步骤占主导;该催化剂在5 000次加速老化测试后,性能衰减仅约20 mV,表现出优异的稳定性;该催化剂组装的锌-空气电池展现出优异的性能,峰值功率密度达182.3 mW/cm2,比容量为774.7 mA·h/g,显著优于商业Pt/C催化剂。