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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
甜菜碱表面活性剂因具有独特的两亲性结构、较高的表面活性、较低的临界胶束浓度以及良好的乳化性能等特点,被作为油田三次采油驱油剂而得到广泛的应用,且其提高采收率效果较好。为探究烷基链碳数(n)对甜菜碱表面活性剂化学驱性能的影响,选取烷基链碳数分别为12、14、16、18、20的5种甜菜碱溶液,对其进行了界面张力与乳化性能的测试;利用MS软件、分子动力学模拟结果,分析了其径向分布、密度分布、均方位移、结合能等参数,并进行了室内模拟驱油实验。结果表明,随着烷基链碳数的增加,表面活性剂的驱油性能先增强后减弱,甜菜碱中C16HBC表面活性剂的化学驱性能最佳;通过分子模拟研究确定了不同烷基链碳数甜菜碱溶液对其能量、径向分布、密度分布、均方位移、结合能等参数的影响;C16HBC表面活性剂能较大幅度地提高原油采收率,采收率提高幅度达20.7%。
研究化工燃气管道的破裂对环境的危害,对设计防爆措施和制定应急方案具有重要意义。以典型架空燃气管道为研究对象,分析了燃气泄漏扩散、喷射火、蒸气云闪火及爆炸事故发展的全过程对环境的危害。结果表明,在设计防爆措施和制定应急方案时,应按照低风速下爆炸风险区域计算;燃气泄漏主要影响化工园区B区,办公楼A、B、C,街面商铺A;发生喷射火事故时下风向8.7~76.1 m为高危险区,影响区域为化工园区B区,办公楼B,街面商铺A;蒸气云闪火影响区域为化工园区B区,化工园区A区,办公楼A、B、C、D,街面商铺A,居民小区A,主要路面及科技园区边缘,因此在火灾前期应提前对该区域进行人员疏散;燃气爆炸破坏区域为下风向—47.1~67.2 m,主要影响化工园区B区,化工园区A区,办公楼B,街面商铺A,居民小区A。
羧基丁腈硬胶废水中含有未完全参与反应的原材料、副产品及一些辅助材料,具有化学需氧量(COD)和拉开粉(BX)质量浓度高、黏性和毒性大等特点,导致水处理工艺运行不畅。采用以“气浮、膜分离和臭氧氧化”为核心的全物化预处理工艺,针对性地降低了羧基丁腈硬胶废水中COD和BX的质量浓度,以提高废水的可生化性。此预处理工艺在运行过程中出现了橡胶结块堵塞、过滤装置堵塞等问题,整体运行效果不佳。对预处理工艺进行改进,将进水流量加大至105 m3/h,增加了化学反洗时间及反洗频率,调整臭氧质量浓度为35 mg/L,将臭氧催化剂层填充高度降至650 mm。结果表明,当出水COD稳定在1 100 mg/L左右、BX质量浓度稳定在40 mg/L左右、BOD/COD约为0.30时(BOD为生化需氧量),可满足后续工艺的进水条件,保证系统稳定运行。
沥青质是原油和渣油中缔合性最强的组分,沥青质容易通过电荷转移、氢键、偶极相互作用等聚集。当外界条件或成分改变时,沥青质可能会聚集和聚沉,造成设备堵塞和损坏,因此给石油产业带来了挑战。沥青质分散剂可以有效地抑制沥青质的聚沉。从沥青质的结构、分散剂的种类和分散机理等方面综述了沥青质分散剂的研究进展,并且对沥青质分散剂的发展趋势进行了分析。
近年来,玛湖油田多口油井在生产过程中均出现管壁结垢现象,导致井筒堵塞,严重影响了生产效果。研究了玛湖油田垢物的结构与组成;采用OLI?ScaleChem模拟方法,研究流体与岩石基质的作用,探究了垢物的形成机理。结果表明,油井的垢物主要为CaCO3,且井深越大,其结垢量越大;井筒的温度、压力以及流体的pH对结垢均有一定的影响;CaCO3垢物是酸性入井流体条件下高矿化度流体与富钙岩石矿物的反应产物,其在聚合物作用下成球,进而堵塞孔缝和井筒。研究结果对油田后续结垢预防措施和处理措施的提出具有重要的指导意义。
环己基苯(CHB)是一种重要的化学中间体,具有特殊的物理化学性能,可用作锂离子电池的电解质添加剂,少量添加即可防止过度充电并确保电池的循环性能和寿命;CHB在用于过氧化反应合成苯酚中时可生成另一种重要的有机化工产品——环己酮。介绍了3种合成CHB方法中使用的催化剂,这3种方法包括苯与烷基化试剂的傅克烷基化反应、联苯选择性加氢反应以及苯加氢烷基化反应;指出了开发兼具高酸量和高介孔体积的沸石分子筛催化剂是苯加氢烷基化制备CHB的关键。
利用N-十二烷基琥珀酸酐、L-亮氨酸和聚醚醇为原料合成了两种非离子型表面活性剂,并通过核磁共振氢谱验证了分子结构;通过表面张力仪分别测试了两种非离子型表面活性剂在不同浓度下的表面张力,并根据γ-lgc曲线确定了临界胶束浓度;通过析水率研究了表面活性剂的乳化性能;使用分子动力学模拟技术,研究了表面活性剂在油水界面处的聚集形态以及与油和水之间的作用。结果表明,与表面活性剂1相比,表面活性剂2含更多的非离子亲水组分,因此降低表面张力效果更好;表面活性剂1及表面活性剂2的临界表面张力(γCMC)分别为25.54、24.46 mN/m;在低浓度下,两种非离子型表面活性剂均具有较高的析水率,乳化效果不佳,但在高浓度下乳化效果较好,采用两种非离子型表面活性剂制备的乳液均具有一定的稳定性;表面活性剂分子的静电势分布影响了其亲水和亲油的性质。
通过物理模拟和数值模拟两种方法,对不同条件下的注采井关调实验进行了研究;在岩心尺度上,根据相似准则建立了油藏物理模型。结果表明,物理模型的渗透率越高,模型压力越低,关调后平均压力降幅越小;原油黏度越大,模型压力越高,关调后平均压力降幅越明显;随着流量降幅增加,压力调控降幅明显增大。数值模拟结果表明,由于断层的阻隔,断层两侧没有形成连通,造成两侧能量补充不同,随着开采的进行,压力差由初期的0.35 MPa降低到0.15 MPa左右;当调整井断层两侧均为一注两采时,随着开发时间的延长,断层两侧压力存在差异,但生产后期又趋于一致;当调整井断层两侧分别为一注两采和一注四采时,随着开发时间的延长,断层两侧压力系统差异增大。该研究对“双高”油田调整井的钻井具有重要的借鉴意义。
水体中的硝氮质量浓度不断升高,对水生态系统和人类健康存在潜在威胁。因此,解决水体中过量硝氮的问题刻不容缓。以Fe(NO3)3·9H2O、Co(NO3)2·6H2O、芦苇生物炭、NH3·H2O为原料,采用共沉淀法将钴铁层状双金属负载到芦苇生物炭上,制备了可用于吸附水体中过量硝氮的Co/Fe-LDH@BC。结果表明,Co/Fe-LDH@BC可有效吸附水体中的硝氮,其吸附量为88.52 mg/g;吸附动力学模型符合伪二级动力学模型,等温线符合Langmuir等温线模型,说明吸附反应为自发的、吸热的,主要涉及离子交换、配体交换、静电吸引、氢键四种反应机理;Co/Fe-LDH@BC在大多数共存阴离子的水体中对硝氮具有很强的亲和力,具有实际应用价值。
芳香性是芳香族化合物的重要化学性质之一,明确环状共轭体系的芳香性对了解体系的化学反应性能和稳定性至关重要。通过量子化学计算和波函数分析对凯库勒烯(Kekulene)的芳香性、单光子吸收(OPA)和双光子吸收(TPA)光谱及电子转移特性进行了详细的研究;通过多中心键级和AV1245指数对分子中不同苯环的芳香性进行了定量分析;通过电子定域化函数(ELF)、定域化轨道定位函数(LOL)、磁感生电流和等化学屏蔽表面(ICSS)等多种方法,对Kekulene的芳香性进行了研究;通过电荷差分密度(CDD)对OPA和TPA跃迁过程的电子转移进行了可视化分析。结果表明,1、2环的芳香性明显强于3、4环;ELF和LOL的 π 电子可以在1环两侧高度离域并形成回路;OPA光谱具有较高跃迁偶极矩的激发态,更易成为TPA过程中的中间态。研究结果可为不同体系的芳香性提供有效的理论方法和应用途径。
蒽醌类染料是染料行业用量仅次于偶氮染料的第二大类染料,通过蒽醌硝化反应制备的硝基蒽醌是合成各类蒽醌类染料的重要原料之一。采用热质传递性能优异的微反应器,研究了蒽醌连续硝化反应过程中反应温度、蒽醌体积流量、n(HNO3)/n(蒽醌)、蒽醌浓度、停留时间及硫酸质量分数等关键工艺参数对蒽醌硝化反应的影响。结果表明,在蒽醌硝化反应过程中,一硝化和二硝化反应竞争显著;调节过程工艺参数,在促进蒽醌转化率的同时,会显著影响一硝化和二硝化产物的比例。充分利用微反应器的优势精确调控过程参数,是提高单一硝化产物选择性的有效措施。
塑料是一种合成或天然的高分子聚合物,因其良好的耐用性和可塑性,已在工业领域和日常生活中得到广泛应用。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是常用的一种塑料,在多个领域都有广泛应用,但是,未经过人工处理的PET在自然情况下很难被降解,给生态系统带来严重负担,因此PET塑料的降解与再生问题已经成为全球性的热点问题,也衍生了许多降解的方法,如光降解法、热降解法、生物降解法等。其中,生物降解法因绿色环保而被认为是一种理想的降解方法。生物降解法中酶降解方法是一种十分环保且较高效的降解方法,而PET降解酶的设计改造成为PET降解的重点问题。综述了现阶段降解塑料的主要方法、生物降解法降解PET的常用酶以及PET降解酶的改造方法,以期为PET的快速降解与再生提供理论依据。
针对CO2在水合物生成过程中生成速度慢、储存能力低、生成条件苛刻等问题,以双金属Cu、Al负载氧化石墨烯(GO)为添加剂,进行了CO2水合物生成的动力学特性研究。对制备的GO?Cu?Al进行TEM、EDS、XPS表征及稳定性分析;在274.15 K、3.0 MPa的条件下,对GO?Cu?Al体系进行CO2水合物生成动力学实验,分析了GO?Cu?Al的质量分数对CO2水合物生成的诱导时间、反应时间、气体消耗量和储气量的影响,并针对单金属负载体系与双金属负载体系对CO2水合物生成的影响进行了对比分析。结果表明,双金属Cu、Al可均匀地负载至GO上,且稳定性良好;在274.15 K、3.0 MPa的条件下,当GO?Cu?Al的质量分数为50 μ g / g 时,CO2水合物生成的诱导时间为85 min,反应时间为170 min,气体消耗量为0.216 mol,储气量为123.81 cm3/cm3。与纯水体系相比,其诱导时间、反应时间约为纯水体系的 1 / 4 、 1 / 7 ,气体消耗量和储气量也均有提升;与单金属负载体系相比,其诱导时间为单金属体系的 1 / 2 ,反应时间为单金属体系的 1 / 5 ,储气量提升明显。
随着电动革命的兴起及“双碳”目标的确立,石油焦在锂电负极材料及高等级预焙阳极等高附加值应用领域获得长足发展,但是新兴石油焦高附加值的应用对石油焦中硫质量分数有严苛的要求。石油焦中硫质量分数过高,会对石油焦的高价值应用产生负面影响。对主要的石油焦脱硫技术,包括溶剂萃取脱硫法、高温煅烧脱硫法、氧化脱硫法、碱金属化合物脱硫法、加氢脱硫法、微生物脱硫法及过程强化辅助脱硫法等的研究现状进行了归纳与总结。研究发现,过程强化辅助脱硫法的脱硫率可以达到93.6%,可将石油焦中硫质量分数由7.57%降至0.48%。石油焦脱硫技术应遵循最大程度保持脱硫后石油焦本体结构不被破坏的原则,因此氧化脱硫法耦合过程强化辅助脱硫法是具有工业应用前景的石油焦脱硫技术。
石蜡主要由正构烷烃组成,还有少量的异构烷烃、环烷烃和芳香烃以及微量S、N、O的化合物。这些化合物以及芳烃、烯烃类物质中不稳定的组分, 在紫外线和热的作用下, 容易被氧化,导致石蜡的颜色变深, 光安定性变差。为探究导致石蜡产品光安定性变差的原因,并提高石蜡产品的光安定性,分析了某石化公司62#石蜡的组成与性质,并运用控制变量的方法探究了提高石蜡产品光安定性的技术,以及光稳定剂和紫外光吸收剂类型、单剂用量、复配剂组成与添加量对石蜡产品光安定性及其他性能的影响。结果表明,当复配剂中紫外光吸收剂添加量为300 μg/g、受阻胺类光稳定剂添加量为300 μg/g,抗氧剂添加量为300 μg/g时,石蜡产品的赛波特色号为24,其光稳定性最好。
利用人工模拟柴油污染土壤,研究了功能菌群对柴油污染土壤的降解修复能力,以及菌群多样性和菌群结构组成变化。菌群对土壤中柴油的降解实验结果表明,降解30 d后,菌群对土壤中柴油污染的最终降解率达到74.3 %;在降解时间小于30 d时,土壤中菌群的呼吸强度逐渐增大;当土壤深度改变时,菌群的降解能力随深度的增加而逐渐减弱。高通量测序结果表明,降解30 d后,土壤中微生物多样性和丰富度较降解初始都有所增加,说明菌群可以良好地适应柴油污染环境;降解初始柴油降解菌群主要由变形菌门(Proteobacteria)、硬壁菌门(Frmicutes)以及少量拟杆菌门(Bcteroidetes)组成,菌群经30 d培养后,表层土壤中的主要优势菌群为Proteobacteria,深层土壤中的主要优势菌群为Firmicutes。研究菌群对柴油污染土壤的修复及菌群多样性和菌群结构组成变化,可为修复柴油污染土壤提供技术支持。
对传统含油污泥含油率测定方法进行改进,将图片比色法与热溶剂抽提的前处理方法相结合,建立了抽提萃取?智能手机图片比色法,并考察了RGB颜色通道、曝光时间、感光度、白平衡值等参数对含油率测定结果的影响。以碘钨灯为光源,使用三星A8s手机前置摄像头拍摄,确定了最佳测试条件:曝光时间为1/2 000 s,感光度为100,白平衡值为2 800 K。在最佳测试条件下该方法的线性相关系数大于0.99,线性范围与分光光度法相近,检出限为0.06%,测定下限为0.24%。8组平行标准样品测试的加标回收率为96%~103%,相对标准偏差为2.26%,说明该方法准确度相对较高。该方法比传统含油污泥含油率测定方法更加简单快速,准确度满足常规含油率测定需求,有望实现工厂大规模含油污泥含油率的现场快速测定。
外源催化剂进入油藏后可能与原位无机矿物形成复合物,并发生协同催化水热裂解反应。制备了蒙脱土负载的柠檬酸锌复合物模拟内外源协同催化剂,考察了其对稠油的催化降黏性能,并对反应前后的稠油进行了热重(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)、气相色谱(GC)和元素分析(EA)。结果表明,复合催化剂B@Zn(Ⅱ)L使稠油的降黏率(30 ℃)从55.2%升高到65.4%,说明稠油热采中存在内外源协同催化的现象;复合催化剂B@Zn(Ⅱ)L与供氢剂乙醇协同作用后,稠油的降黏率从65.4%升高到80.1%;协同作用后,稠油中的部分高烃类化合物裂解为低烃类化合物,部分重质组分分解为轻质组分。因此,稠油析蜡点降低,N、S质量分数下降,高碳烃类化合物相对含量降低,低碳烃相对含量增加。
建立了表征原油乳状液稳定性的上下层电导率差异法。根据原油乳状液上下层电导率的变化,结合光学显微镜观察,研究了利用原油乳状液上下层电导率差异值来表征原油乳状液稳定性的条件和方法。研究发现,当原油乳状液破乳分相时,上下层原油乳状液的组成、形态以及电导率出现差异,因而可利用上下层的电导率差异值作为原油乳状液稳定性的表征参数。通过测定不同电学频率(0.1、1.0、10.0、100.0 kHz)下的原油乳状液上下层电导率及其差异值,发现高电学频率时上下层原油乳状液电导率及差异值均大于低电学频率下的数值,且灵敏度更高;当上下层电导率差异值大于15%时,原油乳状液表现为不稳定。结果表明,该方法也同样适用于含阴离子型表面活性剂的原油乳状液。
海上油田聚合物驱配液过程产生的微纳米气泡氧化降解会造成聚丙烯酰胺(HPAM)黏度损失。分析了不同充气条件下HPAM溶液黏度保留率的变化规律,并结合动态激光散射、生物显微镜、红外光谱等技术研究了驱配液过程中微纳米气泡对HPAM溶液结构的影响。结果表明,以空气为气源,用微纳米气泡发生器循环20 min后的模拟矿化水配制的HPAM溶液黏度保留率下降幅度最大,黏均相对分子质量也最低。这是由于氧气与溶液中的HPAM分子发生化学反应,出现了氧化降解现象,含有空气的微纳米气泡增大了溶液中氧气的溶解度并产生了羟基自由基(·OH),导致黏度保留率降低;不充气时,由于机械剪切作用HPAM溶液在配制过程中也会产生微纳米气泡,但溶液质量浓度过大,不利于微纳米气泡的分散,从而减缓了黏度保留率的降低幅度;微纳米气泡在溶液中的稳定时间比大气泡更长,且会影响聚合物的粒径分布,使其平均粒径增大,粒径分布不均匀。
在MOFs材料储存氢气过程中,由于材料本身热导率低,导致热量聚集,影响氢气储存性能。为了提高吸附材料的导热性能,且兼顾其储氢能力,利用数值模拟的方法,分析了吸附材料热导率的最佳调控范围。结果表明,当吸附材料热导率为0~1.2 W/(m·K)时,储氢罐的最高温度、平均温度和吸氢量随着热导率的提高得到明显的改善;当吸附材料热导率大于1.2 W/(m·K)时,改善效果明显减弱;当吸附材料热导率大于2.0 W/(m·K)时,改善效果几乎消失。因此,吸附材料的最佳热导率应当控制在1.2 W/(m·K)左右。
天然气水合物储量巨大,是未来替代煤和石油等传统化石能源的新型清洁能源之一。天然气水合物生成、抑制与分解受多种因素的影响,在研究化学抑制剂对水合物分解抑制与加速效果时需要考虑多重因素的影响,如纯水或海水、反应釜内不同气液比、压力等。利用自行研制的可视化水合物生成、抑制和分解模拟装置进行了水合物相关模拟实验研究。在气液体积比为150 ∶ 350时,采用实验室自配的动力学抑制剂KHI3和不同质量分数的NaCl进行复配分析,选出最佳复配方案。结果表明,在3%NaCl+1%KHI3(质量分数)复配方案下,水合物不易生成;KHI3质量分数为2%时,水合物成核速率反而增快,对水合物生成起到促进作用。在实际应用中,应该严格控制抑制剂质量分数,避免出现水合物大量生成而导致的管道堵塞。
加氢裂化是炼油与石化行业的关键技术,借助反应动力学建模来深入理解加氢裂化反应机理具有重要的理论和现实意义。对重油馏分加氢动力学模型的研究进展进行了综述,系统介绍了建模方式对应模型参数的计算方法和对产物的预测方法;论述了反应动力学建模从初期简单地从宏观角度按照馏程划分的离散集总模型、根据生产方案划分的连续集总模型,发展到在复杂微观的分子水平上建立集总模型的过程;从预测产品成分的能力、参数估计的难度、速率系数和进料依赖性以及所需实验数据等方面,对不同模型的优缺点进行了比较;突出说明了集总模型的工业实用性和分子集总中分子层次反应网络构建及求解方法。根据建模难易程度、计算机运算能力及分析技术发展趋势,对集总动力学模型的发展前景进行了展望。
通过溶剂萃取法分离回收废加氢催化剂碱浸渣的硫酸浸出液中铝和镍,分析并比较了萃取剂P204(二(2?乙基己基)磷酸酯)和P507(2?乙基己基磷酸单2?乙基己基酯)的萃取分离效果,同时考察了P204萃取体系中原料液初始pH、P204体积分数、P204皂化率、V(有机相)/V(水相)等因素对铝、镍萃取率的影响。结果表明,与P507相比,P204可更好地分离铝和镍;在萃取剂P204体积分数为35%、P204皂化率为30%、原料液初始pH为2.75、V(有机相)/V(水相)=3∶1的条件下,铝的萃取率达到96.45%,而镍的萃取率仅为2.77%;经过二级逆流萃取流程,铝的萃取率可达到99.50%以上,而镍的萃取率低于3.60%。采用盐酸溶液对负载有机相进行反萃,在盐酸浓度为6 mol/L、反萃温度为60 ℃、V(有机相)/V(水相)=2∶1的条件下反萃20 min,有机相中铝的反萃率为98.04%,可有效地实现废加氢催化剂中铝、镍的分离。
研究了水力停留时间(HRT)对组合式填料序批式生物膜反应器(SBBR)处理模拟生活废水性能的影响。考察了不同HRT(16、12、8 h)的条件下SBBR的脱氮性能、脱氮速率和胞外聚合物(EPS)质量分数的变化。结果表明,HRT对COD去除率没有显著影响;缩短HRT抑制生物膜上微生物的活性,使紧密胞外聚合物(TB?EPS)和疏松胞外聚合物(LB?EPS)质量分数增加30.25%、29.88%,脱氮速率降低至64.1%;实验得出的最佳HRT为12 h。
二类B油层目前已经成为大庆油田的主要开采对象,其地质储量占二类油层的45.8%。针对二类B油层开采差异较大的现象,建立了黏弹性聚合物?原油两相数学模型,并采用对数构象法进行变换;利用VOF法追踪聚驱过程中的两相界面,得到了黏弹性聚合物?原油两相流的数值模型;通过二类油层微观模型研究孔隙结构和聚合物黏弹性对微观驱油效率的影响。结果表明,储层非均质性越强,微观驱油效率越低,孔隙参数较好的二类A油层的驱油效率高于二类B油层2.10%;随着黏度的增加,微观驱油效率增大,黏度比(聚合物与原油的黏度比)为1.5 ∶ 1、2.0 ∶ 1和10.0 ∶ 1的方案驱油效率比黏度比为1.0 ∶ 1的方案高0.59%、0.80%和4.10%;随着弹性的增加,微观驱油效率增大,但当松弛时间大于13 s后,微观驱油效率略有降低,说明聚合物的弹性对驱油效率的贡献存在最优值。研究结果为大庆油田二类B油层聚驱开发提供了重要的理论支撑。
近年来,全球压敏胶市场需求呈现稳定增长趋势,2021年市场需求已经达到了350万t左右,预计到2025年全球压敏胶市场规模将达到100亿美元。随着压敏胶技术水平的进步和应用需求的增加,功能改性压敏胶成为该领域发展的一大趋势。丙烯酸酯压敏胶是目前应用最为广泛的压敏胶,通过改性其性能有所提高,但存在改性过程中污染环境、资源利用率低等缺点。橡胶具有成本低、力学性能好、耐高低温、环保等优势,因此橡胶改性丙烯酸酯压敏胶成为该领域发展的趋势。总结了橡胶改性丙烯酸酯压敏胶的发展过程,并对橡胶的种类、改性后产品的优缺点等进行了介绍和对比。
从聚甲氧基二甲醚使用性能的角度,对其材料相容性、贮存安定性、与柴油的互溶性等进行了系统研究。结果表明,聚甲氧基二甲醚与常见的铜、黄铜、钢、铸铁、铸铝和焊料等金属材料的相容性总体良好,体积分数为10%的聚甲氧基二甲醚调合柴油与聚酯型聚氨酯橡胶和氟橡胶的相容性相对较好,与丁腈橡胶和聚醚型聚氨酯橡胶的相容性相对较差;在16周的43 ℃贮存安定性实验中,聚甲氧基二甲醚表现出良好的贮存安定性;将聚甲氧基二甲醚按照体积分数为10%的比例与车用柴油掺混后,二者具有良好的互溶稳定性。总体来说,聚甲氧基二甲醚作为柴油调合组分表现出良好的使用性能。
采用橡胶加工分析仪(RPA)研究了不同质量分数的环氧大豆油、抗氧剂对溴化丁基橡胶(BIIR)热氧老化过程中流变性能的影响规律,并探讨了BIIR降解与凝胶产生的原因。结果表明,流变性能变化趋势与GPC数据一致,证明BIIR的热氧老化过程是一个分子交联与降解并存的过程;环氧大豆油、抗氧剂对BIIR老化过程中凝胶的生成与分子链的降解均有明显的延缓作用;不同的抗氧剂对其产生的效果具有明显差异,抗氧剂1076对BIIR氧化降解的抑制作用强于抗氧剂264。
以渤海Q油田为例,针对渤海河流相油藏改善提液措施效果,统计Q油田近5年油井的提液措施效果。从静态、动态两方面分析油井提液的敏感性,总结油井提液措施效果在动态参数及静态参数上的变化规律,分析切实有效的提液时机与提液规模。结合油井措施效果,建立渤海河流相水驱油藏油井提液挖潜分类表。研究结果表明,渤海河流相油藏处于Ⅰ类提液阶段(2.0万mD ? m<地层系数≤4.0万mD ? m、0<流动系数≤300 mD ? m/(mPa ? s)、2.5万m3<提液前累计产油量≤5.0万m3、0<提液前累计产液量≤30万m3、65%≤提液前含水率<80%)的油井,提液后日增油量大于30.0 m3;处于Ⅱ类提液阶段的油井,提液后日增油量在15.0~30.0 m3;处于Ⅲ类提液阶段的油井,提液后日增油量小于15.0 m3。该提液高效挖潜时机表在渤海Q油田南区得到了验证,具有很好的实际应用参考价值,可为海上河流相水驱油藏高效开发提供依据。
在293.15 K、101.30 kPa的条件下,测定了氢气在石墨烯、单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的储氢密度,对比了同等条件下采用不同力场计算得到的数据,筛选了3种碳材料的最佳计算力场。在此基础上,进一步计算了3种碳材料在0~1 000.00 kPa、77.00~573.15 K条件下的储氢密度。结果表明,Dreiding力场是计算石墨烯吸附储氢密度的最佳力场,Universal力场是计算碳纳米管吸附储氢密度的最佳力场;在给定条件下,3种材料吸附储氢能力强弱排序为石墨烯>单壁碳纳米管>多壁碳纳米管,储氢能力与材料的比表面积及其与氢气的弱结合力紧密相关。该研究结果可为分子模拟碳材料吸附储氢和储氢材料设计提供数据和理论支撑。
在国家“双碳”战略背景下,利用CO2提高油田采收率是封存CO2的重要手段,但液态CO2的安全储存、输送仍存在挑战,其中杂质气体对液态CO2热力学物性的影响非常大。对现场取样的CO2进行分析,确定了常见的7种杂质气体,并利用HYSYS、分子动力学模拟方法对含杂质CO2的物性变化进行模拟计算,绘制物性版图并将其与纯CO2的物性进行比较。研究表明,7种杂质均能使CO2相图的气液共存两相区范围扩大,但不同杂质使气液共存两相区范围的扩大幅度不同;杂质主要通过泡点线的变化扩大气液共存两相区,而对露点线的变化影响不大;在含C2H6、C3H8、C2H4杂质的CO2混合气体中静电势能占据主导作用,因此相比于含H2、CO、CH4、羰基硫(OCS)的混合气体,其宏观物性受温度、压力波动的影响较小。
为了研究摇摆工况、天然气中所含的H2O和N2对海上天然气吸附净化脱CO2的影响,开展了静止和摇摆工况下多组分混合气体在干燥和含H2O的13X分子筛上的动态穿透实验。采用质谱仪对CH4、CO2和N2按比例进行配气,获得了CH4/CO2和CH4/ CO2/ N2两种多组分混合气体;在静止和摇摆工况下,通过动态穿透实验测定了不同时间下混合气体中每种气体在干燥和含H2O的13X分子筛出口处的分压,得到了穿透曲线以及穿透时间;通过穿透曲线分析了静止和摇摆工况下干燥和含H2O的13X分子筛对两种混合气体中CO2的吸附净化效果,进而得到了摇摆工况下H2O以及N2对海上天然气吸附净化脱CO2的影响。实验结果表明,无论在静止还是摇摆工况下,13X分子筛对CO2的吸附能力最强,对N2的吸附能力最弱;N2的存在有利于海上天然气吸附净化脱CO2,而H2O和摇摆不利于CO2的脱除。
以Br?nsted酸(羧酸)和Lews酸(三氯化铁)为原料,通过搅拌方法使之形成低共熔溶剂,并采用红外光谱分析仪对低共熔溶剂进行分析。结果表明,Br?nsted酸与Lews酸通过氢键作用形成低共熔溶剂。以低共熔溶剂为萃取剂进行萃取脱硫研究,得出最佳脱硫条件:Br?nsted酸与Lews的物质的量比为1∶0.5,脱硫温度为30 ℃,剂油体积比为1∶5;在最佳脱硫条件下,低共熔溶剂对模拟油、汽油和柴油有较好的脱硫效果。
采用pH恒定共沉淀法合成了双金属氢氧化物Mg?Al?LDH,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)及BET等手段对其微观形貌、结构和组成进行表征。结果表明,成功制备出具有层状结构且有序程度较高的LDHs,其孔径属于介孔范畴。采用甲苯?正庚烷法将塔河沥青质(TA)分离成重组分(A1)和轻组分(A2),并对其进行元素分析,得知A1的极性最大,其次依次为TA和A2。进一步考察了Mg?Al?LDH对塔河沥青质及其亚组分A1、A2的吸附性能,研究发现Mg?Al?LDH对TA及其亚组分A1、A2的吸附可在2~3 h达到平衡,实验数据与准二级动力学拟合较好,所得吸附等温线符合Langmuir模型,Mg?Al?LDH对TA及其亚组分A1、A2的吸附量分别为71.38、140.65、39.31 mg/g。
建立化学清洗?热蒸汽气浮联合工艺处理含油污泥,并对联合工艺条件进行详细考察;以自主合成的WP?1为主要清洗剂,以处理后的含油污泥固相含油率评估WP?1的清洗效果。结果表明,联合工艺最佳条件为泥水质量比1 ∶ 3,清洗温度80 ℃,搅拌速率200 r/min,清洗时间1.5 h,保温静置时间15.0 min,热蒸汽气浮时间1.0 h。热蒸汽气浮解决了清洗过程中密度较大的含油颗粒悬浮、沉底问题。在最佳条件处理后的含油污泥固相含油率降低到1.2%,达到了 SY/T 7301-2016中规定的含油污泥处理标准;WP?1与0.1 g硅酸钠配伍使用时除油率高达92.08%,性价比高,有很好的应用价值。
为探究高铁酸钾对萘的氧化降解效果,通过单因素实验确定影响萘降解率的主要因素,利用响应面分析法对萘的降解条件进行优化。结果表明,高铁酸钾对质量浓度为5.0 mg/L萘的最佳降解条件:温度为25 ℃,pH为7.0,高铁酸钾质量浓度为0.60 g/L,反应时间为30 min;在最佳氧化降解条件下,萘的降解率为75.60%。单因素实验结果表明,pH(A)、萘初始质量浓度(B)和高铁酸钾质量浓度(C)是影响萘降解率的主要因素,影响程度从大到小的顺序为C>B>A。多因素实验结果表明,相互因素的影响程度从大到小的顺序为AC>AB>BC。模型预测高铁酸钾对萘的最佳降解条件:温度为25 ℃,萘初始质量浓度为2.79 mg/L,pH为6.8,高铁酸钾质量浓度为0.90 g/L,反应时间为30 min;在最佳降解条件下,萘降解率最高为91.82%。
以含油污泥为研究对象,粉煤灰、黏土、实验室自制液态黏结剂为复合黏结剂进行固化实验,探究不同黏结剂组分掺入量(以质量分数计)对固化块强度的影响,并确定最佳固化剂掺入量。结果表明,在粉煤灰掺入量30%、黏土掺入量10%、液态黏结剂掺入量5%的固化块强度达到最佳;在最佳工艺条件下,固化块的冷强度为2.19 MPa,热强度为2.21 MPa,具有足够的冷强度和热稳定性。利用傅里叶红外光谱(FT?IR)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等技术手段研究固化块的成型机理,并根据表征结果提出固化块成型机理。
在海上油田砾石充填作业中,由于设计、井眼不规则、地层等原因导致充填不完全或充填失败,严重影响油井产量。设计研发了一种新型多流道旁通筛管,在常规充填结束后,旁通通道继续对亏空段进行充填。通过自研的大型全尺寸水平井度砾石充填实验模拟系统,对所设计的多流道旁通筛管进行了性能评价。结果表明,在无砂桥旁通管砾石充填实验中,旁通段充填效率为100.0%,连接输送玻璃管时出口处返液流量与输送玻璃管返液流量比为0.68 ∶ 1,相比清水实验,旁通通道内的液体流量大幅提高;与有砂桥旁通管砾石充填实验相比,常规筛管充填效率提高62.5%,出口处返液流量与输送玻璃管返液流量比为1.60 ∶ 1。实验证明,新型筛管的旁通性能和输送性能良好,砾石充填效率高。