前沿讲座报告

CHINAUNIVERSITYOFPETROLEUM化学工程与技术学科前沿讲座报告所在院系：理学院姓名：张文博学号：2015216102联系电话：[phone]化学工程与技术学科前沿讲座报告1.胡玉峰：离子液体的研究与应用进展离子液体以其特有的性质广受学术界和工业界关注,业已发展成为国际科技的前沿和热点,在诸多领域展示了广阔的应用潜力和前景。离子液体(ionicliquids)就是在室温或稍高于室温的温度下呈液态的离子体系,是由离子所组成的液体.在组成上,它与我们概念中的盐相近,而其熔点通常又低于室温,所以,也有人把离子液体叫做室温熔融盐。与熔盐相比,离子液体的熔点低100℃;与固态物质相比较,它是液态;与传统的液态物质相比较,它是离子型。离子液体的品种很多,大体可分为3大类:AlCl3型离子液体、非AlCl3型离子液体及其他特殊离子液体。随着离子液体中阳离子和阴离子的变化,离子液体的物理和化学特性会在很大范围内相应改变。因此,可以根据需要控制阴阳离子的组成和结构,设计合成出不同特性的离子液体。目前,国内外关于离子液体的研究已经成为绿色化学与清洁生产工艺领域的重点与热点。离子液体成为一类被普遍认为具有广泛应用前景的、可以取代传统环境不友好有机溶剂的环境友好溶剂。而开展相关的研究,必须使用样品。目前,在国际上只有极少数公司有试剂级别的离子液体出售,其样品价格不仅非常昂贵,并且其产品来源于国外实验室定制样本,因此在供应与产品质量上均得不到保证。国内目前没有供合成与纯化的工艺流程及相关产品出售。因此,几乎绝大多数实验室均采用自己合成的方法,这样不仅费时、费力、需要大量的重复劳动,而且阻碍了对研究的深入与开展。因此,开发关于供合成与纯化的柔性生产工艺流程,试产作为试剂的高纯产品,不仅具有很好的市场前景与经济效益,而且具有较好的社会效益。在工业生产中,标准化是推动技术进步、产业升级、提高产品质量,促进经济结构战略性调整的重要技术基础。由于离子液体化合物是近年来发展起来的一类新型化合物。目前,国际上未见关于离子液体的商品化、产业化详细报道,更未见关于离子液体的技术标准的报道。因此,将离子液体化合物产品化及生产过程标准化将是一件非常具有前瞻性的工作。虽然对于离子液体工艺的研究是当前绿色化学研究的热点与重点,但对于离子液体的许多基础研究尚有待于深人和完善。一方面离子液体的物性,如溶解度、表面张力、电导率等,在不同体系中有一定的变化。另一方面,通过研究表明,离子液体具有毒性,比如一二烷基离子液体的毒性随着烷基链长的增长而增加。由于离子液体的种类繁多,数目巨大,人们对大多数离子液体的毒性及其对生态的影响知之甚微。并且现有的离子液体实验数据远远不能满足其分子设计和工程应用的需要。因此,兼具特殊功能和环境友好性的离子液体的设计及合成是极具挑战性的课题。一旦获得突破,将对离子液体的基础理论研究及规模应用产生重要影响。2.孙国刚：催化裂化烟气脱硫文氏棒塔技术催化裂化再生烟气的特点：○1催化裂化原料油中大部分含硫化合物在反应（每天1次，热锅炉或CO锅炉定期“吹灰”每次1～2h）；○2烟气中颗粒物（催化剂质量分数约占75%）粒径0～5μm的浓度波动大；○3吹灰时质量浓度可达3～4g/m；④烟气温度正常为180～230℃，当催化余热锅炉或CO锅炉出现故障时，温度可达350～500℃；⑤现有催化裂化装置内几乎没有预留烟气脱硫设施的空地；⑥需考虑对上游设备（余热锅炉、烟机发电）的影响；⑦烟气脱硫设施的连续运行周期应中国石油大学（北京）针对催化裂化烟气脱硫问题棒喷淋塔与催化裂化装置主体一致。目前国内外普遍采用烟气湿法洗涤（WFGD）技术，即将烟气与一种吸收剂（钠碱、石灰石、氧化镁及海水等）反应来消除烟气中SOx与颗粒物。气液吸收洗涤塔是湿法烟气脱硫工艺的核心设备，脱硫效率及操作消耗直接决定于塔内吸收液与SO2的混合与传质效率。工艺上有Exxon公司的湿法洗涤技术（WGS），BelcoTechnologies公司的EDV湿法洗涤技术以及UOP公司的THIOPAQ生物技术等。但这些工艺普遍存在一次建设投资高（主要是进口技术费用高）、操作运行费用高的问题。此外烟气洗涤设备采用文丘里管，烟气阻力较高（大于1．8kPa，最高可达4．0kPa），易导致再生器增压及余热锅炉漏风，且存在关键部件磨损严重、水耗过大、废渣量大等问题。中国石油大学（北京）针对催化裂化烟气脱硫中存在引进技术费用高、烟气阻力大及运行成本高等问题，提出了文氏棒喷淋塔和文氏棒液柱塔两种高效低阻的新型烟气洗涤吸收设备，即在气液吸收塔内设置文丘里棒，将文丘里棒与空塔喷“液包气”淋或液柱喷射技术有机结合，使新的文氏棒塔具有喷淋空塔压力降低、填料塔气液分布好、鼓泡塔传热及传质推动力大、脱硫除尘效率高、能耗低等特点，同时由于气液流经文氏棒层所产生的文丘里过流效应，强烈的气液湍动、冲刷增强了气液传质效果，降低了操作液气比，该技术还具有“自清洁”作用，显著降低吸收塔内结垢堵塞风险。该技术在35t/h煤粉炉烟气脱硫装置示范结果表明：脱硫塔操作NOx脱除率在压力降小于1．20kPa，脱硫率在93．05%～98．59%，运行液气比（体积比）维持在2L/m3左右，脱硫过程消耗商品氨液量在0．3t/h以下，氨利用率达到97%以上。装置处理能力及脱硫效果均达到预期目标。而在烟气脱硫这一领域，国外引进的工艺技术成熟但技术费用昂贵，且存在烟气阻力高、对上游设备操作影响大、操作运行费用高等问题。该技术可替代国外引进工艺，也可与脱硝设施耦合，实现对催化裂化烟气除尘、脱硫一体化治理。3.郭绪强：水合物技术研究水合物是气体分子或者小的液体分子和水在一定温度（25℃）和压力下生成的一种外观像雪或松散的冰的一种固体结晶物，又名水化物，可燃冰。生成水合物的气体或易挥发液体的种类有：一般气体、低碳卤代烃、环戊烷，环脂，醚等。水合物的形成需要的条件：必须有水：凝结水、成藏水；必须有分子大小合适的组分的存在；必须有合适的温度和压力。水合物的一般性质：○1水合物是气体分子与水生成的一种类似于冰的晶体物质。但是与冰有一定的差别。○2水在生成冰时的体积膨胀率一般为9%左右，而水在生成水合物时的体积膨胀率为26-32%，所以水合物很软，在实验室内制得的水合物用手一捏就碎。○3如果没有气体分子的存在，水合物是不能存在的，其中的气体分子起到了支撑的作用。○4水合物的相变热与冰的相变热接近，略小。○5水合物的密度在0.8~1.05之间，与形成水合物的气体的种类有关。水合物研究的主要动力是天然气水合物矿藏中所蕴藏的能源。1991年美国对布莱克海域进行了3个月的水合物勘探，初步探明，该海域水合物中的天然气资源可供美国105年的天然气能耗。日本是一个能源紧缺的国家，但又是一个海域非常辽阔的国家，所以日本更加重视水合物的研究，经初步探明其周边海域的天然气资源量可供日本使用100年。据国际天然气潜力委员会的估计，海底天然气水合物中甲烷的资源量为2.1×1016m3,，其中所含的C资源量是世界已知煤、石油、天然气等矿石原料的2倍，另外甲烷中还含有H2，其发热值很高。所以水合物对世界能源工业的吸引力是巨大的。水合物法分离气体混合物是根据混合气体中不同组分生成水合物的难易程度不同而实现分离的，如果让混合气体和水反应，部分转化为水合物，那么易生成水合物的组分将在水合物相富集，就象用溶剂吸收混合气体中的溶质一样，易吸收的组分在液相富集。相反，当水合物部分化解时，不易生成水合物的组分会被优先释放出来。将水合物的部分生成和部分分解过程串联起来，就可以实现混合物的分离。以海水淡化为例：水合物生成时，有一个很大的特点，在晶格中只有水分子和气体分子，所以就可以利用CO2等生成水合物，与盐水分开，目前这一技术已有工业装置，主要的问题是空隙中含有盐，需要反冲洗，成本高。此外郭绪强老师的团队在水合物研究方面已开发出水合物分离含氢混合气技术、水合物分离含氧煤层气和沼气技术、水合物分离焦炉气技术、水合物分离合成气技术、水合物分离合成氨驰放气技术等。综上水合物将是未来的清洁的替代能源之一。4.周广：液化石油气净化与高值利用随着石油化学工业的发展，液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料，已愈来愈受到人们的重视。在化工生产方面，液化石油气是炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品。催化裂解气的主要成份如下（%）：氢气5～6、甲烷10、乙烷3～5、乙烯3、丙烷16～20、丙烯6～11、丁烷42～46、丁烯5～6，含5个碳原子以上烃类5～12。用来生产合成塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、染料等产品。用液化石油气作燃料，由于其热值高、无烟尘、无炭渣，操作使用方便，已广泛地进入人们的生活领域。此外，液化石油气还用于切割金属，用于农产品的烘烤和工业窑炉的焙烧等。○1液化石油气净化由于精细化工产品对石油气的质量要求比普通石油气要高得多。选择优质的气源,可以大大提高净化速度，缩短加工生产周期，在降低生产成本的同时提高经济效益。石油气的后期净化主要针对水、硫化物、泥沙及油品成份,而硫化物的含量和油味的轻重对除臭效果影响很大。因此需要选择良好的气源。又由于液化石油气属于易燃易爆危险品，净化处理设备必需按照其性质和功能选取和操作。原油在提炼过程中尽管经过过滤、脱盐处理，但在提炼石油气过程中，仍会含有少量的泥沙铁屑(锈)。在净化过程中,可先采用沉淀法，分步排除，然后再通过吸附剂(活性炭)吸附，而达到净化作用。如果液化石油气所含水分超过一定量，在一定的温度和压力下，水能与液化气中的C2、C3、C4，生成结晶水化物CnHm,·xH2O水合物，堵塞管路、阀门、仪表和设备，而在化工产品中石油气含水量过多（特别是气相状态下）将会影响产品的质量。由于水在石油气中有两种存在方式：一种是游离水，一种是溶解水，通常针对前一种形式，可采用“沉排法”，就是在缸内最低位的凝水器作排水处理，也是最经济的方式。液化石油气中会含有硫化物，不但具有腐蚀性、有毒性，而且具有特别的异味，这种异味直接影响化工产品的质量，因此除臭味是净化工艺中的一个重要环节,通常可采用铜分子筛进行吸附作用与石油气中的硫化物产生物理化学反应，达到除硫的目的。○2液化石油气利用首先，液化气可以用于有色金属冶炼。有色金属冶炼中要求燃料热质稳定，无燃炉产物，无污染，而液化石油气都具备了这些条件。液化石油气被加热气化后，可以方便地引入冶炼炉燃烧。山东金升有色金属集团公司已将液化石油气成功地用于德国克虏伯熔炼炉的铜冶炼工艺，代替了原煤气燃烧工艺，减少了硫、磷等杂质的危害，提高了铜材质量。其次，液化气还可以用于窑炉焙烧。我国的各种工业窑炉和加热炉历来以烧煤为主，这不仅造成能源的浪费，排出的烟气也严重污染着环境。为此，国家有关部门提出我国能源今后发民方向是：优化能源结构，建立世界级清洁、安全、高效的能量供应体系，建立能源技术发展促进机制等。为适应这一任务的要求，许多工业窑炉和加热炉改用液化石油气作燃料，如用液化石油气来烧瓷制瓷砖；用液化石油气烘焙轧制薄板等，既减少了对空气的污染，又大大提高了产品的烧制质量。然后，液化气可以作汽车燃料。据2000年我国城市环境状况公告显示，监测的338个城市中，超过国家大气质量二级标准的城市占到63。5%，其中超过三级的有112个，我国大气污染已由工业废物、煤烟气型向光化学烟雾型转变，大城市中汽车排放尾气成为大气的主要污染源之一。目前，城市空气污染源中约有70%来自汽车的废气排放。为解决这一问题，自20世纪末，我国各大中城市相继建起了汽车加气站，用液化石油气替代汽油作汽车燃料，这一燃料品种的改变，极大地净化了城市空气质量，也是液化石油气利用的又一大发展方向。最后，液化气可以用作生活燃料。由此可见，液化石油气的使用范围愈来愈广，使用量愈来愈大，发展愈来愈快。因此，加强对液化石油气知识的宣传学习，保证液化石油气的安全使用，是非常必要和迫切需要的。5.杨英：x射线吸收。精细结构谱学原理及在催化中应用X射线吸收精细结构（XAFS）谱是用于描