电制气技术(PtG)作为能源互联网中联通天然气网和电网的关键技术环节,可提供一种创新的储能解决方案,在消纳风电、光电等新能源电力方面具有其他储能方法无法比拟的独特优势和适应能力。经过对PtG技术主要构成和特点的分析,认为技术上是可行的,但基于该技术目前发展现状,整体效率偏低(约60%),制得的合成天然气产品价格至少是市场天然气价格的2~4倍以上,经济性限制了技术的推广应用;对产品成本影响最大的3个因素分别是电价、气价和电解制氢装置费用,经济性问题的瓶颈在于电解制氢装置的效率低和规模小。从电网安全、高效的角度分析,PtG与目前作为主要储能方式的抽水蓄能相比较,在效率和盈利生存能力方面初步显现出一定的潜在竞争力,有广阔的发展和应用前景。
为研究酸预处理对芦苇秸秆-牛粪混合厌氧发酵的影响,采用6%磷酸对芦苇秸秆进行预处理,并与牛粪混合进行厌氧发酵制沼气实验,同时对酸预处理组和对照组在厌氧发酵过程中产气量、pH、COD以及发酵前后混合原料木质纤维素变化情况进行分析。结果表明,酸预处理提高混合原料发酵的产气量,其总产气量为97.24 mL/g,比对照组的产气量13.69 mL/g高出610.3%;酸预处理组pH更接近中性,表明该系统具有更好的抵御酸化能力和稳定性;酸预处理提高了发酵体系COD的含量,促进发酵原料的降解。研究表明,芦苇秸秆可以作为发酵原料进行再利用,且磷酸预处理可以提高发酵系统缓冲能力和原料利用效率。
在旋转填料床(RPB)中考察了Mn2+/H2O2/O3处理硝基苯废水的效果。考察了Mn2+浓度、初始pH、超重力因子β、H2O2浓度、液体流量对硝基苯去除效果的影响。结果表明,硝基苯去除率随Mn2+浓度、pH、超重力因子β、H2O2浓度、液体流量的增加呈先增加后减小的趋势。当硝基苯质量浓度为150 mg/L时,在Mn2+浓度为1.8 mmol/L,pH 2.5,超重力因子β=40,臭氧质量浓度为40 mg/L,H2O.2浓度为5.0 mmol/L,液体流量为120 L/h,循环处理25 min的条件下,硝基苯去除率和TOC去除率分别可达99.82%、59.24%,硝基苯质量浓度为0.27 mg/L,达国家一级排放标准(GB 8978—1996)。相同实验条件下,硝基苯去除率比RPB-O.3/H2O2提高了21.43%,TOC去除率比RPB-O.3/H2O2提高了21.08%。
针对常规聚合物不能耐高温高盐的特点,选用耐温抗盐的新型双尾疏水缔合聚合物(DTHAP)为弱凝胶主剂。研究了聚合物质量浓度、交联剂质量分数、温度、矿化度和多孔介质剪切等对凝胶体系成胶性能的影响;并用扫描电镜(SEM)对其微观结构进行探究。实验结果表明:弱凝胶的成胶时间、成胶强度可以通过调节聚合物和交联剂浓度来控制。在80℃下,聚合物质量浓度为1000~2250 mg/L,交联度质量分数为0.6%时,体系成胶时间1~6 d可调控,最大成胶强度能达到F级。该体系在温度为80~90℃,矿化度为2×104~8×104 mg/L的条件下具有较好的成胶稳定性,经多孔介质剪切后仍具有较好的稳定性,SEM表明弱凝胶体系有致密的空间网络结构。结果表明,该体系能应用于高温高盐油藏。
制备了广泛应用于水性涂料中的丙烯酸丁酯(BA)-苯乙烯(St)-有机硅氧烷水性硅丙乳液。FT-IR表明,硅丙乳液的聚合物分子中出现了硅氧烷结构单元,在不同成膜温度时,乳液膜的硅氧烷发生水解和交联反应,乳液膜的Tg随着成膜温度的升高而增加,含硅量较大的乳液膜的Tg升高趋势更大。有机硅氧烷的添加会使乳液膜的起始分解温度下降和最大失重速率温度升高。硅丙乳液成膜过程中的水分挥发速率与乳液聚合物的Tg相关。SEM结果显示,随着乳液成膜温度的升高,乳液膜的粒状结构会逐渐消失,聚合物分子的扩散随成膜温度的升高而明显增加。对不同成膜时间乳液膜的电化学阻抗测试可知,乳液膜的耐蚀性增加,屏蔽效应随成膜时间的延长而增加,聚合物的交联反应会使乳液膜的结构变得更为致密。
利用管式炉反应器对麦秆(MG)、砂光粉(SGF)、松木(SM)3种生物质进行热解/气化实验,研究了温度(550~950℃)、气氛(Ar、CO2、CO2+H2O)对3种生物质热解/气化过程中N气体(HCN和NH3)及半焦N生成比例的影响。实验结果表明,3种生物质在Ar下热解气相N产物(HCN+NH3)生成比例随温度增加而上升且以NH3为主;550~950℃下HCN的转化率一直增加,NH3的转化率在900℃达最大值;改变气氛对SGF含N气体的转化率影响不明显,H2O的加入在850~950℃下可促进NH3生成;SGF的燃料N较MG和SM更容易释放,SGF半焦N的质量分数明显低于原料N,MG半焦N与原料N的质量分数基本相等,SM半焦N质量分数比原料显著增加;3种生物质热解气化过程半焦N逐渐减少,气相N逐渐增加,900℃时3种生物质燃料N转化为挥发分N的质量分数大于75.5%,挥发分N中气相N占26.7%~76.6%。
合成了一系列含有亚砜基团的亚砜类化合物(甲基苯基亚砜、2-氯乙基苯基亚砜、乙烯基苯基亚砜),并对合成的亚砜类化合物进行脱硫性能测定,筛选出脱硫性能好的2-氯乙基苯基亚砜。系统考察了温度与SO2分压对2-氯乙基苯基亚砜脱硫性能的影响,并对其循环使用性能进行了测定。结果表明:在20℃时1mol2-氯乙基苯基亚砜可吸收SO2达2.33 mol以上,温度升高,2-氯乙基苯基亚砜的脱硫性能下降;随着SO2分压的增大,2-氯乙基苯基亚砜吸收SO2的量呈现增大的趋势。2-氯乙基苯基亚砜具有良好的脱硫及再生性能,循环使用5次以上其脱硫能力不变。亚砜类化合物对SO2的吸收为物理吸收。
制备了一种新型的热回收式板框膜蒸馏组件,该组件主要由疏水性平板微孔膜和中空纤维换热丝构成,并对其负压辅助气隙式膜蒸馏过程进行了研究。重点考察了进料液温度、进料液流量和透过侧真空度等操作参数对膜组件膜通量、造水比及脱盐率等性能的影响。实验结果表明,膜通量随着进料液温度、进料液流量及真空度的升高而增大;造水比随进料温度和真空度的升高而增大,但随进料流量的加大而减小。在进料液温度为95℃、进料液流量为70 L/h、真空度为0.05 MPa时,膜通量和造水比最高可达33.0 kg/(m2·h)和2.050,而脱盐率始终在99.98%以上,与传统膜蒸馏相比,造水比提高1倍以上,表现出了高通量下较好的热回收效果。
研制了一台2 t/d多效膜蒸馏与多级闪蒸耦合的海水淡化中试装置,开展了中试性能测试和条件实验研究,分析了操作温度、效间温差、真空度、料液温度、流量、浓度等因素对系统性能的影响。实验结果表明,操作温度从60℃升高到80℃,效间温差从4.5℃增大到8.0℃,产水负荷分别增大12.7%和减少9.5%;料液温度从75℃升高至90℃,产水负荷指数增大55%,膜通量从3.95 kg/(m2·h)增大至6.12 kg/(m2·h);渗透侧真空度从70 kPa增大至82 kPa,产水负荷线性增大25%,造水比减小4.5%。此外,料液流速和料液浓度对产水性能的影响相对较弱。
采用Aspen Plus软件及NRTL模型对乙酸乙酯-甲醇物系进行了完全热集成变压精馏模拟操作。以乙酸乙酯和甲醇的质量分数为约束函数,以塔釜的热负荷为目标,对两塔的理论板数、进料位置以及回流比进行了优化。基于完全热集成工艺的优化结果为高压T1塔理论板数16块,原料进料位置为第8块板,循环物料进料位置第4块板,回流比为4;常压T2塔理论板数28块,进料位置为第11块板,回流比为5.7。T1高压塔塔底得到的乙酸乙酯和T2常压塔塔底甲醇质量分数都能达到99.5%的分离要求,与传统的变压精馏相比完全热集成变压精馏能耗降低49%。通过实验室的间歇变压精馏小试实验验证,可以分离得到高纯度的乙酸乙酯和甲醇,对实际工艺操作和设备改造有一定的指导意义。
根据传统挥发酚检测方法——4-氨基安替比林分光光度法的原理,开发出一种简便、实用的挥发酚在线蒸馏-检测系统。在蒸馏温度为130℃,进样量为2.00 mL/min条件下,吸光度与酚质量浓度的线性方程为A=0.004 5ρ+0.005 7,线性检测范围在1.00~180.00 mg/L,检出限为0.81 mg/L,相对标准偏差为3.5%(10.00 mg/L,n=8)和2.8%(35.00 mg/L,n=8),实际污水的加标回收率在99.8%~104.0%。同时将显色反应中带有刺激性气味的氨-氯化铵缓冲液替换为pH=10.5的氢氧化钠溶液,检测结果没有发生明显变化。