用红外光谱研究煤沥青粘结剂及其炭化产物

采用红外光谱对两种煤沥青粘结剂及其炭化产物进行了研究，比较了中温沥青和改质沥青的结构组成，并跟踪分析了煤沥青粘结剂在炭化过程中所发生的热解缩聚变化。     

拉曼光谱技术在煤分析中的应用进展

拉曼光谱对碳材料的结构有序状态非常敏感,是表征碳材料常用的技术之一。煤是一种由多种官能团和化学键组成的复杂的有机大分子,具有高碳物质的特征,因此,拉曼光谱在煤的结构分析中有广泛应用,同时煤结构的分析对煤炭的高效清洁利用具有重要意义。介绍了煤的组成和结构,综述了拉曼光谱在煤的结构分析、煤的热解和气化等研究中的应用,并对原位拉曼光谱和联用技术等在煤化工领域的应用前景进行了展望。     

热解温度对无烟煤焦微观结构和脱硝特性的影响

在氮气气氛和600～1000℃条件下, 使用水平管式炉对龙坪无烟煤进行了热解制焦实验, 利用拉曼光谱分析了热解煤焦的微观结构变化, 使用热重分析仪(TGA)进行了无烟煤焦的程序升温脱硝实验, 研究了热解温度对无烟煤焦微观结构和脱硝特性的影响。研究结果表明:热解温度对无烟煤焦的微观结构有显著的影响, 随着热解温度升高, 煤焦的拉曼光谱G峰与D1峰的位置差逐渐减小, 谱峰积分面积逐渐缩小, 积分面积比值I_D1/I_G和I_D3/I_G先增大后减小, I_G/I_All先减小后增大。热解温度还对无烟煤焦的脱硝特性有明显的影响, 无烟煤随着热解温度升高由炭化向初步石墨化转变, 由于活性结构数量的减少和碳结构变得更加有序, 无烟煤焦的脱硝反应性不断降低, 脱硝反应活化能增大。     

煤与废塑料共热解特性研究进展

煤与塑料共热解既能回收废塑料中的碳氢资源,又可以实现废塑料的资源无害化处理,是一种很有前景的废塑料资源化回收利用方式。本文概述了煤与塑料共热解的热解特性及其产物性质,分析了煤与塑料共热解的机理及共热解过程中氯的迁移规律,简要介绍了煤和塑料的不同混合方式及其对共热解特性的影响。文中指出煤与塑料共热解具有明显的增油减水效应,在煤热解过程中添加一定量的废塑料不仅可以改善焦油品质,同时对热解半焦的结构和反应性也有一定的影响,因此煤-塑料共热解是一种绿色高效资源化的废塑料处理方式,对于废塑料循环利用、解决白色污染问题及提高煤炭利用率具有重要意义。     

有机固体废弃物与煤共热解基础研究

利用分析热天平等仪器,通过TG技术对榆林长焰煤、济源焦煤、焦作无烟煤等3种不同煤化程度的煤及固体废弃物(塑料)在不同热解速度、不同混合比例下的热解实验研究。结果表明,煤与塑料共热解的影响因素很多,包括升温速度、煤化程度、混合比例、热解终温等。     

三种不同煤阶煤的模拟热解实验研究（Ⅱ）固态产物分析

利用油气生成的地质历史过程中温度－时间补偿效应,运用“慢速升温＋长时间恒温”的方法,采用热重分析法和改进的封闭系统热解装置,在热解终温范围350℃-550℃,升温速率5K／min,恒温时间24h等比较温和的反应条件下,研究了不同变质程度的神木煤、东山煤和阳城煤的热解过程,并运用傅立叶变换红外光谱（FTIR）、X－射线衍射（XRD）、元素分析等现代仪器分析技术研究了不同温度下热解所得到的系列化固态产物。研究结果表明：采用改进的热解装置能得到较好的模拟热解实验结果,至少在上述实验条件下可以得到很好的结果;煤样的元素组成、物理和化学特性、所含官能团种类和数量等不同,使得在相同条件下所发生反应不同,尤其是高变质程度的阳城无烟煤与其它煤差异更大。所以,固态产物的组成特性和随热解温度的变化规律不同;相对高阶煤而言,选用中等变质程度的烟煤可以得到更好的模拟效果。     

酸洗脱灰对抚顺琥珀煤结构的影响

抚顺琥珀煤采用HCl-HF-HCl分步脱灰,应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析琥珀煤脱灰前后结构变化,利用Origin软件对红外光谱进行分峰拟合处理。结果表明,酸洗脱灰对煤中化学结构产生影响。琥珀煤酸洗后,灰分降到0. 95%,煤中芳环结构取代方式改变;含氧官能团中酚羟基和羧基吸收峰强度增加;脂肪官能团中CH伸缩振动明显增加,脂肪链长度增加,侧链减少。     

升温速率及热解温度对煤热解过程的影响

为了研究煤热解过程中升温速率及热解温度对热解产物分布及热解过程吸热量的影响,采用热重和热红联用技术对煤热解过程进行了分析.研究了不同升温速率和热解温度对煤热解过程的气态产物分布的影响,并对所产生的焦炭性质进行了分析.结果表明:煤的整个热解过程的吸热量随升温速率的增加而减小;煤热解产生的焦油组分含量包括芳香族、脂环族和脂肪族含量达到最大值所对应的热解温度随升温速率的增加产生滞后现象,但是煤热解产生的煤气成分随着升温速率增加而急剧释放;随着热解温度的升高,焦炭结构逐渐致密,裂纹及裂缝产生,芳香晶核增大,同时焦炭中的氧和氮含量由于含氮和含氧化合物的继续分解而降低.     

淖毛湖煤及显微组分热解半焦微观结构分析

为了认识煤及显微组分热解过程微观结构的变化,利用红外光谱和拉曼光谱对含不同显微组分的淖毛湖煤在氮气气氛下热解半焦进行分析,研究热解半焦结构随温度的变化。分析结果表明:煤在温度350℃干燥脱气后,其中的无定形碳和缺陷结构相对数量略有减少;当温度为350～500℃时,煤发生剧烈分解,其无定形碳和缺陷结构相对数量增加;当温度为500～800℃时,煤中的芳香结构发生缩合及杂环开裂,煤中无定形碳、缺陷和交联结构相对数量增加;当温度800℃煤焦向石墨化转变,其无序结构相对数量减少。红外光谱分析证明,煤中脂肪族化合物和含氧基团在650℃前基本分解。综合比较不同显微组分煤热解半焦的红外光谱和拉曼光谱分析结果表明,煤中惰质组体积分数增加,其芳香度提高,交联结构增多,脂肪弱键减少,无定形碳结构和缺陷结构减少,完成热解反应所需温度提高。     

量子化学计算在煤炭清洁高效转化微观机制的应用

为推进实现碳达峰、碳中和的目标,煤炭作为我国能源结构的基础原料,其利用的清洁化、高效化需要持续深化内涵。量子化学作为解释微观结构及作用机制的重要理论,目前已被广泛应用于煤化学领域,为煤炭研究提供更多微观信息,以促进煤炭清洁高效利用技术的发展。基于此,概述了量子化学计算在优化煤炭模型分子结构、探讨煤炭清洁高效转化反应机理和明确反应影响因素作用机制3方面的应用,重点对煤热解、燃烧、气化及液化过程中存在的微观问题进行分析、梳理,涉及煤的热解和燃烧过程中的氮元素迁移转化机理、煤基特征官能团与CO₂的气化特性、煤液化微观机理中的氢转移反应,以及气氛和催化剂等因素的作用机制等,最后就匹配煤炭变质程度的演变模型、煤炭反应过程中的多因素作用影响机制、完整转化机理、催化剂优化、创新集成工艺等问题,对量子化学在煤炭清洁高效转化领域中有待深入挖掘的科学问题进行了总结与展望,力图为煤炭清洁转化利用技术的研究和应用提供启示。     

酸洗脱灰后平顶山煤镜质组分的结构变化

利用傅立叶红外光谱(FTIR)技术对平顶山矿区的原生结构煤、糜棱煤和三级酸(HCl-HF-HCl)脱灰处理后的煤镜质组分差异进行了分析,运用origin9.1软件对不同类型煤的红外光谱曲线进行了分段分峰拟合,并计算了红外光谱结构参数。结果表明,经过三级酸脱灰后,灰分脱除率达96%;脱灰后原生结构煤对称的CH2相对含量减少,不对称的CH2增加,糜棱煤呈现相反的趋势,说明脱灰处理对煤的脂肪结构有一定的影响;原生结构煤的结构参数I1(脂肪结构)值、I2(芳香结构)值和A(生烃潜能)值均比较大,说明其含有大量的脂肪烃并具有良好的生烃潜能;芳香烃CC含量较高且脱灰前后变化不明显,说明煤有机键的主要部分为CC,且结构相对稳定;糜棱煤的五取代芳环含量和I1值低于原生结构煤,说明原生结构煤在构造应力作用下发生脂肪侧链脱落,缩合程度增加,导致糜棱煤具有超前演化的特征。     

煤与生物质共热解的TGA-FTIR研究

利用热重分析仪和傅里叶红外光谱仪对煤与木屑混合物在惰性气氛中进行了共热解研究,考察煤阶及煤与生物质掺混比例对热解过程的影响.结果表明,煤与木屑共热解特性并不是单独煤和单独木屑热解特性的简单叠加;高阶煤与生物质共热解更有利于协同反应的发生.通过对红外吸收光谱的分析发现,木屑与不同煤化程度煤共热解析出气体的成分和含量也不同,说明煤阶对煤与生物质共热解的气态产物有明显影响,也从侧面揭示了混合物热解过程中煤与木屑之间发生了相互作用.     

生物质与煤共燃研究(Ⅰ)生物质的低温热解

介绍了生物质与煤共燃的研究流程及其主要的研究方法，通过对三种主要农业剩余生物质（锯屑，谷壳和花生壳）热解过程中的失重率变化，物理性质变化，工业分析变化，元素分析变化和发热量变化的研究发现，三种生物质在热解温度220℃-300℃，热解时间30min-60min下进行低温热解时，热解过程主要受热解温度控制，受热解时间控制较弱，随热解温度升高，热解时间延长，生物质的热失重率逐渐升高，生物质逐渐变得易于研磨。在工业分析上挥发分逐渐减少，固定碳及灰分不断提高，水分含量大幅下降；在元素分析上O元素的含量不断下降，C元素的含量不断上升，从而发热量不断增加，研究表明，当热解温度为270℃-300℃时，热解生物质的各项性质可与煤接近。     

低温煤热解焦油产率和品质影响因素研究

煤焦油是低温煤热解技术的主要产物,是重要的化工原料,其产率和品质是评价煤热解工艺的重要指标。从原煤性质(煤种和煤粒径)、热解反应器结构形式及热解工艺条件(原煤预处理、热解温度、压力、升温速率、停留时间、热解气氛及催化剂)等方面综合分析了煤热解焦油产率和品质的影响因素,认为通过优选煤种和热解反应器,对煤样进行适当预处理,选择合适的工艺操作条件和引入加氢催化热解等有助于提高焦油产率和品质。     

重质有机质热解过程中挥发物的产出与逸出气体分析研究进展

煤、重质油、生物质等重质有机质富含碳氢共价结构,其轻质化和定向化学品转化是加工利用的主要目标。热解是重质有机质加工过程中最直接、最基础的反应过程,挥发物作为重要的热解产物,其组成分布及在热解过程的演变规律解析是研究的关键和热点问题。本文综述了重质有机质热解过程中挥发物的生成过程,总结了反应类型及产物组成随温度升高的阶段性变化,并以煤、油砂、油页岩、生物质、含油污泥、市政污泥以及废橡胶为例,对比了不同种类的重质有机质热解挥发物产出的异同。针对重质有机质挥发物逸出特性分析方法,本文重点介绍了质谱、傅里叶变换红外光谱逸出气体分析技术,举例说明了各方法在重质有机质有机结构解析、热解工艺条件优化、污染物控制、催化剂设计等研究上的应用,并且就现阶段热解过程逸出气体的定量分析方法和应用进行了概述。最后,本文还就重质有机质热解逸出气体分析技术提出了建议和展望,以期为重质有机质的热解研究提供参考和借鉴。     

二乙烯基苯改性煤沥青的热解行为研究

研究了二乙烯基苯(DVB)改性中温煤沥青的常压热解行为.采用SEM,TG-DTG和Raman等技术对改性煤沥青的形貌、热解过程及产物的结构进行表征.研究表明,DVB改性煤沥青中出现粒状物聚集体,改性前后煤沥青的热解行为发生了很大的变化;通过常压热解DVB改性煤沥青,可制备出粒径小于5μm且有序度较低的炭微球.     

热解机理及在煤结构模型构建中的应用研究

鉴于煤热解技术的迅速发展,以中低温热解为主,对相应的挥发分逸出机理、液体生成机理、官能团反应机理进行分析。通过对热解产物的碎片参数分析,从分子水平揭示煤结构中的共价键结合特征及分布情况,拼凑组装构建结构模型,建立煤结构与反应性的关系,并综述近年来热解结构模型及其发展状况,提出热解在煤结构构建中的研究方法和思路,指出结构模型构建未来的发展方向,进一步揭示煤结构研究的重要性。     

国内外煤热解技术专利分析

热解技术作为煤炭清洁高效利用的核心技术之一,具有能效高、耗水少、投资低、环境友好等优势,发展热解技术符合我国迫切寻求煤炭清洁利用技术的国情。本文对国内外煤热解技术相关专利进行了检索和统计,重点分析了煤热解技术发展的总体趋势、区域分布和重要专利人及其专利技术特点,以便于把握煤热解技术的研究方向和重点领域,为我国热解技术的进一步发展提供参考依据。分析表明煤热解技术处于技术成长期,专利布局日趋完善。国外热解以流化床技术为主,而国内技术多为回转炉式热解技术。热解技术的主要问题为产品分离困难,现阶段的解决思路是采用精细划分热解过程,分段收集产品,减少焦油停留时间等方法减少不同阶段产品的混合从而缓解分离的压力。热解整体系统的趋势为发展以热解为龙头的多联产技术。     

几种年轻煤在氮热等离子体中的热解

研究了几种中国年轻煤在氮电弧热等离子体中的热解行为,考察了煤的基本性质、煤的粒度及加煤速率等条件对煤热解特性的影响.结果发现,煤在氮等离子体条件下热解所得气体产物中的主要成分是氢、乙炔、一氧化碳和丙炔腈,此外还有甲烷和乙烯等小分子烃.乙炔的收率随煤种的不同和操作条件的变化而波动.煤中的挥发分含量愈高、加煤速率愈低,乙炔收率则愈高.其中扎赉诺尔褐煤的乙炔收率最高可达22.3%(以煤中碳为基准);原料煤在氮等离子体中热解后,除部分芳香C—C键得以保留外,煤有机结构中的外围官能团全部消失,同时在热解半焦中有新的氮基官能团(如—C(?)N)引入.     

典型烟煤热解焦炭结构特性的实验研究

通过热重实验研究了三种典型烟煤在热解条件下粒径变化对焦炭结构特性的影响,并用扫描电镜对不同反应条件下的焦炭表面结构进行了观察.结果表明,现对于毫米级的煤颗粒而言,颗粒粒径变化对于挥发分析出速率的影响并不显著,但不同煤种的焦炭结构特性差别很大.对于塑性较小的煤,随着颗粒粒径的增大容易在热解过程中破碎,而对于塑性较大的煤在热解后不易破碎,但颗粒会出现膨胀和表面蓬松等现象,掌握焦炭结构特性变化对不同煤种的高效利用具有重要意义.