煤沥青粉填充氯醋/聚氨酯复合材料的研究

以煤沥青粉为填充剂，与氯醋/ 聚氨酯预聚体进行常温溶液共混，合成煤沥青粉填充的氯醋/ 聚氨酯复合材料.研究了不同软化点的煤沥青粉、煤沥青粉平均粒径和质量含量对复合材料力学性能、电性能的影响.通过扫描电镜（SEM）、热失重（TG）测试手段，分析了煤沥青粉的微观颗粒形态对氯醋树脂/聚氨酯复合材料的作用机理，讨论了复合材料的热稳定性.结果表明：质量含量为10%~15 %的高温煤沥青粉可明显提高复合材料的力学、电绝缘性能；煤沥青粉粒径愈小，力学性能愈高；在煤沥青粒径为125 μm时，电绝缘性最佳；该复合材料初始分解温度为190 ℃，终止温度约在610 ℃，具有良好的热稳定性；煤沥青粉的加入同时可起到黑色着色剂与光屏蔽作用.     

温度对煤力学特性影响的实验研究

温度是影响煤力学特性的重要因素之一。本文利用自制夹具，配合环境箱，在MTS810伺服试验系统上完成了温度对煤力学特性影响的试验研究，得到了不同温度下煤的应力与应变关系，分析了温度对煤的抗压强度和弹性模量的影响。研究结果表明：随温度的升高，25℃～50℃之间，煤的强度和弹性模量呈减小趋势，应变呈增加趋势；50℃～100℃之间，煤的强度和弹性模量呈减小趋势，应变呈减小趋势；100℃～200℃之间，煤的强度和弹性模量呈增加趋势，应变呈增加趋势；200℃～300℃之间，煤的强度和弹性模量呈减小趋势，应变呈增加趋势。     

外在水分对长焰煤孔隙结构及自燃特性的影响研究

为了研究煤体浸水后的孔隙结构和氧化自燃特征，将长焰煤制备成含水率为4%～20%的水浸煤，采用全自动比表面积分析仪和同步热分析仪分析原煤及水浸煤的孔隙结构特征和热失重规律，得到原煤及水浸煤的特征温度，并通过动力学分析计算出表观活化能。结果表明：随着煤中含水量的增多，煤比表面积和平均孔径逐渐增大，同时，高位吸附温度和干裂温度逐渐增大，即30～125℃内，水分对煤氧反应的抑制作用占主导地位；当温度超过125℃后，水浸煤的质量最大值温度和燃点温度均低于原煤；煤中水分蒸发，水浸煤的较大孔隙有利于氧气吸附，主要表现为促进作用，且含水率为12%的煤样的表观活化能最小，促进效果最佳。     

低温热-碱解改性对污泥与煤共成浆特性的影响

为提高污泥利用效率,采用低温热-碱解方法对污泥进行预处理,利用改性后的污泥与煤掺混制备浆体燃料,研究了低温热-碱解方法对改性前后污泥水煤浆表观黏度、流变性、剪切迟滞性的影响。结果表明,低温热-碱解方法能有效降低污泥水煤浆的黏度,当剪切速率为100 s-1时,原始污泥水煤浆的表观黏度为1 667 m Pa·s,污泥经90℃-Ca(OH)_2改性1、4、24 h后,浆体的表观黏度分别降至1 027.6、698.0、455.8 m Pa·s,污泥经90℃-NaOH改性1、4、24 h后,浆体的表观黏度分别降至674.8、436.3、385.8 m Pa·s。同时,浆体的流变性逐步由假塑性趋近于牛顿流体,浆体的剪切迟滞特性减弱,原始污泥水煤浆的迟滞环面积(Hla)为2 078.0 Pa/s。在90℃-Ca(OH)_2和90℃-NaOH的条件下处理1 h后,污泥水煤浆的迟滞环面积分别降为774.5、664.5 Pa/s。可见,低温热-碱解方法能有效提高污泥水煤浆的成浆性,改善污泥水煤浆浆体流变特性。     

高温煤焦油黏温特性的测定与分析

为了解决焦炉荒煤气在换热管道表面结焦后焦油堵塞问题,采用高温高压黏度仪对高温煤焦油的黏度进行了实验研究。获得了黏温特性曲线和回归方程,并与褐煤油煤浆的黏温特性曲线进行了对比分析。结果表明:温度是影响高温煤焦油黏度变化的主要因素,黏度与温度之间呈指数关系;高温煤焦油的黏度随温度的升高而下降,当温度低于200℃时,温度对高温煤焦油的黏度影响较大,黏度随温度的升高而快速下降,当温度高于200℃时,温度对高温煤焦油的黏度影响较小,黏度随温度的升高基本保持不变;高温煤焦油与褐煤油煤浆的黏温特性曲线随温度的升高具有相同的变化趋势,但在整个温度范围内高温煤焦油的黏温性质明显优于褐煤油煤浆的黏温性质。     

煤直接液化中油煤浆热溶产物的变化

在高压釜中用不同溶剂在不同温度下（250~370 ℃）考察了神华煤、新庄煤和Westerholt煤热溶产物的变化.结果发现：这3种煤的热溶行为不同,故热溶产物的组成也不同.神华煤以前沥青烯为主,随温度升高,神华煤热溶产物沥青烯生成量变化较为平稳,而前沥青烯生成量逐渐上升,到370 ℃时前沥青烯的生成量已增加到19.9%.新庄煤在低于310 ℃时两种中间产物相差不大,在高于310 ℃以后,沥青烯的生成量增加很快,逐渐占主导作用,其中间产物以沥青烯为主.Westerholt煤的热溶行为与新庄煤类似.采用红外光谱、固体核磁共振对神华煤及其热溶中间产物与抽余煤分析可知,神华煤经热溶处理后,脱除了一些含氧官能团以及某些脂肪烃结构,此外还发现热溶中间产物、抽余煤与原料煤的基本有机结构相似,表明热溶中煤的主体结构尚未发生变化.     

高温高压下油煤浆黏度的变化及影响因素

为研究高温高压下油煤浆的黏温特性及变化机理，测量了220~450 ℃范围内的煤浆黏度，发现在250 ℃以前，黏度的增大主要受煤颗粒溶胀作用的影响，而在340 ℃以后，黏度的增加则是由于前沥青烯的增多引起的.剪切速率对黏度几乎没有影响.当煤转化率在30%~40%时，煤浆黏度会增加.     

煤直接液化残留物制备中间相沥青

采用程序升温、多管井式坩埚炉进行热转化反应,对煤液化沥青在热转化过程中生成的中间相沥青进行了研究.在温度为410～440 ℃、炭化时间为6～8 h可得到广域流线型结构的中间相沥青.通过元素分析、偏光显微镜、傅里叶变换红外光谱对中间相沥青进行的分析结果表明：中间相沥青经历了中间相小球的生成、生长及球融3个过程.     

对甲基苯甲醛改性煤沥青的流变行为

分别采用FT-IR和SEM对改性前、后沥青的化学结构和形貌进行了分析，并采用旋转黏度计测试了改性沥青的流变性能.研究表明：改性沥青中出现很多分布均匀且线性很好的微纤，具有很好的流变性能；随着改性沥青中甲苯可溶物（TS）含量的减少，其黏性流动活化能（E）变大；改性沥青的流体行为属于非牛顿流体，剪切速率越高，改性沥青的表观黏度越小.     

煤自燃动力学参数及氧化反应阶段实验研究

煤自燃现象会造成火灾，给煤矿的安全生产带来了极大威胁。为进一步认识煤自燃进程中不同氧化阶段的特性，开展了三种不同氧气浓度（11%、16%、21%）环境下的煤样程序升温实验，分析了交叉点温度、CO浓度、耗氧速率、放热强度以及表观活化能等重要表征煤自燃的参数变化规律，确定了氧化过程中的三种关键特征温度点，并依此划分了四个煤自燃进程中的氧化阶段，计算各氧化阶段的表观活化能，与前人的历史数据进行了对比验证。研究结果表明：在充足氧气浓度环境下，实验计算的交叉点温度为143.5℃，而且与经验公式的理论计算值误差仅为6.41%;CO浓度、耗氧速率、放热强度均随氧气浓度的增加而增加，且耗氧速率与放热强度符合线性表达式；煤样的临界温度、干裂温度、活性温度三个特征温度点分别为80.4℃、125.9℃，191.8℃；本文研究结果和历史数据均展示了表观活化能随自燃反应的进程呈现先增大后减小的趋势，其中阶段Ⅲ加速氧化反应阶段的表观活化能值最大，达到了52.06 kJ/mol。通过研究以期为煤自燃特性及防治提供一些基础参考。     

烟煤粘结指数样品稳定性的研究

研究了烟煤粘结指数（G样品在不同保存方式下（常温、冷藏和除氧保存1 a的稳定性及其原因.研究表明，在常温下保存1 a不同量值的G煤样，其G值均有明显变化.在冷藏2～4 ℃下保存1 a，不同G值煤样的稳定性均比常温下好.若除氧保存1 a，各种煤样的G值可认为没有变化.开封后反复使用的样品的G值稳定性（冷藏保存比在相同保存条件下的无反复使用的样品略差.     

煤颗粒分布对油煤浆流变特性的影响

采用神华煤和煤直接液化循环油配制成油煤浆，考察了煤的颗粒大小、颗粒分布以及浓度对煤浆流变特性的影响.试验结果表明：当浓度较低时，煤浆在比较宽的浓度范围内表现为牛顿流体；浓度较高时，表现为具有剪切稀化行为的假塑性流体.利用双峰级配理论，将粗颗粒煤粉加入细颗粒中可降低煤浆体系的黏度.但继续增大粗颗粒在煤粉中的比例，体系的黏度又会增大，而且煤浆的流变性能也发生改变.在试验条件下，粗细颗粒质量百分比为40∶60时体系具有最低的黏度，煤浆性质由同浓度的细颗粒体系的非牛顿流体转变为牛顿流体.因此，改变煤浆体系中煤的颗粒分布可在保持较高浓度时制备出具有较低黏度的油煤浆.     

煤焦油沥青中多环芳烃的柱层析分离及其GC-MS分析

室温下用等体积的二硫化碳-丙酮混合溶剂对煤焦油沥青进行超声辐射萃取,煤焦油沥青中多环芳烃(PAHs)被混合溶剂萃取,用硅胶吸附萃取物,以石油醚为洗脱液洗脱硅胶,采用柱层析法对煤焦油沥青中多环芳烃进行了分离.在定量收取的洗脱液中分别析出了白色晶体、白色粉状物质和无色晶体(分别标记为M1,M2,M3),用气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)分别对M1,M2,M3进行了分析.结果表明,M1中主要为3个环的多环芳烃和杂环化合物,M2中主要为4个环的多环芳烃和杂环化合物,M3中全部为4～5个环的多环芳烃.     

褐煤热破裂的显微CT实验

采用μCT225kVFCB型高精度显微CT试验系统并配以微型气氛炉,研究了内蒙古平庄褐煤热破裂随温度的变化关系。研究结果表明,褐煤在100 ℃左右时,大裂隙(>800 μm)占主导地位;200 ℃左右时,中等裂隙（100~400 μm）占主导地位;300 ℃之后微裂隙（<100 μm）占主导地位;热破裂的阈值为300 ℃左右;在300 ℃之前孔隙裂隙的产生发展主要是因为热破裂,300 ℃之后,微裂隙和孔隙的产生主要是因为煤体发生热解化学反应,油气逸出,固体骨架逐渐转变为半焦体。     

The effect of modification of matrix on densification efficiency of pitch based carbon composites

Using coal tar pitch as a matrix precursor to prepare carbon materials is widely used by impregnation/carbonization processing technology. Four different grades of coal tar pitch and a natural pitch were characterized in terms of carbon yield, density, viscosity, and fractionation with solvents, as well as by thermal analysis methods. The suitability of these commercially available matrices for densification of 3 dimensional carbon-carbon composites was examined. The theoretical results compared with experimental results. The highest density after impregnation was obtained using one of the coal tar pitches. The predicted results are in reasonable agreement with experiment data. The significance of this research is that a special heat treatment regime was conducted. The effects of modification temperature on the densification efficiency of composites were investigated and then structure and characteristics of the composites were determined by scanning electron microscopy (SEM), Transmission electron microscopy (TEM) and X-Ray Diffraction (XRD).     

神府煤固定床低温热氧化降解研究

在固定床反应器中研究了神府煤不同密度级组分的低温（60~80 ℃）氧化降解过程.研究发现：神府煤的中低密度组分（D2和D3）含有较高的长链烷基侧链，高密度组分（D4）矿物质相对富集，芳香度较高.神府煤及其密度级组分在氧气中的低温氧化降解反应活性有差异，D2密度组分的氧化降解活性最高，而D4组分氧化降解生成的CO2产率最大.腐植酸是煤低温氧化过程中的重要中间产物.随氧化时间的增加，氧化煤样的腐植酸产率增加，相应的溶胀度降低，表明煤大分子氧化降解程度增强.     

中低温煤焦油化学组成及结构的分子水平表征

以内蒙褐煤提质装置生产的中低温煤焦油为原料,研究建立了中低温煤焦油自身结构-组成-性质的分子水平表征方法,从宏观水平描述了中低温煤焦油的物理化学性质,在分子层次上详细研究了中低温煤焦油及其不同馏程、不同性质亚组分的化学组成。首先将中低温煤焦油全馏分进行实沸点蒸馏分离为16个窄馏分并进行性质分析,其次对180℃重质馏分通过酸碱萃取分离出酸性组分、碱性组分和中性组分,并且中性组分在萃取色谱装置上分离获取6个特征亚组分;利用GC/MS分析了其全馏分、窄馏分及各亚组分的分子结构特征。结果表明,该煤焦油全馏分的水含量为28%,20℃时密度1 003.7 kg/m~3,氧含量为7.4%,180℃馏分含量为14.24%,360℃馏分含量为63.4%,属一种典型的中低温煤焦油。中低温煤焦油的180℃轻质馏分的分子组成以苯、甲苯和二甲苯为主,含有部分小分子烷烃和烯烃。在 180℃重质馏分中,其酸性组分占27.6%,碱性组分占2.46%,中性组分占69.94%。中性组分中饱和分为33.60%,芳香分为38.70%,胶质占为25.10%,沥青质为2.60%。且中间馏分和重质馏分中含有大量酚类化合物,其分子结构类型以芳烃为主,同时存在长链正构烷烃。中低温煤焦油中含有大量含氧化合物,主要是酚类化合物,以烷基苯酚类为主,在160～280℃相对丰度较高,少部分以酮类化合物存在。