不同变质程度煤的碳结构特征及其演化机制

应用X射线衍射(XRD)与核磁共振碳谱测试(13C-NMR)相结合的方法,对5个不同变质程度煤(WMC长焰煤、LL3焦煤、LL4焦煤、CZ无烟煤与SH无烟煤)的碳结构特征及其演化进行了研究。结果表明：(1)变质程度是影响煤中碳结构演化的最重要因素。随着煤变质程度的增加,煤中芳碳率增大,芳香核缩聚程度增加,芳香结构单元排列趋于有序。(2)变质环境对煤的碳结构演化具有重要影响。高温低压环境下,WMC煤中芳香结构单元发生超前演化,形成一系列堆垛高度大延展度小的芳香结构体系;脂肪类物质中,一方面脂肪侧链发生快速热解,形成较多的环甲基,另一方面煤中已有的脂肪环发生热解断裂,形成新的脂肪链,导致支链化程度增加。(3)中等变质程度的LL4与LL3煤中发生了显著的脂环化作用,导致其季碳含量明显增高,支链化程度降低。(4)随着变质程度增加,CZ与SH煤样中,脂肪环发生断裂,形成新的脂肪链致使支链化程度增加,成为高变质程度煤中形成更大芳香体系的前奏。     

低中煤级煤结构演化的拉曼光谱表征

对28个最大镜质组反射率为0.30%~2.05%镜煤样品的Raman谱图进行拟合,获得拉曼结构参数。随着煤样镜质组最大反射率增大,拉曼结构参数发生有规律变化,显示出煤结构演变的复杂性。结果表明:D_1和G的位置、峰位差(G-D_1)及G的半峰宽与反射率存在良好的相关关系,D_1与G半峰宽的比值(ID_1/IG)随反射率的增大也呈现出明显的分段性。在此基础上得到煤的结构演化分为3个阶段,分别是镜质组反射率0.3%~0.8%,0.8%~1.6%和1.6%~2.0%。在镜质组反射率0.3%~0.8%阶段,D_1向低波数移动,而G向高波数移动,G的半峰宽呈现递减趋势,表明煤结构朝有序结构演化,同时,D_1的半峰宽无明显规律,ID_1/IG的变化不明显,反映芳香体系的形成比较缓慢;在镜质组反射率0.8%~1.6%阶段,煤中D_1和G的位置、峰位差和G半峰宽出现极值,响应了第2次煤化跃变;在1.6%~2.0%的阶段,各参数逐步稳定,表明煤中微晶结构基本稳定,G峰半峰宽继续减小显示芳香结构的增大过程。     

中变质煤结构演化的FT-IR分析

选择5种有代表性的炼焦用煤,分属不同地方不同煤种的中等变质程度煤,在实验室条件下利用美国生产的FTS-165傅立叶变换红外光谱仪对其进行FT-IR分析,采用WIN-IR软件中的谱图解叠子程序针对煤特有的结构性质进行研究。结果表明:煤中存在5种类型的羟基,其与氧碳原子比（O/C）的关系较为复杂;随着煤中氧含量的减少,碳含量的增高,煤中各类脂肪类物质增加,在肥煤阶段达到最大然后减少;煤中含氧官能团的变化趋势为稳定的官能团具有增大的特征,而不稳定的则减少;在肥煤阶段其芳香烃碳-碳双键强度减小,然后又增大;提出在肥煤阶段煤化作用跃变是由于脂肪侧链和芳香体系相互竞争的结果。     

微细粒技术在洁净煤技术中的作用和地位

从煤加工利用对颗粒粒度及其分布的要求，解离度对超纯煤的制备以及煤炭组分工业化分离的影响等方面论述了微细粒技术在洁净煤技术中的作用和地位。研究表明煤的粒度及其分布对水煤浆制备及其利用，燃烧等有极其重要的影响；     

洁净煤技术中的煤岩学问题

本文简要讨论了洁净煤技术中的煤岩学问题，就燃烧、煤预备中煤岩学的应用等进行了探讨。     

不同变质程度煤的FTIR和HRTEM及TG分析

为了研究煤的结构演化特征,选用四种不同变质程度的煤样,采用傅立叶红外(FTIR)测试手段从分子尺度上对大分子结构进行解析,得到红外结构参数;应用高分辨率透射电镜(H RTEM)测试手段从聚集态尺度上对微晶结构进行表征,统计分析晶格条纹长度,得到微晶结构参数;利用热重(TG)测试手段对煤样进行热解模拟,得到热解特征参数;分析对比各项参数,探究煤演化过程中的复杂性规律。结果表明:芳香烃含量、脂肪链长度和热稳定性呈正相关;FTIR参数中的有机成熟度指数C、HRTEM参数中的高环数芳香层片(5×5~8×8)含量和TG参数中的热解初始温度θ_i具有相关性。当C减小时,含氧官能团含量的减少为高环数芳香层片中的含氧官能团含量的减少,热稳定性减小,θ_i减小,反之亦然;脂肪烃含量和生烃潜力呈正相关,和芳香烃含量呈负相关。在镜质组反射率R_(max)~o为0.6%~2.05%这一阶段,HDG6和GD2中含氧官能团等杂基脱落后才能继续芳构化。     

煤结构化学的理论体系与方法论

根据近年来煤科学的主要进展以及煤的基本特征，对煤结构化学的概念、理论体系及其方法论进行了系统的论述．指出煤结构化学的理论体系根据其任务可分为实验煤结构化学和计算煤结构化学；根据煤的层次结构特征，煤结构化学可分为煤分子、煤超分子和煤聚集态结构化学．煤结构化学的方法论应从煤的基本特征出发，注重煤的多组成性以及它们之间的相互作用、煤的非晶态性、结构的层次性以及煤演化的阶段性，揭示煤结构特征与其物理化学性质关系的关键是建立先进的煤结构化学概念．     

用粒度表征的煤粉碎动力学方程

在煤的粉碎过程中其粒度分布具有自相似特征,可以用粒度分布的分形模型来拟合煤粉碎过程中的粒度分布特征,在此基础上,建立了以粒度表征的煤粉碎动力学方程用以反映粒度大小在粉碎过程中的变化特征。应用方程对６种不同变质程度煤的粉碎动力学分析表明,不同粒度的煤颗粒具有不同的粉碎动力学参数,粉碎速率常数和粉碎级数是粒度的函数;在相同的粉碎条件下不同煤的粉碎动力学参数也不同,所建立的粉碎动力学方程可以用来预测粉碎     

分子间作用对地质有机质演化影响的讨论

不同类型有机质由于它们之间的分子间作用不同,因而具有不同的演变过程。腐植型有机质中可溶有机质主要为氢键作用,因此在未熟—低熟阶段以缩聚作用为主,而腐泥型有机质中可溶有机质以范德华作用为主,在未熟—低熟阶段以裂解成烃作用为特征。干酪根的整个演化过程与其分子间作用演变密切相关,不同的分子间作用方式决定其演化过程。对于有机质而言,其演化过程取决于可溶有机质及干酪根分子间各自以及它们之间的耦合作用。