量子化学在煤微观结构研究中的应用进展

煤的微观结构特征直接关系到其反应特性,对煤的性质起决定作用,是对煤的结构性质的认识和研究,更好地对煤的合理利用不可或缺的。由于煤种的繁杂性和煤结构的复杂性,综合运用各种方法,结合化学分析方法和仪器分析技术,可以有效的提高煤的微观结构的脱除的精准性。近年来,随着量子化学的理论、计算方法、计算机技术的快速发展,为进一步应用量子化学研究煤的结构与反应性提供了条件。本文对量子化学在煤含氧官能团、含硫官能团以及含氮官能团研究中的应用进展进行了综述,为量子化学在煤微观结构研究中更好的应用提供参考。     

新疆和丰煤的组成结构特征与解聚技术研究进展

综述了和丰煤组成结构、萃取/热溶和热解技术的研究进展。和丰煤的碳骨架结构主要由脂肪碳和芳香碳组成。含氧官能团主要包含羟基和羰基,氮元素以吡啶氮和吡咯氮的存在形式为主,有机硫主要以噻吩和亚砜的形式存在。煤中易解离小分子化合物主要由芳烃、烷烃、烯烃、酯和醇类化合物组成。低碳烷醇能够选择性的破坏煤中的含氧桥键,有利于从煤中分离含氧类化合物。在温和条件下可以利用萃取/热溶提取技术从和丰煤中提取缩合芳烃和含氧化合物等高附加值化学品。溶胀预处理对和丰煤的热解具有促进作用,但溶胀受溶剂类型、成本等因素制约,难以实现工业化应用。某些负载型催化剂和含金属阳离子的盐类化合物在一定程度上能够抑制和丰煤热解焦油的产生,促进煤中重质组分的分解,提高煤焦油的品质。和丰煤的化学组成结构、共价键的类型、含氧官能团和杂原子的存在形式仍不清晰,热解机理以及热解焦油产物的调控还需进一步研究。     

不同煤真空热解过程中气态产物的在线分析

利用高分辨质谱对在真空热解过程中淮北烟煤、无烟煤和天然焦形成产物进行实时在线检测,结合煤质结构和特征,通过图谱分析了煤种和热解温度对热解产物的释放规律.结果表明,较低热解温度时,热解产物组成随煤化程度变化较小;较高温度时,随煤化程度的升高,高分子量产物相对含量逐渐减少;随着温度的升高,烟煤和无烟煤高分子量产物所占比例明显增加;含氧基团在200 ℃～400 ℃开始释放,到600 ℃则主要生成CO2.     

宁东煤在煤气化工艺中的应用分析

对宁夏宁东矿区煤种进行了工业分析和灰成分分析,介绍了宁东地区不同煤种在德士古气化废锅工艺、四喷嘴水煤浆气化工艺及GSP气化工艺中的应用情况。工业应用结果表明:宁东煤是较好的气化原料煤;不同气化技术对煤质要求不同,水煤浆气化工艺要求煤不仅有良好的成浆性能,且黏温曲线要温和;GSP气化技术对煤种的适用性更宽些。在实际运行中,通过不同煤种的配比,宁东地区煤种可以适合多种煤气化技术。     

德士古煤种及煤浆特性分析

德士古（Texaco）水煤浆加压气化技术主要原料为水煤浆,深入了解煤种及煤浆特性对气化工艺的影响,将有助于正确的选择气化工艺,指导生产平稳运行。介绍了煤种的主要特性和水煤浆的基本特性。指出灰分含量少、煤灰熔融温度低的原煤有利于气化炉稳定高效的运行;变质程度深、内水含量少的煤种则容易制成高浓度的水煤浆;性能好的水煤浆,要具有高浓度、低粘度、流动性好、稳定性好等特点,以适合贮运及气化。     

青海煤用于配煤炼焦的试验和应用研究

包钢钢联股份有限公司焦化厂对新煤种——青海煤进行了一系列配煤炼焦试验研究,将青海煤用于配煤炼焦,可有效地降低焦炭的灰分和硫分;青海煤的配入量在15%以内,通过调整其他煤种的配比,能够保证焦炭质量。青海煤资源的成功应用,为焦化厂开辟了新的煤源。     

褐煤物化结构对水分复吸的影响

阐述了褐煤中水分的赋存形态及其在受热过程中的转化行为。分析了不同提质干燥过程中褐煤物化结构的变化,探讨了褐煤物化结构与水分脱除及复吸的关系。结果表明:褐煤表面丰富的孔结构和大量亲水性含氧官能团是其水分较高的主要原因。干燥提质过程中,孔结构坍塌和交联反应的剧烈程度对于抑制复吸非常重要。加热过程中褐煤表面活性含氧官能团的数量、形成和分解行为直接影响褐煤的持水和吸氧能力,含氧官能团的分解会使煤的疏水性增加,自燃倾向性降低。最后说明褐煤提质的关键是水分的高效安全脱除,脱水煤表面氧化和水分复吸的抑制,并提出了抑制提质褐煤复吸水分的可能途径是依据不同组成、结构褐煤的水分赋存和脱除行为,针对性地改善干燥操作条件,调节样品孔径分布、比表面积和表面含氧官能团的存在形态及数量。     

煤阶对煤-甲醇超临界醇解反应体系的影响

对3种典型煤种在甲醇-碱体系中的超临界反应行为进行了研究,主要考察了典型煤种煤阶(煤化程度)对煤炭在煤-甲醇超临界体系中醇解转化率及醇解产物分布的影响.结果表明,低碳、高氢、高氧、变质程度较低的煤种较易发生醇解转化反应,煤炭的醇解转化率随着煤阶的增加而呈下降趋势.     

煤的溶剂抽提与抽提物性质的研究

主要介绍了煤的熔剂抽提过程中抽提溶剂的选择（相似相容）和煤种、溶剂、煤的岩相组成、抽提条件等影响抽提率的因素，以及使用柱色谱、薄层色谱和固相萃取等方法对样品进行前处理，并通过质谱、凝胶渗透色谱和液相色谱－质谱联用仪等现代仪器分析手段测定抽提物的组成、结构等的研究方法，揭示了煤中部分有机质的分子结构和分子量分布等性质，综述了近年来煤的溶剂抽提及抽提物表征方面的研究进展。     

神府镜煤光氧化产物的组成和结构研究

在紫外光照射下,用氧气对神府镜煤进行了光催化氧化研究。探讨了氧化时间对氧化煤中腐植酸含量的影响。通过溶剂抽提,FTIR分析及GC/MS分析对神府镜煤光氧化产物进行了组成和结构分析。研究表明:控制光氧化时间,可以获得不同腐植酸含量的光氧化产物,在光氧化4 h时,镜煤中腐植酸含量最高;镜煤在光氧化产物过程中,芳香结构较难打开,主要是醚键等含氧官能团发生反应,生成羧基和甲基等。     

烟煤化学链反应特性及机理分析

在固定床反应器中添加铁基载氧体Fe4Al6和铜基载氧体Cu4Al6，进行巨野(JY)烟煤化学链燃烧实验，通过气相色谱(GC)、红外光谱(FT-IR)等分析了JY煤化学链反应特性及表面官能团演变规律。结果表明，相对于Al2O3，Fe4Al6或Cu4Al6为床料时，JY煤中CO2含量分别提高了52.25%和59.16%，最大碳转化速率分别提高了8.93%和30.36%，Cu4Al6反应效果更好。添加Cu4Al6后，JY煤表面官能团演变进程加快，Cu4Al6对脂肪烃结构、芳香碳骨架和芳香族CH的转化均有明显促进作用。煤中脂肪烃?CH3和?CH2稳定性低、反应速率快，是化学链燃烧初期气相产物主要来源；芳香碳骨架和芳香族?CH稳定性高、反应活性低，反应速率较缓慢，是化学链燃烧中后期气相产物主要来源。     

低阶煤显微组分对混煤热解过程含氧官能团析出及转移规律的影响

采用化学滴定法,结合傅里叶红外分析,研究低阶煤显微组分对混煤含氧官能团析出及转移规律的影响,分析低阶煤镜质组分和惰质组分对混煤含氧官能团交互作用及析出转移规律的影响. 结果表明,混煤中酚、醇、醚、酯的C-O含氧官能团在热解温度达600℃时脱除达到基本稳定;400~600℃析氧率逐渐增加,之后稳定在30%左右,700℃后氧析出完全. 加入低阶煤使混煤热解过程中氢流失少于氧流失,有利于提高胶质体质量.     

Combustion and Pollutant Emission Characteristics of Lignite Dried by Low Temperature Air

Lignite is a kind of coal that has high moisture content and needs to be dried before being utilized. In this article, a Chinese lignite was dried in air at 120–180°C and the changes in its physical and chemical structures after drying were investigated. The results showed that the pore volume and specific surface area of the lignite decreased after drying. Some of the methylene and methyl groups were oxidized by the oxygen in the drying air, resulting in an increase in oxygen functional groups. The combustion characteristics of the dried coals and parent coal (dry basis) were studied via thermogravimetric analysis. The total volatile yields of the dried coals increased compared to the parent coal. The burnout temperatures of the dried coals were higher than the parent coal, whereas the ignition temperatures stayed almost unchanged. An entrained flow system was set up to study the release of nitrogenous gas products during rapid pyrolysis and combustion. The HCN yields of the dried coals during pyrolysis were higher than that of the parent coal, and a similar trend was found for the NO yield during combustion. The mechanism changes of combustion and pollutant emission characteristics were discussed according to the results of the physical and chemical structure analyses.     

低阶煤中氧的测定方法及对煤直接液化的影响

氧是煤中最丰富的杂原子,其含量和存在形式对煤的性质有很大影响,特别是对低阶煤的影响更为显著。低阶煤中的氧主要以酚羟基和醚键形式存在,此外还有羰基、羧基和呋喃等。介绍了低阶煤中含氧官能团的测定方法,结果发现:物理方法方便快捷,但XPS、IR等分析手段因一些峰值无法识别,降低了实用性;化学方法步骤繁琐,操作时间长且准确性较差。综述了含氧官能团对煤直接液化的影响,酚羟基在液化过程中因发生交联反应而产生负面影响;高级醚类具有高的液化特性;羧基的液化机理复杂,没有统一的意见。     

The effect of moisture content and air-drying on spontaneous combustion characteristics of two Turkish lignites

The results of an experimental study aimed at evaluating the spontaneous combustion characteristics of two Turkish lignites moistured and air-dried at varying times are discussed. The spontaneous combustion characteristics of the coals were determined using Crossing Point Methods adapted to our laboratories conditions. The content of three predominant oxygen functional groups (carboxyl, hydroxyl, and carbonyl) of untreated, moisten and air-dried coal samples were also determined with wet chemical methods. The content of oxygen functional groups in moisten coal samples do not differ significantly that of untreated coal samples, for realized in vacuum desicator to moistured of coal samples. The liability of spontaneous combustion of the two coals was reduced when moisture content increased with increase in contacted time to water vapour. The moisten coal samples was dried in laboratory during 24 and 48 h time period. The concentration of oxygen contain functional groups of drying coal samples increased with increase of contact time with air and decrease of particle size. The liability of spontaneous combustion of the air-dried coal samples increased with increase of contacted time with air and with decrease of moisture content.     

无烟煤与焦煤复配制备型焦的炭化过程研究

对比研究了无烟煤、焦煤和复配型煤在炭化过程中的化学组成与性质变化;采用热天平(TG)和傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)对炭化过程中无烟煤、焦煤和复配型煤的气体释放和热失重情况及表面官能团进行了测试分析;采用X射线光电子能谱仪(XPS)对无烟煤型焦、焦煤型焦和复配型焦的碳、氧元素的化学状态进行了表征。结果表明:在低温阶段复配型煤的炭化是无烟煤和焦煤炭化的线性叠加,在高温阶段无烟煤和焦煤炭化存在协同效应,使得复配型煤释放更多的气体,失重大于两者失重的线性叠加;复配型煤在炭化过程中表面官能团的变化趋势与无烟煤和焦煤单独炭化时表面官能团的变化趋势一致,但由于两者的协同作用,复配型煤的碳元素氧化程度更高,易于生成更多的C—O基团。     

脱矿物质过程对煤结构影响的研究

选取神华煤和兖州煤两种煤样,用盐酸和氢氟酸处理脱去其中的矿物质,并且脱矿物质前后的煤样在氧化性气氛下,制成815℃的煤灰。利用红外光谱研究其矿物质组成以及处理前后煤结构的变化。结果表明：酸处理法能够脱除煤中大多数矿物质。2种煤灰中,矿物质组成主要是石英、硬石膏、方解石、高岭土和含铁矿物质,但含量不同。处理前后,煤结构中的含氧官能团发生了一定的变化。     

褐煤中含氧官能团的测定与研究

煤表面的官能团的种类和数目对煤的化学性质有很大的影响,最重要的表面基团是含氧官能团。含氧官能团对煤的性质,尤其是表面性质,如亲水性、疏水性、表面电性、表面作用及表面作用方式等的影响较大,从而也对煤的选别、煤炭改质、煤炭转化及其合理加工利用影响较大。干燥后的煤样与原煤相比,固定碳含量逐步提高,氧含量呈逐步降低的趋势,O/C比逐步降低,煤样的芳碳率和平均缩环数也是随着干燥工艺的不同而呈现出递增的趋势,说明干燥后煤样的芳构化程度加深,基本结构单元的缩合度增加,干燥工艺在一定程度上提高了内蒙古褐煤的"煤阶"。     

Effect of industrial microwave irradiation on the physicochemical properties and pyrolysis characteristics of lignite

The surface functional groups and pyrolysis characteristics of lignite irradiated by microwave were comparatively studied to evaluate the feasibility of using industrial 915 MHz for lignite drying. The drying kinetics, micro structure, chemical functional groups, re-adsorption properties, and pyrolysis characteristics of the dried coal were respectively analyzed. Results indicated that for typical Chinese lignite studied in this paper, 915 MHz microwave drying was 7.8 times faster than that of the hot air drying. After industrial microwave drying, the sample possessed much higher total specific surface area and specific pore volume than that of air dried sample. The oxygen functional groups and re-adsorption ratio of microwave irradiated coal decreased, showing weakened hydrophilicity. Moreover, during the pyrolysis of the coal dried by hot air and microwave, the yield of tar largely increased from 1.3% to 8.5% and the gas production increased correspondingly. The composition of the tar was also furtherly analyzed, results indicated that Miscellaneous hydrocarbons (HCs) were the main component of the tar, and microwave irradiation can reduce the fraction of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) from 26.4% to 22.7%.     

大同侏罗纪10—11＃煤煤质特征及其控制因素

研究了大同10－11＃煤的变质程度和煤岩特征,指出高含量的丝质组是大同10－11＃煤最主要的煤岩特征,分析了大同10－11＃煤煤类、化学和工艺性质与其沉积环境和变质程度的关系,探讨了大同10－11＃煤煤质特征及其成因因素,提出了煤炭分选技术是扩大大同煤利用途径的有效手段,为大同煤的合理利用提供了理论基础。