从煤中提取腐殖酸的工艺研究

以山东滕州郭庄煤矿产的无烟煤为原料,采用碱溶-酸析法提取腐殖酸.考察空气氧化、硝酸氧化、超声波、超声波-硝酸联合4种预处理方法对腐殖酸提取率的影响,以及不同抽提剂对腐殖酸提取率的影响.实验结果表明:提取煤中腐殖酸的最佳实验室工艺条件是煤样与硝酸的固液比为1∶3,硝酸浓度为2 mol/L,硝化时间为90 min,超声波预处理时间80 min,采用NaOH做抽提剂,抽提时间80 min,最大抽提率可达28.76%.     

松木屑与煤加压热解特性

研究松木屑和新疆博斯坦煤的加压单独热解及共热解特性,热解实验在加压热重分析仪上开展,压力为0.1~2.0 MPa. 通过样品热解失重情况绘制热解失重曲线,对曲线进行失重速率分析和热解动力学分析. 结果发现,热解压力升高会抑制样品热解挥发分的析出,使样品主要热解阶段的表观活化能增大56%~85%;松木屑与煤共热解过程不是两者单独热解过程的简单叠加,而是两者协同反应相互促进或抑制的结果,松木屑与煤共热解失重相较计算值在加压条件下提高了8%~23%,在常压条件下降低了6.7%,但不管是常压还是加压共热解,共热解主要热解阶段的表观活化能均较松木屑和煤单独热解降低.     

义马煤的热解及产物分布的研究

利用DTA,TG与红外光谱对义马煤的热解行为进行研究.考察了升温速率,样品粒度以及催化剂等因素对义马煤热解的影响.结果表明:随着升温速率的提高,热滞现象明显,热解的总产气量也随之增多;粒度越小,热解速率越大;Fe2S3在热解过程中的催化作用较明显,可使煤的热解失重率提高7%;热解过程中有机质发生裂解、缩聚等反应,导致义马煤热解后所得固体残留物中羟基有较明显的增加,而脂肪基团、环烷烃基团含量明显减少.     

枣泉煤与玉米秸秆共热解特性研究

基于生物质与煤共热解在高效、清洁转化方面的优势,采用TG-MS联用技术,对农业废弃物玉米秸秆与宁东典型煤种枣泉煤进行了共热解特性研究.主要考察玉米秸秆加入量对枣泉煤失重特性、失重速率及煤热解转化率的影响.结果表明:玉米秸秆的加入能够显著促进枣泉煤的热解,使枣泉煤热解程度加深.在40～510℃,随玉米秸秆加入量增大,煤样...     

不同冲击荷载下煤的孔隙结构变化规律研究

为研究冲击载荷作用下煤微观结构变化规律,采用低温液氮吸附实验对不同冲击荷载作用下王河煤矿煤样进行了试验研究,分析受不同冲击载荷作用下煤样的微观孔隙结构变化规律。结果表明:不同冲击载荷作用下煤样的微观孔隙结构会发生显著变化。当冲击载荷为68.21 MPa时,煤样部分中孔遭到破坏,煤样总孔容减小,微孔比表面积增加显著;当冲击荷载增加到120.64 MPa时,由于细颈瓶形状的微孔在冲击载荷作用下破坏,微孔比表面积所占比例明显减小,煤样孔容呈进一步减小趋势;可以认为在冲击载荷作用下,煤样微观结构从微孔向小孔、小孔向中孔及大孔转化,液氮吸附量持续减小。研究成果表明煤受外界冲击载荷作用会由于煤微观结构的变化进而影响煤瓦斯的赋存,煤开放孔的增加有利于煤矿瓦斯的抽放,对煤矿石门揭煤和煤松动爆破参数设计具有实用参考意义。     

注氮惰化窒息燃烧煤炭氧浓度的实验研究

利用煤炭自燃实验系统,对龙固煤矿7煤煤样的自燃过程进行了模拟实验.实验研究了注氮情况下的煤氧化煤温、自燃状态与氧含量的变化关系,确定了龙固煤矿7煤煤样窒息的最低氧浓度,研究结果对使用注氮防治煤炭自燃技术的应用具有重要的现实指导意义.     

铁基矿物质对西部煤热解特性的影响

以神东、新疆煤为研究对象,采用微量热重、常量固定床实验装置分别对原煤、脱矿煤、载铁煤在热解过程中的质量变化和气相产物进行了对比分析,研究了铁基矿物质对煤热解特性的影响.结果表明:煤热解出现最大失重速率和气相产物最大释放量的温区均与煤的变质程度有关,较低变质程度的神东煤在450℃左右出现最大失重,而新疆煤则为600℃;神东煤热解生成CH4,CO和CO2的最大释放温度小于新疆煤.载Fe煤热解过程中生成的气相产物总量大于原煤和脱矿物煤,显示了Fe的催化作用.该催化作用主要表现在热解达到最大失重速率的温度之后的缩聚阶段,这引起了H2的生成量增大.Fe的催化作用受煤变质程度的影响,对变质程度较低的神东煤的作用明显大于新疆煤.     

伴生矿物及水分对煤的黏结性的影响

潮湿煤炭因黏结团聚给选煤厂分级作业带来了极大困难.应用拉断法对原煤进行了黏结性研究,借助于液桥理论研究了煤中伴生矿物及水分对煤的黏结性的影响机制.研究结果表明：当煤与伴生矿物混合时,矿物质含量越高,接触角越小,液桥力越大,煤越容易团聚;混合物的实际抗剪切强度系数并不是线性叠加,体现了煤与伴生矿物之间的协同强化增大黏结性的作用;煤与伴生矿物混合样品的抗剪切系数均随水分的增加而增加;随着粒度的增大,液桥力逐渐增大,对周边的小颗粒煤样吸附量增多,加剧煤粒间的团聚效果,随着水分的增加,钳角增大,液桥体积也随之增大,致使煤样液桥力增大,煤样团聚效果加剧;煤与伴生矿物混合时,随着粒径的减小,黏结性变弱.     

宁夏灵武煤热解过程中稀土元素配分规律及地球化学特征

采制宁夏灵武煤样,在1 000℃/min升温速度下对煤样进行不同终温(300,400,500,600,700,800,900℃)的热解制取半焦样;采用ICP-MS法测试煤样及其热解半焦样中稀土元素的含量,并对半焦样中稀土元素地球化学参数进行计算、分析.结果表明:宁夏灵武煤中稀土元素丰度不高,其中轻稀土元素,重稀土元素,Sc,Y的质量分数分别为29.731×10-6,3.402×10-6,2.570×10-6,5.690×10-6;热解半焦中稀土元素含量随热解终温的升高而升高,稀土元素在半焦中呈富集趋势,但轻、重稀土元素的富集程度不同;原煤样与热解半焦样中稀土元素分布模式均表现为趋势相似的由左向右先陡降后平缓的曲线,原煤样为Eu负异常的V型曲线,热解半焦样的Eu负异常不明显,Ce负异常明显,说明轻稀土元素分馏程度较高,重稀土元素分馏程度较低.     

不同配比弱黏结性煤参与配煤炼焦的研究

选取低煤阶的长焰煤和高煤阶的瘦煤两种弱黏结性煤为研究对象,将其分别配入焦化厂常用的焦煤和肥煤中,对配入不同比例(长焰煤质量分数为3%,4%,5%;瘦煤质量分数为3%,5%,7%)煤样的工艺性质进行分析,并研究所配煤样炼制坩埚焦的热性质、显微强度与光学组织。结果表明：长焰煤挥发分较高,配入质量分数在4%以内时,配合煤样黏结指数G、奥阿膨胀度b、总膨胀度(a+b)及胶质层最大厚度Y等指标劣化程度小,黏结性能小幅下降;配入质量分数增至5%时坩埚焦热性质严重劣化,粒焦反应性PRI值最高、粒焦反应后强度PSR及显微强度MSI值最低。瘦煤挥发分较低,配入质量分数在7%以内时,配合煤样工艺性质、所配煤样坩埚焦热性质在一定范围内波动;长焰煤对所配煤样坩埚焦光学组织指数(OTI)劣化主要表现在焦炭丝质、破片与各向同性的增加,瘦煤对所配煤样坩埚焦OTI劣化主要表现在焦炭细粒镶嵌组织的增加。     

西部煤热解过程中气相产物的生成与释放规律

为了考察西部煤热解气体产物与其组成特性和还原程度间的关系,以神东、宁夏灵武和新疆哈密3种西部煤和平朔对比煤样为研究对象,采用固定床反应装置进行了200～1000℃范围内热解气体的形成与释放研究.结果表明,热解产物中含氧气体CO,CO2和含氢气体H2,CH4和C2以上烃类的生成均随温度变化呈现出较好的规律性,但不同煤样热解气体的生成量、最大释放温度和释放区间不同;煤中H和O元素的含量与含氢、含氧气体的生成量成对应关系;3种西部煤的弱还原性使其热解呈现出明显不同于强还原性平朔煤的热解特性,西部弱还原性煤热解将形成相对较多的含氧气体和较少的含氢气体.     

1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐与双氧水用于煤脱硫试验研究

工业燃煤产生了大量环境污染物,其中的SO_2气体对大气环境污染尤为严重。为减少传统脱硫法带来的安全隐患及环境污染问题,并提高煤中有机硫脱除率,采用1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([Bmim][HSO4])离子液体(IL)结合30%的双氧水(H_2O_2)的方法,用于脱除煤中含硫结构,降低煤中硫含量。通过硫分测试、红外光谱和X射线试验,对煤样处理前后的硫含量、煤中官能团及微观结构进行了测试。结果表明,在H_2O_2-[Bmim][HSO_4]作用下,试验煤样全硫脱除率达47.44%,高于H_2O_2作用下的全硫脱除率38.61%。红外光谱分析结果显示IL-H_2O_2处理的煤样中—SH、—S—S—等官能团下降比例高于H_2O_2处理的煤样,说明IL的加入有利于增强有机硫的脱除效果。XPS试验分析结果显示,经IL-H_2O_2处理后,煤样中硫醇(醚)、噻吩硫和(亚)砜硫含量均减少。但由于部分硫醇(醚)和部分噻吩硫被氧化为(亚)砜结构,导致硫醇(醚)和噻吩硫在有机硫中的相对含量明显减少,而(亚)砜硫相对比例有所增加。这主要是由于[Bmim][HSO_4]有效破坏了煤的氢键网络和小分子结构,使H_2O_2能更有效地氧化煤中有机硫,从而提高有机硫脱除率和全硫脱除率。     

还原态下流化床煤热解硫的释放

循环流化床燃烧时其底部为还原气氛，其脱硫反应机理与氧化态是不同的。针对这一问题，在流化床实验台上，对4种不同含硫量的煤样在3种不同还原性气氛下进行了热解实验。结果表明，还原态气氛下热解，煤中的硫主要形成硫化氢气态产物，H2S产生速率随着还原性气氛还原程度的增加而增加，由于原煤本身具有的氧，原煤中的硫的一部分以SO2的形式产生；硫酸盐的分解是产生SO2的重要途径。并得出还原气氛下煤中硫生成H2S的规律、还原气氛强弱、煤中含硫量对H2S生成的影响。     

巨厚火成岩对下伏煤层煤与瓦斯突出事故控制作用

以海孜煤矿120m巨厚火成岩下伏煤层群12个煤样为研究对象,采用工业分析、压汞试验和显微组分定量的方法,对比分析了7,8,9,10煤层的多元物性参数和与火成岩距离的关系.结果表明:煤层靠近巨厚火成岩,连续煤样的挥发分Vdaf有减小的趋势,灰分Ad有增加的趋势.煤样的孔隙率和比表面积有缓慢增大后急剧下降的趋势,这和岩浆侵入7煤有关.镜质组反射率Rm取值范围为2.358%～2.777%,煤层靠近岩床,Rm值有递增的趋势,煤的变质程度和成熟度提高.巨厚火成岩的热演化范围大于168m(1.4倍岩床厚度).火成岩像个密封盖,对下伏煤层瓦斯有圈闭作用,容易发生煤与瓦斯突出事故.     

Illinois No.6煤中有机氮和硫赋存形态的研究

煤中氮和硫是造成环境污染的重要来源,其赋存形态的研究广受关注.选用美国标准煤Illinois No.6煤的溶剂不溶组分(萃余煤)作为反应物,在温和条件下进行加氢热解,对热解产物进行分级萃取,用气相色谱-质谱联用仪分析萃取物的组成.结果表明,非催化加氢热解产物的总萃取率为4.1%,而在Ni的催化作用下,总萃取率高达13.5%;且后者有机氮、硫化物种类(27种)明显多于前者(10种).所检测到的含氮、硫化合物的类型主要包括异氰酸苯酯、异硫氰酸苯酯、苯胺、喹啉、二甲亚砜、硫醇、苯硫酚、硫醚、噻吩和噻蒽.这说明以萃余煤作为反应物,通过温和热解结合分级萃取的策略能够有效地从分子水平上揭示煤中有机氮、硫的赋存形态.     

富氧条件下煤燃烧特性的热重分析实验研究

为研究氧气浓度变化对煤燃烧特性的影响规律,利用热重分析对4种煤样在不同氧气体积浓度(21%、30%、40%、70%、100%)条件下的燃烧特性进行实验研究,根据实验结果分析氧气浓度对不同煤样燃烧动力学参数的影响.结果表明:随着氧气浓度的增大,煤样的着火温度及燃烬温度均呈下降趋势,且燃烬温度相对于着火温度下降得更快,煤粉...     

不同粒径煤样常压与带压解吸对比实验研究

为了研究煤储层内的带压解吸规律和不同粒径煤样在解吸过程中的差异,分别对取自沁水盆地晋城矿区寺河煤矿3#煤层的大块煤样和粒状煤样(粒径2~5cm)进行了等温吸附实验、常压(0.1 MPa,即1个大气压)解吸实验以及7个连续压降阶段的带压解吸实验.认为煤样内部的压降传递速度差异和煤储层本身的孔隙结构特征是造成不同粒径煤体降压解吸阶段迥异的主要原因.结果表明:相同温度、压力条件下,粉末状煤样(粒度60~80m,(mesh,180~250μm))吸附量是粒状煤样的1.20倍,是大块煤样的1.79倍;常压解吸条件下,粒状煤样的累计解吸量与相对累计解吸率分别是大块煤样的1.36,1.02倍;带压解吸条件下,粒状煤样的累计解吸量与相对累计解吸率分别是大块煤样的1.56,1.17倍.研究发现,不同粒径的带压解吸具有阶段性,其中前3个阶段大块煤样的累计解吸量以及相对累计解吸率均小于粒状煤样;后4个阶段大块煤样相对累计解吸率大于粒状煤样.     

煤粒径对气体产生规律和自燃倾向性影响研究

应用程序升温实验系统,对沙曲煤矿24305和25301两个采煤工作面进行了不同粒径煤样的程序升温实验,研究不同粒径煤样升温氧化过程中O_2、CO、CO_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6和C_3H_8等气体的产生规律,并计算了不同粒径煤样的耗氧速度和自燃倾向性判定指数。研究结果表明,煤样粒径越小,对氧气的吸附能力越强,耗氧量也越大;随煤样温度的上升,不同粒径煤样的耗氧速度和标志气体体积分数均由缓慢增加变为急剧增加,且煤样粒径越小其变化趋势越明显;煤样粒径越小,煤样的临界温度和干裂温度越低,煤的自燃性越强。     

咪唑类离子液体抑制煤自燃特性的研究

为了考察咪唑类离子液体对煤自燃特性的影响,开展热重-差热同步热分析试验测试.结果表明:离子液体对煤自燃的失重过程有明显的减弱作用,且不同离子液体的作用效果不同.效果最好的为[BMIM][BF4],抑制百分比约7.9%.同种阴离子([BF4]-)下,[BMIM]+的抑制效果比[EMIM]+强;同种阳离子([BMIM]+)下,[BF4]-的抑制效果比[NO3]-和[I]-强.差热结果显示:[BMIM][BF4]处理煤样峰值温度提高28℃,放热量明显变低.通过采用热动力学分析方法,计算出煤样自燃过程中的表观活化能(Ea)和指前因子(A),得出煤样增重阶段的活化能均高于对应失重阶段的活化能,说明煤在失重阶段更容易氧化自燃,[BMIM][BF4]处理煤的平均表观活化能高于其他煤样,说明其抑制效果较好.     

咪唑类离子液体抑制煤自燃特性的研究

为了考察咪唑类离子液体对煤自燃特性的影响,开展热重-差热同步热分析试验测试.结果表明:离子液体对煤自燃的失重过程有明显的减弱作用,且不同离子液体的作用效果不同.效果最好的为[BMIM][BF4],抑制百分比约7.9%.同种阴离子([BF4]-)下,[BMIM]+的抑制效果比[EMIM]+强;同种阳离子([BMIM]+)下,[BF4]-的抑制效果比[NO3]-和[I]-强.差热结果显示:[BMIM][BF4]处理煤样峰值温度提高28℃,放热量明显变低.通过采用热动力学分析方法,计算出煤样自燃过程中的表观活化能(Ea)和指前因子(A),得出煤样增重阶段的活化能均高于对应失重阶段的活化能,说明煤在失重阶段更容易氧化自燃,[BMIM][BF4]处理煤的平均表观活化能高于其他煤样,说明其抑制效果较好.