大柳塔煤及显微组分在不同气氛下的热解行为

煤热解与甲烷二氧化碳重整耦合(CP-CRM)过程是提高焦油产率的重要方法之一。煤的显微组分组成是影响煤热解反应过程的因素之一,N2气氛下的显微组分热解过程已有较为深入的研究,但显微组分在CP-CRM过程中的热解行为规律尚待研究。通过固定床实验探讨不同反应温度和气氛对显微组分热解产物分布规律的影响,对比研究了甲烷二氧化碳重整(CRM)与N2气氛下大柳塔原煤及显微组分热解特性的差异。通过模拟蒸馏、核磁共振和GC-MS等表征方法对焦油进行分析,认识显微组分结构对热解焦油组成的影响。结果表明,在N2气氛下,镜质组和惰质组展现出不同的反应特性,镜质组热解焦油产率明显高于惰质组,主要归结于显微组分结构的差异导致的反应性不同。CRM气氛能显著提高热解焦油的产率,尤其对惰质组的作用效果最明显,使惰质组的焦油产率相比N2气氛提高16%,主要归结于CRM过程产生的自由基参与煤热解反应。焦油组成分析表明,在N2气氛下得到的热解焦油中,镜质组具有较高比例的脂肪类物质,惰质组具有较高比例的芳香类物质;CRM气氛下焦油中单环芳香烃的比例提高,轻质组分中蒽油的相对含量提高最为显著,同时CRM气氛下惰质组产生的焦油中三环、四环芳香烃的比例明显下降。     

煤热解影响因素与油品提质研究进展

为全面了解煤的热解过程,探讨了煤化程度、热解温度、升温速率、停留时间、热解气氛以及热解压力等不同热解条件变化对煤热解行为、产物分布和产品性质的影响,提出了通过对热解过程中不同影响因素的调控与优化,从而实现煤的定向热解转化得到所需要的热解目标产物的方法。针对煤热解产物油品的提质,提出了催化热解和共热解2个研究思路,介绍了不同类型催化剂以及与不同物质的共热解对油品提质的影响。实践证明,通过在煤热解过程中添加一定量的催化剂(催化热解)或富氢物质(共热解)能够有效地使热解油中的重质组分转化为轻质组分。     

煤热解提高焦油产率及品质关键技术与研究进展

针对低阶煤热解工艺普遍存在的焦油产率低、焦油中重质组分(沸点高于360℃的组分)含量高等关键技术问题,从煤热解机理及焦油产生过程出发,探讨了影响焦油产率和品质的主要因素,提出通过原煤预处理强化挥发分的组成和结构的控制、设计结构新颖的热解反应器调控煤颗粒的热解和挥发分的二次反应过程、协同控制热解条件、控制油气中粉尘含量等提高焦油产率和品质的方法。期望新型的热解技术可处理较宽粒度范围的煤,降低挥发分在高温区的停留时间、抑制焦油二次反应,提高轻质焦油含量,并降低焦油中粉尘含量,构建热解条件和焦油组成之间的协同调控,实现煤热解油品品质强化。     

煤族组分有机元素组成研究

以烟煤为研究对象,使用CS2/NMP混合溶剂和反萃取剂,将徐州夹河气煤、河南平顶山肥煤和山西介休焦煤在常温常压下分离为萃余煤组分、沥青质组分、精煤组分和轻质组分四大族组分,对各族组分的产率和有机元素组成进行了对比研究.     

热解气二次反应油尘分离过程分析及工艺调控方法

针对低阶煤热解工艺普遍存在焦油品质差、粉尘含量高、气固分离困难等关键技术问题,详细分析了煤热解时颗粒内和颗粒外的挥发分二次反应过程,探讨了温度、停留时间、碱金属催化作用、压力及气氛等因素对热解气二次反应的影响,并指出热解气二次反应调控存在的技术难点。基于前人的研究成果,提出需深入解析含尘含油高温热解气的组成和结构,研究热解气对固相颗粒的黏附及夹带作用,揭示高温热解气组成、二次反应与焦油品质之间的协同机制;研究气固高效分离机制降低粉尘含量;通过研发新型的热解反应器及优化反应器结构以强化热解反应速率,调控挥发分在反应器的温升、停留时间及定向催化等来降低焦油中重质组分的含量。基于上述调控方法,可有效调控热解气二次反应并提高热解油气的产率及品质。     

伊敏褐煤不同组分相互作用的热重-质谱分析

煤成烃及煤化作用一直是煤化学领域的核心问题,为深入理解煤成烃及煤化作用机制,选用伊敏原煤及其不同有机组分为研究对象,运用热重-质谱(TG-MS)联用系统,在详细分析伊敏煤6种不同有机组分的热解特征以及主要气态产物(H₂、CH₄、C₂H₆、CO₂和苯)的在线析出行为的基础上,对不同有机组分的相互作用机制进行了深入探讨。原煤的热失重曲线及产物的生成曲线不是其不同有机组分热失重曲线和产物生成曲线的简单加和,表现为峰的个数和形状均存在较大差异,表明在热解过程中煤中不同有机组分间存在着相互作用。为进一步理解其相互作用机制,对不同有机组分间互不影响时各产物的逸出速率曲线进行了计算,详细分析了不同有机组分对不同气态产物生成的影响,结果显示:煤中的矿物质对H₂、CH₄及烷烃类的生成具有促进作用,对CO₂的生成具有抑制作用,而对苯的生成影响不显著;腐植酸的存在促进了C₂H₆的生成,抑制了...     

低中煤级煤结构演化的FTIR表征

通过对28个最大镜质组反射率0.295%-2.047%镜煤样品的FT-IR分析,获得低中煤级煤结构的演化规律及机理。研究表明：煤化学结构主要由芳香结构、脂族结构和含氧官能团组成。煤的结构演化分为三个阶段,分别是镜质组反射率小于0.8%、0.8-1.3%和1.3-2.0%。在镜质组反射率小于0.8%阶段,以含氧官能团的脱落和脂肪类物质的富集为主;在镜质组反射率0.8-1.3%阶段,则主要是脂肪类物质的富集和支链化程度的增加或脂环化作用与芳香化作用的协同;在镜质组反射率1.3-2.0%阶段,则在镜质组反射率小于1.7%前,主要为脂肪类物质的热解断裂,而之后,则是随着脂肪类物质的断裂脱落,形成新的芳香结构体系。低中煤级阶段煤结构的演化特征与第一、二次煤化作用跃变的发生密切相关。     

煤全组分分离工艺中溶剂循环优化研究

 摘要 为了研究煤全组分分离工艺中溶剂循环优化问题,采用新鲜NMP溶剂、精馏塔釜液NMP和减压蒸馏回收NMP溶剂分别与CS2按体积比1：1的比例配成混合溶剂,同时使用反萃取剂,对淮北童亭煤进行了温和条件下的萃取反萃取实验研究,分别制得了相应的萃余煤组分、精煤组分、沥青质组分和轻质组分四大族组分,对各族组分的产率和FTIR特征吸收峰进行了对比研究。结果表明：原煤经三种溶剂三级萃取后总产率以新鲜NMP溶剂>精馏塔釜液NMP>减压回收NMP溶剂;三种溶剂萃取所得同一族组分组成结构彼此相似,脂肪族成分主要富集于沥青质组分,含氢键缔合的-OH（或-NH）及酚类组分主要富集于精煤组分,而含芳香族结构的成分和矿物质则主要富集于萃余煤组分中。精馏塔釜液NMP可直接作为循环溶剂使用,当其中的轻质组分积累到一定量后,提取部分塔釜液由减压蒸馏除去其中的轻质组分后再循环,以此实现溶剂的循环优化利用。在此基础上提出了煤全组分分离工艺技术路线。     

气煤活性组分对高硫煤热解硫分的调控作用研究

在热转化过程中对硫分变迁行为进行定向调控从而改变硫分在热解产物中的分布,将是解决高硫煤配煤炼焦所面临难题的有效途径。通过对气固相的分析探讨从而研究气煤活性组分对硫分的调控机制,以期为气煤(QM)和高硫煤配煤炼焦提供理论基础。根据国标方法将气煤进行浮沉实验,得到4个分选组分QM-D1 (1.30 g/cm~3)、QM-D2 (1.30 g/cm~3～1.35 g/cm~3)、QM-D3 (1.35 g/cm~3～1.40 g/cm~3)、QM-D4 (1.40 g/cm~3～1.50 g/cm~3),对其煤质特性、煤岩组成以及在高硫煤配煤热解过程中硫分的调控行为进行研究,并与原煤进行对比分析。结果表明:气煤不同分选组分的煤质特性存在显著差异,随着密度的增加,煤样的芳构化程度增加,烷烃类气体的释放温度向高温区移动;脂肪结构丰富的活性组分主要富集在低密度组分(QM-D1)中,惰性组分集中在高密度组分(QM-D4)中;在煤共热解过程中用QM-D1代替QM时可降低焦中硫含量,究其原因是煤中活性组分产生的氢自由基会稳定硫自由基并形成气体释放。     

基于热重的煤热解反应动力学试验研究

采用热重分析法对4种不同粒径范围内的5种不同煤样进行热解特性试验研究,以考察煤化程度和粒径对煤热解过程的影响规律,同时对其热解动力学进行了特性分析。试验结果表明,煤的热解反应活性随着煤化程度的增加而逐渐降低;煤的传质传热受到粒径影响,煤的热解总失重率随着粒径的增大而减少,但当粒径小于一定数值时,蒙东褐煤、河曲2#煤和孙家沟煤的热解总失重率反而随着粒径的减少略有增加。在热重试验的基础上建立热解反应动力学模型并求解模型参数,把握热解特征和规律,以期在一定程度上对煤炭地下气化提供相应的理论指导。     

压块工艺条件下煤种对活性炭孔结构发育的影响

以胜利褐煤、3种低阶烟煤（灵武煤、神木煤、大同煤）和太西无烟煤为原料,采用压块工艺制备煤质颗粒活性炭,借助煤中无机矿物质组分与含量、炭化料微晶结构参数等指标考察煤种对活性炭孔结构发育的影响。结果表明：① 随着煤化程度（Cdaf）的提高,炭化料的微晶层厚度（Lc）和石墨化度(G)升高,活性炭的比表面积（SBET）增大,平均孔径（da）减小;② 煤中的矿物质含量和组成对活性炭的孔结构发育亦有重要影响,灰分过高意味着可以造孔的有机炭含量降低,但无机质中Ca,Fe等物质会催化活化反应,促进活性炭孔的发育。压块工艺条件下,煤种（煤化程度）仍然主要通过影响炭化料内微晶尺度和矿物质组成来影响最终所得活性炭的孔结构。     

煤热解焦油催化裂解和乙烷水蒸气重整耦合提高焦油品质

本文旨在通过在炭基催化剂上发生的煤焦油原位催化裂解与乙烷水蒸气重整过程耦合以提高轻质焦油产率。以平朔煤(PS)为煤样,利用常压固定床反应器在氮气以及乙烷水蒸气混合气氛下进行焦油提质实验,并使用半焦(Char),活性炭(AC)以及活性炭负载金属钴和镍(Co/AC,Ni/AC)作为提质催化剂,对比考察催化剂种类和反应气氛对提质过程中焦油及气体产物的影响。同时,为了解提质过程所得焦油产物的组成和性质,利用模拟蒸馏,GC-MS等表征手段对焦油进行检测分析。结果表明,活性炭负载Ni催化剂(Ni/AC)可催化乙烷水蒸气重整反应,产生的·CH x,·C 2H x,·H等小分子自由基可与焦油催化裂解产生的自由基结合,避免焦油过度裂解。与未加催化剂得到的平朔煤热解焦油相比,采用Ni/AC使轻质焦油(沸点低于360℃馏分)的质量分数和产率分别提高54.3%和52.4%,同时焦油中BTEXN(苯、甲苯、乙苯、二甲苯和萘)等芳烃组分产率明显提高;乙烷水蒸气混合气氛下(耦合过程)比同条件氮气下的焦油产率和轻质焦油产率分别提高38.1%和35.3%,焦油中C2~C3烷基取代苯和C1~C2烷基取代酚的相对含量有明显提高,说明乙烷和水蒸气被活化并参与了焦油形成过程。煤热解焦油的原位催化裂解的总体效果是将焦油中重质组分转化为轻质焦油和热解气,其提质效果与催化剂的活性组分密切相关,且反应气氛在煤焦油的形成过程中具有重要作用。     

吐哈盆地三道岭煤矿4号煤层煤岩组分特征及其成因分析

三道岭矿区位于吐哈盆地哈密坳陷，是南疆重要的煤炭基地，为了研究吐哈盆地西山窑组富惰质组煤岩组分及成因，采集了三道岭煤矿西山窑组4号煤层煤为样品，采用煤岩学、煤化学和煤相学等方法，通过对样品进行工业分析、显微组分鉴定，系统地分析了西山窑组4号煤层的煤岩组分特征，并探讨了富惰质组煤的成煤环境。研究结果表明，中侏罗统西山窑组4号煤层以暗淡煤-半暗煤为主，煤岩组分以富惰质组为主，平均含量高达76.1%,其次为镜质组，壳质组含量最低，属于低变质煤，富惰质组以半丝质体为主，镜质组以基质镜质体为主，矿物组成以粘土矿物和碳酸盐矿物为主。4号煤层煤质属于特低灰、中等挥发分、高碳低氢的特低硫煤，煤灰成分以CaO、Fe₂O₃为主，灰成分指数K介于0.25～10.64之间；成煤期环境主要表现为干燥的森林泥炭沼泽氧化型，成煤植物主要以银杏、松柏等木本植物为主，这些植物生长茂盛易于形成巨厚的煤层，同时西山窑组处于退水沉积序列，覆水性弱，泥炭整体处于弱还原环境下，物质丝炭化作用强烈，形成了富惰质组煤。     

晚二叠世树皮煤(体)的结构和反应性

自从1933年谢家荣报道江西乐平地区典型树皮煤以来,树皮煤(体)因其具有特殊的化学性质,引起了广泛关注。典型的树皮煤和树皮体主要存在于中国南方晚二叠世,尽管在树皮煤(体)化学性质方面已经取得了一些重要的研究进展,但关于其结构特征和热反应性缺乏系统研究,直接影响了树皮煤的合理利用。通过结合已有的大量参考文献和课题组的研究数据,围绕树皮煤和树皮体的结构和热反应性方面,进行了细致的总结与分析,重点探讨了树皮煤(体)的化学组成、有机地球化学特征、化学结构特征和热反应性,重新分析了对树皮煤定义的界定,推测建立了树皮煤化学结构与植物前驱体化学结构之间的关系图,指出了树皮煤(体)的元素组成方面至少表现出4点特殊性质：高氢含量、高H/C原子比、高挥发分以及高硫含量。结构上主要讨论了树皮体的物理结构和化学结构2方面,表明了树皮体最明显的化学结构特征是具有丰富的脂肪族结构,在镜质组反射率从0.67%增加到1.12%,树皮体的形态结构逐渐由纤维状向不规则网状结构演化,其定向性排列越来越强,与镜质组的结构演化特征相似。树皮煤(体)具有许多异常的热行为,如强烈的热解作用、超高的基氏流动度、良好的生烃潜力和液化性...     

低阶煤微波辅助催化热解焦油特性研究

为提升低阶煤热解焦油产品的品质,在微波管式热解炉内,考察了K、Ca和Fe对煤热解焦油生成特性的影响,研究了不同焦油产品的族组分分布和芳香烃组成结构的变化规律。结果表明:负载K、Ca和Fe的煤样会快速响应微波产生极化损耗和电导损耗,使得活性组分周围被选择性加热因而诱发焦油催化裂解反应进行。微波辅助金属组分可催化调节焦油族组分分布,K、Fe使苯及其衍生物含量分别增加了12.8%和25.15%,Ca使脂肪烃含量显著增加了212%。K、Ca和Fe显著促进了三环、四环芳烃的开环裂解并使得四环以上芳烃几乎消失,其中Fe可将三环芳烃芴、苊和菲及其衍生物含量分别降低62.68%,67.25%和58.33%,表明微波辅助金属组分改变了重质芳烃的裂解途径,促进了焦油产品的轻质化。     

中国煤储层岩石物理学因素控气地质特征及其机理

基于全国主要矿区和勘探区统计资料，总结了煤级、煤岩类型、显微组分组成等煤的岩石物理学因素与煤层含气量、吸附性、渗透性等之间的关系，探讨了煤储层岩石物理学特征的控气作用机理。发现煤级一含气量的“包络线”具有阶段性演化规律，最大含气量的显著变化与煤化作用阶跃高度一致，煤储层含气量较高的地区沿纬向等间距展布且与较高煤级分布区吻合，煤的兰氏体积与镜质组含量关系中存在一个镜质组含量临界值。指出不同煤化作用阶段控气作用的实质在于煤物理结构和化学结构的演化，沉积作用控气的思路对煤储层渗透率非均质性预测具有一定实践意义。     

反应器改进对煤热解工艺的影响及其研究现状

基于低阶煤热解工艺普遍存在焦油收率低、焦油中重质组分含量高等问题,对热解反应器的改进有利于定向调控焦油产率的热解技术开发,因而很有必要对煤热解反应器的分类及其应用、新型煤热解反应器的研究现状进行分析研究。概述了移动床、流化床、气流床以及回转窑等4种常规热解反应器的基本特征,揭示不同类型反应器对热解工艺中煤粉粒度、热载体及热解过程的影响,并对不同类型反应器的代表性热解工艺及其特点进行总结。根据反应器内增设内构件可提高传热效率及调控热解反应过程、分段设置反应器可减少热解二次反应及提高焦油产率、多种类型反应器耦合能够提高转化效率等研究成果,提出热解反应器开发的重点方向在于反应器内增设内构件、分段设置反应器以及多种类型反应器耦合。     

艾维尔沟煤中镜质组配煤在成焦过程中的结构演化

为了深入了解煤中活惰组分的相互作用机理以及完善配煤炼焦理论,富集艾维尔沟煤中镜质组(活性组分)等比例配入标准无烟煤(惰性组分)并热解至不同温度(600℃~1000℃)后骤冷(液氮)制成焦样,利用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱表征以研究焦样的结构演化规律。结果表明:艾维尔沟煤镜质组与标准无烟煤等比例混配形成的焦样随着成焦温度的升高,焦的微晶尺寸和芳香度逐渐增大,堆垛高度先降低后升高,芳香片层堆积个数先降低又升高,焦的结构无序先增加后减小,石墨化程度则先下降后增加,碳微晶结构参数均在900℃发生转折,说明艾维尔沟肥煤热解固化成焦时继续缩聚反应至900℃后才开始石墨化进程并由焦转变为焦炭。     

微波条件下混合溶剂抽提煤的研究

微波辅助下以四氢呋喃/N,N-二甲基甲酰胺、丙酮/N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,对铁法原煤及脱灰煤的抽提结果进行了考察。结果显示脱灰煤和原煤的抽提率及抽提物族组成含量都有所不同。采用气相色谱/质谱联用技术分析了脱灰煤四氢呋喃/N,N-二甲基甲酰胺抽提物的化学组成,分析表明抽提物主要由脂肪族化合物、芳香族化合物和杂原子化合物三类成分组成,同时含有高附加值的精细化学品。其中脂肪族化合物以正构烷烃居多,芳香族化合物主要是苯系衍生物,杂原子化合物以含氧衍生物为主,并有含氮的化合物。     

煤自燃中的各种基元反应及相互关系:煤氧化动力学理论及应用

针对煤结构及其反应的复杂性,在综合分析煤中活性基团种类、结构形式及其在反应中转化特性的基础上,构建了煤自燃中的活性结构单元,采用前线轨道理论和量子化学计算分析了活性位点上的电子转移及其完整反应路径、活化能及放热量,建立了煤自燃过程中的13个基元反应及其反应顺序和继发性关系,揭示了以氧气引发的持续将煤中原生结构转化为碳自由基并释放气体产物的低活化能链式循环的煤氧化动力学过程,提出了煤氧化动力学理论,阐明了煤自燃产热产物的反应机理,该理论在煤自燃倾向性鉴定和煤自燃高效化学阻化技术研究中得到了成功应用。