不同镜惰比低阶煤的结构特征及其热解行为

热解是煤液化、气化等洁净煤技术的基础，尤其是对于低阶煤的利用上。为进一步研究低阶煤的热解特征，以一系列不同镜惰比赵家庄(ZJZ)、马蹄罕(MTH)、豆塔(DT)煤(V/I分别为0.1、0.76、1.76)为研究对象，采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)与X射线衍射(XRD)技术分析样品的化学结构；通过热重-质谱(TG-MS)联用技术，检查了样品在30～900℃的热解过程及其气体逸出行为。结果表明：不同镜惰比低阶煤中的化学结构含量有较大差异，与富惰质组ZJZ煤相比，富镜质组煤有着相对丰富的脂肪族结构，长脂肪侧链，以及含氧官能团，尤其DT煤中含有丰富的C—O。相应的芳香结构含量随着镜惰比增加而减少。同时，随着煤中镜惰比增加，芳香层片间距d002、横向延展度与纵向堆砌高度之比(La/Lc)增大，芳香层堆砌高度Lc、芳香层尺寸La以及堆砌层数N减小。DT、MTH、ZJZ煤在热解中失重量依次为36.4%、32.2%、28.9%，随着镜惰比降低，最终热解气态产物产率以及最大热解速率相应降低。在热解过程中有H₂、H₂O、CH₄、CO、C...     

低阶煤的热溶萃取提质研究进展

低阶煤的热溶萃取提质是利用溶剂在温和条件下对低阶煤进行热萃取，通过对原煤的脱水与多级分离，可得到无水、无灰、高热值与良好热塑性的萃取产物与低水分的萃余煤。同时萃取产物在配煤炼焦、高级燃料及炭材料制备等多个领域均具有实际应用优势，拥有较高的附加值，并且该技术中溶剂具备可循环利用的优势。因此，热萃取提质是实现低阶煤分级分质转化利用的有效途径之一。本综述首先介绍了现有各类低阶煤提质处理方式；然后梳理了热溶萃取提质发展脉络，重点综述了低阶煤热溶萃取提质的各类影响因素、反应机理、现有工艺以及产物的利用途径；最后利用“Web of Science核心合集”作为数据源，使用CiteSpace科学计量软件刻画了煤溶剂萃取的知识图谱，通过对研究主题进行分析，总结研究方向并预测研究热点，为低阶煤热溶萃取提质研究提供一定的参考价值。综合分析表明：新型低成本绿色溶剂的选取、萃取产物结构表征及高值利用等领域具有较高的研究趋势，同时需要对萃取机理及萃取物特性定向调控开展深入研究，进一步推动工艺规模化生产进程。     

中温沥青族组分的分离及基础物性研究

煤沥青族组分的基础物性对其衍生炭材料的质量提升具有极大的影响。以正庚烷、甲苯、喹啉为萃取剂,采用单溶剂萃取法分别对中温沥青(AGMP)进行萃取分离,得到3种族组分,分别为正庚烷可溶组分(HS)、甲苯可溶组分(TS)和喹啉可溶组分(QS)。利用元素分析和傅氏转换红外线光谱分析(FTIR),结合分峰拟合处理方法对3种组分的分子结构信息进行研究,利用TG/DTG对其热解特性进行分析,并利用扫描电子显微镜(SEM)对相应热解产物的微观结构进行研究。结果表明:HS、TS、QS的芳香性指数和支链化指数依次增加,热解剩余质量依次增加而最大失重速率依次减小。3种可溶组分热解产物的微观结构均表现出良好的片层结构和纤维状结构,可作为优质炭材料的前驱体。     

陕煤集团低阶煤分质利用绿色低碳发展研究

低阶煤是煤炭清洁高效利用的一条重要路径。介绍了陕煤集团在低阶煤分质利用方面所取得的关键核心技术成果,重点阐述了陕煤集团新型直立炉热解技术、小粒煤热解工艺、粉煤热解工艺、煤焦油制芳烃及特种油品制备技术、半焦利用技术、热解煤气利用技术等关键技术及其应用进展：新型直立炉热解技术实现了粉煤、小粒煤、块煤的综合热解提质,热解效率大幅提升;自主研发的低阶粉煤气固热载体双循环快速热解技术(SM-SP)使粉煤与热载体能充分混合接触并快速反应实现煤的热解;自主研发的煤焦油全馏分加氢多产中间馏分油技术(FTH),解决了低温煤焦油沥青难以加氢转化的世界性难题,为煤焦油全馏分加氢产业化打下了坚实的基础。最后,提出陕煤集团低阶煤分质清洁高效利用中长期发展目标。     

煤沥青溶解性及可溶物中的多环芳烃分布

选用石油醚、甲醇和二硫化碳等9种常见有机溶剂对山西某厂所产煤沥青(简称CTP)进行超声萃取,对比萃取率和溶剂溶解度参数,发现溶解度参数在9~10(cal/cm3)1/2的溶剂对CTP煤沥青有较好的溶解性。采用气相色谱仪(GC)定量分析各萃取物中多环芳烃的含量,然后对各萃取物进行红外光谱(FTIR)测试,并且对FTIR光谱图进行分峰拟合,以此来研究煤沥青中芳环结构在不同溶剂中的分布特征。结果表明:在9种溶剂的萃取物中均检测到了美国环保署优先监控的除苊烯外的有毒多环芳烃;各萃取物中荧蒽的含量均为最高,且石油醚和正己烷对荧蒽的萃取选择性较好,通过后续分离手段有望获得荧蒽纯品;各萃取物中检测到的多环芳烃主要以高致癌的苯并芘和二苯蒽等环数为4或5的芳烃为主,且环己烷可高选择性地萃取这些芳烃,因此在对CTP进行脱毒时,可选择环己烷作为介质,以实现煤沥青高效脱毒的目的。根据红外拟合参数结果,对比了各萃取物的芳香度和芳环的缩合程度,发现二硫化碳和甲苯等萃取物的芳香度和芳环缩合度较大,可作为生产炭材料的前驱体。     

中低温煤焦油沥青组分的热解特性及动力学研究

中低温煤焦油沥青(MLP)为人造炭材料的重要原料,研究其组分的热解特性及动力学对高品质中低温煤焦油沥青基炭材料的制备具有重要意义。以中低温煤焦油沥青为原料,分别采用正丁醇(BA)和二甲基亚砜(DMSO)为萃取剂以获得4种沥青组分,通过热重分析仪对中低温煤焦油沥青和4种族组分的热解行为进行研究,利用Flynn-Wall-Ozawa法、Kissinger-Akahira-Sunose法和Satava-Sestak法计算热解活化能以及热解动力学参数。结果表明：MLP、DMSOS、BAI组分的热解反应机理符合随机成核及其后续增长模型,最佳热解机理函数分别为G(α)=[-ln(1-α)]^4/3、G(α)=[-ln(1-α)]⁴、G(α)=[-ln(1-α)]²,活化能分别为73.99、180.20、46.09 kJ/mol, lg A分别为5.82、13.57、3.32;BAS组分的热解反应机理符合二维扩散模型,最佳热解机理函数为G(α)=α+(1-α)ln(1-α),E=85.36 kJ/mol, lg A=6.18;DMSOI...     

淮南煤热解反应的热重质谱联用研究

利用热重质谱(TG-MS)联用系统研究了淮南煤的热解反应,分析了H2、H2O、CO2、含硫产物、轻质烃和芳香烃类的气体逸出情况,并对神木煤和兖州煤的热重质谱研究结果进行了分析对比。     

煤科院低阶煤热解技术的发展

简单介绍了国内外低阶煤热解技术的发展现状及代表性工艺技术,对比分析了低阶煤主流热解工艺的特点及其存在的问题,阐述了煤科院低阶煤热解技术发展历程,从工艺流程、技术特点等方面剖析了煤科院多段回转炉(MRF)、内热式滚动床、内旋移动床的热解技术研究发展现状。对低阶煤热解技术的发展趋势及研发重点进行了展望,指出应结合低阶煤分子结构特点合理抑制热解过程中的粉尘产生,开发低阶煤热解产品的品质调控技术,形成以热解为龙头的低阶煤多联产产业链。     

低温热解对低阶煤表面疏水性的影响机制及半焦可浮性分析

低阶煤泥表面疏水性差,难以通过常规浮选实现高效分选提质。此外,低阶煤与氧气反应活性高,易发生自燃,但由于煤层或煤堆内部氧气含量低,其主要还是以受高温烘烤作用(类似于低温热解环境氛围)为主,而低温热解转化已逐渐成为低阶煤高效利用的途径之一。因此,探究低温热解对低阶煤表面疏水性的影响,并揭示热解固体产物半焦的可浮性变化规律,对低阶煤的高效合理利用具有指导意义。以不黏煤为研究对象,采用热重分析仪(TGA)描绘煤样热解过程中的失重特性;气相/液相色谱(GC/LC)检测热解过程中挥发性产物的组成;X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)表征热解前后煤样表面官能团和微观形貌的变化规律;诱导时间测定仪和单元浮选试验分析煤样热解前后疏水性和可浮性的变化情况。结果表明:煤样经低温热解后失重明显,大量挥发性组分(氢气、甲烷等气态产物,苯酚为主的液态产物)逸出,直接导致煤表面亲水性含氧官能团含量相对减少,疏水性官能团含量相对增加;热解半焦表面孔隙、裂痕显著增加,粗糙度增大;与原煤相比,热解半焦诱导时间显著缩短,浮选产率明显增高。低温热解增强了不黏煤表面的疏水性,提升了浮选回收率,从而促进了低阶煤"低温热解转化-半焦浮选提质"联合工艺的发展。     

基于活化能指标煤的自燃倾向性研究

运用热重分析手段对煤从常温到燃点之间的氧化热解过程进行了研究，运用不同动力学机制模型函数分别对热重分析数据进行了处理和相关性分析.结果表明，煤炭氧化热解过程符合一级化学反应动力学机制，据此求出活化能，利用活化能指标来划分煤的自燃倾向性.     

低阶煤中含氧官能团干燥前后的演变规律

采用傅里叶红外光谱法对经不同干燥过程前后低阶煤中官能团进行研究,基于拟合处理方法分析了煤中主要官能团在干燥过程中的变化规律。结果表明,在低温干燥和高温干燥过程中,随干燥温度的增加,低阶煤中主要官能团均呈现先减少后增加的趋势。当低温干燥温度超过190 ℃,高温干燥温度超过600 ℃时,煤中主要官能团增多,表明该煤被严重氧化。在模拟烟气干燥过程中,亚甲基是低阶煤脂肪烃结构中最易被氧化的部分,烟气中含氧量越高,煤受氧气氧化作用越强。在高温600 ℃模拟烟气干燥过程中,干燥介质中的氧气主要氧化煤分子结构中的芳香烃,干燥后低阶煤的自燃倾向性最弱,不易发生复吸现象。     

煤加氢液化残渣平均分子结构研究

为得到煤液化残渣的平均分子结构模型,对神华煤加氢液化残渣依次使用正庚烷、甲苯、吡啶进行逐级萃取,分别得到正庚烷可溶物(HS)、正庚烷不溶-甲苯可溶物(HI-TS)以及甲苯不溶-吡啶可溶物(TI-PS)3种可溶组分。通过元素分析、凝胶渗透色谱(GPC)以及傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)、核磁共振(NMR)等现代仪器分析手段,结合平均分子结构参数计算方程得到了3种可溶组分的平均分子式及平均分子结构模型。计算结果表明:HS,HI-TS,TI-PS组分的平均相对分子质量分别为198,448,722;平均分子式分别为C14.41H15.80N0.08O0.47S0.012,C33.49H25.90N0.25O1.07S0.015,C53.03H38.03N0.98O2.21S0.014;平均分子结构以缩合芳环结构单元为主,同时含有1~2个氮、氧杂环或脂肪环,含有一定的烷基侧链,芳香度高。     

ASE萃取对低、中阶煤增产生物气的研究

为研究有机溶剂萃取对不同煤阶煤生物气的增产效果,采用加速溶剂萃取法(ASE)分别对中阶煤与低阶煤进行预处理,对原煤预处理后所得残煤和萃余物进行微生物成气实验.通过改变ASE的条件参数,讨论不同萃取温度和萃取次数对煤萃取效果的影响,分析了不同煤阶的原煤、萃取残煤和萃余物的生物甲烷的产生途径及增产效果,对原煤、萃取残煤和成...     

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.     

低阶煤中镉的赋存对其在热解中释放的影响

为了探明重金属镉元素在低阶煤热解过程中的释放机制,在铝甑反应器中考察了不同热解终温下(400~800 ℃)新疆淖毛湖煤和宝日褐煤热解过程中镉的迁移转化行为。提出了“原煤热解行为-镉在煤中的赋存形式-重金属镉的释放行为-FactSage模拟”这一技术路线,首先在TGA反应器中考察了2种低阶煤的热解特性,其次利用逐级化学提取法和电子扫描电镜研究了重金属镉在煤中的赋存形式,然后在铝甑反应器中研究重金属镉在煤热解过程中的释放行为,最后结合FactSage热力学模拟计算,分层次系统地揭示重金属镉元素在热解过程中的释放机制。结果表明,镉在煤中的赋存形式决定了其在煤热解中的挥发性:2种低阶煤中有机结合态的镉元素比例均较高,导致低温时镉元素即可随着有机质的热分解而逸出;宝日褐煤中铁锰结合态镉元素较多,且大多分布于煤颗粒表面,受热容易分解从而导致其挥发;高温时宝日褐煤由于其SiO2含量较高,高温下熔融硅酸盐可与气态的镉元素发生反应,使镉元素的挥发率降低,而淖毛湖煤由于其含有的碱金属和碱土金属较多,可与矿物形成低温共熔物而导致镉元素释放率持续增加。另外,FactSage化学热力学模拟的结果与实验现象相符。计算表明镉是一种易挥发的元素,低温时煤中的镉元素几乎全部以气态单质镉的形式挥发,镉不与煤中Si,Al,Cl,Fe和碱金属等元素反应,但是这些矿物对镉元素进行吸附或包裹会影响镉元素在热解中的释放。     

煤矿运输胶带热解动力学参数研究

为构建矿井胶带火灾早期预警体系，防控巷道外因火灾事故，利用热重—傅里叶红外光谱联用实验，结合热解动力学，研究5、10、15、20 K/min 4种升温速率下胶带的热解历程。结果表明：不同升温速率下的热重(TG/DTG)曲线、气体产物等具有相似规律和趋势，随升温速率增加各参量特征值向高温方向滞后；胶带热解经历2个明显失重阶段，第一失重阶段发生交联缩聚热解反应，活化能E在105～107 kJ/mol,指前因子为15.92 min^-1,第二失重阶段发生脱链解聚热解吸热反应和挥发分氧化放热反应，活化能E在130～220 kJ/mol,指前因子为37.13 min^-1,高于第一失重阶段，两阶段热解过程可用Avrami-Erofeev方程表征。     

深部低煤阶煤层高值化学品与天然气共采技术构想

温和氧化解聚作用下,低阶煤(褐煤、长焰煤)可高效生成高值化学品,同时煤体多尺度流动能力显著改善。针对我国低阶煤资源丰富与煤层中赋存巨量天然气的地质背景,结合低阶煤化学性质特点,提出了基于原位氧化改性的深部低煤阶煤层高值化学品与天然气共采技术构想,从氧化解聚制备羧基化学品方法、氧化改性提高煤层气采收率机理、共采技术模式、地质及工程有利条件等4方面论证了该技术可行性。调研总结发现：低阶煤具有丰富的含氧官能团(如羧基—COOH和酚羟基—OH)和侧链,为氧化解聚制备高值化学品(如羧酸)提供了关键前体结构;过氧化氢、次氯酸钠等氧化剂,在低温(<100℃)、常压条件下,温和氧化解聚低阶煤可高效、低成本制备羧基化学品,实现低阶煤非能源化高值利用;氧化解聚反应对低阶煤具有明显的氧化改性作用,主要表现为煤表面对甲烷的吸附能力减弱、水的疏水性增强、形成溶蚀孔与微裂缝,并可原位生成CO₂,从而增加了煤层气解吸-渗流能力。围绕深部低煤阶煤层气井高效增产改造需求与枯竭煤层气井二次利用,设计了单井压裂-溶浸开采(采气为主)与群井压裂-溶浸开采(采高值化学品为主)2种技术模式。前者通过注...     

COREX炼铁工艺用煤的热解特性及气体生成规律

采用热重质谱联用分析技术研究COREX炼铁工艺用煤的热解特性及热解气体产物的生成规律,并且结合COREX熔融气化炉炉内条件考察煤种、升温速率、CO气氛等因素对煤热解行为的影响。研究结果表明：兴隆庄煤和大同煤具有相似的热解特性及气体释放规律,其中煤阶较低的兴隆庄煤热解的质量变化速率大于大同煤。升温速率越大,煤热解的质量变化速率越大,然而对煤热解的最终质量分数影响不大;气体组分的释放速率随升温速率的增大而增大,并且最大释放速率所对应的温度向低温偏移;CO气氛使煤的热解最大质量变化速率降低,同时使二次裂解反应滞后。     

不同煤级煤四氢呋喃阶段萃取物的化学组成与动力学机制

为了探讨溶剂萃取过程中不同煤级煤的小分子化合物溶出行为及其机制,以四氢呋喃(THF)为溶剂,对褐煤、长焰煤、肥煤、贫煤和无烟煤进行了分次索氏萃取,借助于柱层析法和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS),分析了不同分馏时间段各类煤的萃取率、族组成和化学组成的差异及其实质。结果表明:煤的萃取过程可划分为2个阶段,其中第Ⅰ阶段萃取速率远大于第Ⅱ阶段;相比于第Ⅰ阶段,第Ⅱ阶段的萃取物中烃类含量较低,非烃类含量较高;除了褐煤以外,随着萃取时间的增加,其他煤的萃取物中化合物的种类逐渐减少;各类煤的萃取物中,杂环化合物含量高且种类多,相比而言芳烃在中级烟煤萃取物中含量较高,而脂肪烃中长链烷烃在中低级煤萃取物中含量较大。     

贫氧环境下褐煤升温氧化特性的实验研究

为了研究贫氧环境下褐煤的升温氧化特性,以内蒙古宝日希勒第一煤矿1#煤层煤样为研究对象,利用热重-气相色谱联用技术在不同氧气体积分数下对煤样进行升温氧化实验,得出贫氧环境下褐煤的热特性曲线(TG、DTG、DSC),同时采用Coats-Redfern动力学方程计算了煤样热解阶段和燃烧阶段的活化能。结果表明:贫氧环境对煤升温燃烧的各个阶段产生不同程度的影响;随着氧气体积分数的降低,特征温度T_3、T_4和T_(max)逐渐增大;吸氧增重阶段增重量和放热量逐渐减小;热解和燃烧阶段的失重量逐渐减少,放热量逐渐降低,活化能呈减小趋势;CO和CO_2峰值温度向高温区域偏移且峰值浓度降低。