镜煤和丝炭的液化差异及其红外光谱分析

为探讨镜煤与丝炭的加氢液化差异及其原因,对采集的煤样手工剥离出富镜煤和富丝炭,并对其进行了加氢液化试验和红外光谱分析。液化试验结果表明,镜煤的油收率和转化率都要高于丝炭。采用WIN-IR软件中的谱图解叠子程序对镜煤和丝炭进行了红外光谱分峰模拟,分析表明,与丝炭相比,镜煤的芳香氢含量低,脂肪氢含量高,这是导致镜煤液化转化率、油收率高于丝炭的重要原因;丝炭的含氧官能团含量高于镜煤,是丝炭液化气体产物中CO2和CO高于镜煤的主要影响因素;镜煤和丝炭的液化水产率非常接近,其部分原因归因于二者所含的羟基强度近似相等。     

陕北侏罗纪煤不同显微组分的分子结构特征

为查明陕北侏罗纪煤镜质组与惰质组大分子结构特征及差异,运用X射线衍射分析（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）对煤的大分子结构、芳香烃、脂肪烃以及含氧官能团等进行表征,计算了原煤及不同煤岩组分分离物中红外光谱结构参数。结果表明,富镜煤的XRD谱图不对称性高于富惰煤,富惰煤芳香层片面网间距d002小于富镜煤;富惰煤的芳香度、La和Lc均大于富镜煤与原煤,前者芳香层片堆叠的有序程度及芳香环的缩合程度较大;富镜煤中苯环四取代含量最高,表明其缩合程度高并含有较多的支链;各煤样脂肪结构均以亚甲基为主,且具有较多的烷基侧链,而富惰煤中亚甲基含量相对较少,归因于脂族结构断裂程度不同;富惰煤呈现富碳、贫氢、少氧,高芳碳率、芳香度、缩合程度和成熟度,含有较多的C=O结构,生烃潜力较富镜煤弱。研究为煤炭清洁高效利用提供了科学依据。     

中低变质程度煤显微组分大分子结构的XRD研究

利用X-射线衍射法(X-Ray Diffaction，简称XRD)对中低变质程度的不同煤显微组分(镜质组和惰质组)的大分子结构进行研究分析，计算了5种煤9个显微组分的XRD结构参数，获得了样品的结构特征及变化规律．结果表明，中低变质程度煤的物理结构具有非晶结构特征，随着煤变质程度的提高，煤中脂族结构减少，芳香结构增多，且芳核在横向上和纵向上进行芳环的缩聚反应；与镜质组相比，惰质组中芳构化程度更高，芳香层片在空间的排列更规则，相互定向程度也优于镜质组，但惰质组芳构化程度随变质程度升高的规律不如镜质组那样显著．     

我国西部弱还原程度煤分布及煤质特征研究

以详实的原始测试数据为资料,分析了我国西部弱还原程度煤的煤岩、煤质总体特征.研究表明,与同变质程度的其它地区煤相比,西北侏罗纪弱还原程度煤中惰质组及过渡组分含量较高,导致其挥发分产率较低,氢含量低、氧含量相对较高,黏结性较弱,煤种以不黏煤和弱黏煤为主.沉积环境的弱还原程度主要对中低变质程度烟煤的性质有明显影响.     

华北地区不同变质程度煤的物性特征及成因探讨

通过对采自华北9个矿区10块煤岩样品进行了镜质组反射率测定、显微组分分析、比表面积测试、显微裂隙统计和甲烷等温吸附试验,分析了不同变质程度煤的物性特征,并结合华北煤的变质背景,探讨了其物性差异的形成原因。研究发现,煤的变质程度和变质类型影响煤的显微组构、孔隙结构和裂隙演化规律,这是造成煤物性差异的主要原因。微观分析表明,煤在不同的变质阶段,其大分子结构发生一系列变化,造成煤的比表面积和吸附能力的大小呈现规律性的变化。     

龙永煤田煤的变质特征及其作用类型分析

从煤岩、煤化学分析着手，依据煤的挥发分、元素组成中的氢碳含量、镜质体反射率、显微硬度、煤的X射线衍射分析指标及电性质等来划分龙永煤田煤的变质程度为无烟煤；进一步分析其变质程度可知，实际已达无烟煤中高变质阶段；结合地质背景分析了其变质作用类型。     

不同变质程度煤的化学结构红外光谱研究北大核心

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)实验及分峰拟合技术,对3种不同变质程度煤样进行官能团的定性与定量研究,计算并分析红外光谱结构参数。结果表明:随煤样变质程度的加深,羟基官能团逐渐增大,羟基-N与环氢键含量减少,羟基-π含量增多;在脂肪烃中,甲基含量升高,次甲基含量下降;含氧官能团逐渐减小,C=O呈下降趋势,羧基在低变质程度煤中含量最高,高变质程度煤几乎不存在羧基;芳香烃逐渐减小,芳香烃主要以三、四取代为主;随变质程度的提高,脂肪侧链长度变短,支链化程度提高,有机质成熟度提高,碳骨架更加松软;煤变质是脱氧、富碳的过程,高变质程度煤的芳碳率、芳氢率、芳香度和缩合度更高,使得煤中结构单元排列更加规则有序,结构更加稳定。     

陕北榆神矿区富油煤分布规律及形成控制因素

富油煤开发利用对实现我国煤炭清洁低碳利用、缓解油气供应紧张、保障国家能源安全具有重要意义。鉴于此,基于焦油产率分级划分,对榆神矿区延安组主采煤层富油煤时空分布特征进行了研究,对影响焦油产率的地质因素进行了探讨。结果表明,该区总体以富油-高油煤为主。垂向上,3^-1号煤层焦油产率最高,富油煤和高油煤分布面积最大,其次为2^-2号煤层,5^-2号煤层相对最小。平面上,焦油产率呈东南部高,西北部低的变化趋势,除局部分布含油煤外,其他区域均被富油煤和高油煤覆盖。高油煤在矿区东南部连续分布,东北部零星分布,其中3^-1号煤层高油煤分布面积最大且连续性最好。富油煤的形成主要受煤化程度、成煤物质、成煤环境等因素影响。较低的煤化程度对富油煤的发育极为有利,富油煤和高油煤发育比例达96%以上。较高的富氢镜质组含量为富油煤的发育提供了良好物质基础,富氢镜质组（基质+均质镜质体）含量为高油煤>富油煤>含油煤,富油煤和高油煤的富氢镜质组分含量占全岩显微组分的比例均在50%以上,氢元素含量均在4%以上。强还原性环境为富油...     

镜煤和丝炭自燃倾向性研究

为了探讨镜煤和丝炭的自燃倾向性,作者对镜煤和丝炭的着火温度、差热分析、氧化腐植酸、氧化分解气体成份和自由基浓度进行分析。分析结果认为镜煤的自燃倾向性大,丝炭的自燃倾向小。     

不同煤级煤纳米力学性能的Micro-Raman结构响应北大核心

煤的力学性质具有非均质性及多尺度效应,从纳米尺度认识煤力学性质及与其组成结构之间的关系,是理解煤储层的压裂改造机制及裂纹扩展机理的关键。利用原子力显微镜和显微拉曼对不同煤级煤的镜质组进行测试,获得煤样的力学和结构参数。结果表明:镜质组的弹性模量E在0.66~7.58 GPa之间,且弹性模量随镜质组最大反射率Ro的增加而增加;同时随着Ro的增大,拉曼结构参数呈现有规律的变化;将弹性模量E与拉曼结构参数建立关系,发现(G-D)峰位差、多环芳烃的相对含量与致弹性模量均呈现明显的正相关关系,FWHM-G与E呈现负相关关系,反映了结构有序度的增加会导致弹性模量增大,表明随着成熟度的增加,促使大分子结构排列紧密且分子间作用力增大,导致弹性模量也随之增大。     

神华煤直接液化残渣中重质油组分的分子结构

对0.1 t/d煤直接液化连续实验装置中获取的神华煤液化残渣的重质油组分进行分子结构的研究,通过元素分析、分子量的测定等常规方法的分析和傅立叶变换红外光谱分析、核磁共振、裂解色谱质谱等物理仪器方法的分析,得到了重质油组分的平均分子量为339,平均分子式为C₂₅H₃₁O_0.2N_0.26,主要结构是2~3环的芳香烃,其中有些已部分饱和成环烷烃,芳香环及饱和环上存在烷基取代基,取代基的链长不一,平均为9~10个碳,以及含有少量氧和氮原子处在环上形成杂环.     

煤直接液化过程动力学阶段的划分与煤的高温快速液化

根据表观活化能的突跃性变化,煤直接液化过程可以划分为3个动力学阶段：初始高反应活性、慢速加氢和缩聚反应阶段.其根源是煤分子结构中桥键和芳键键能之间的突跃性变化.煤的高温快速液化就是让反应仅持续完初始高反应活性阶段（～5 min）即终止的一种煤直接液化方法,液化温度由TG曲线所反映的活泼热分解温度上限（～500 ℃）来确定,要求煤粉与优秀供氢溶剂充分接触,并由此引出了“理想液化”的理论假设.最后探讨了煤高温快速液化在工业上和学术上可能的应用.     

Study on the mechanism of coal liquefaction reaction and a new process concept

The coal hydrogenation reaction process is simply considered as three steps. In the first step, the smaller molecules associated with coal structure units are released as some gases and water in the condition of solvent and heating. In this step, some weaker bonds of the coal structure units are ruptured to form free radicals. The radicals are stabilized by hydrogen atoms from donor solvent and/or H₂. In the second step, chain reaction occurs quickly. In the process of chain reaction, the covalent bonds of coal structure units are attacked by the radicals to form some asphaltenes. In the third step, asphaltenes are hydrogenated form more liquids and some gases. In coal liquefaction, the second step of coal hydrogenation reaction should be controlled to avoid integration of radicals, and the third step of coal hydrogenation should be accelerated to increase the coal conversion and the oil yield. A new concept of coal liquefaction process named as China direct coal liquefaction (CDCL) process is presented based on the mechanism study of coal liquefaction. Supported by the National Basic Research Program of China (973 Program) (2004CB217605)     

微波辅助磨矿对煤岩组分解离的影响

在自制的微波搅拌球磨机中研究了微波与机械力联合作用对煤岩组分解离的影响,揭示了微波-机械力作用下丝炭和镜煤的破碎特征。通过浮选方法对煤岩组分解离效果进行了检验,探讨了球磨过程中微波辐射时间对煤岩组分浮选分离效果的影响。结果表明,微波辐射对丝炭的影响较镜煤显著,致使微波场中煤岩组分的破碎具有差异性和选择性;微波辐射时间为2 min时,浮选分离后镜质组和惰质组的富集率最高,分别由57.7%增至92.6%,37.6%增至57.7%。     

神华煤直接液化残渣中沥青烯组分的分子结构研究

对神华煤直接液化残渣的己烷不溶苯可溶物--沥青烯组分--进行了分子结构特性的研究.分析得到其平均分子量为1 387,平均分子式可写成为C₁₀₁H_90.7O_3.6N₂.从其分子内部结构来看：它的主要结构由多环稠合芳香烃和芳环上存在的烷基取代基组成,其中少量芳香烃已部分饱和,取代基的链长不一,平均为13个碳原子.此外,沥青烯还含有少量氧和氮原子处在环上形成杂环,并存在少量羟基和醚基.     

中低温煤焦油重组分分离与表征

为深入理解煤焦油重组分化学结构,采用正庚烷沉淀与柱色谱分离法将中低温煤焦油重组分分离成饱和分、芳香分、胶质和沥青质。综合采用元素分析、红外光谱、分子量及核磁共振氢谱等分析方法对各组分组成与分子结构进行研究,并进一步推测各组分平均分子结构模型。结果表明：饱和分H/C原子比最高,几乎无杂原子,主要以长链烷烃结构形式存在,芳香分、胶质和沥青质组分,分子量、芳香度和杂原子含量依次增加。通过对比分析平均分子结构参数,发现沥青质比胶质含有较多的环烷环数,而芳香环数一样,说明煤焦油组分中较大分子量物质往往含有较多的杂环和环烷环系统,而不是更多的缩合芳环数。     

煤直接液化与残渣热解联合加工技术

为解决煤直接液化技术中残渣收率偏高和溶剂油短缺等问题,开发了煤直接液化与残渣热解联合加工技术,通过试验研究了神华煤直接液化技术所得液化残渣的热解过程的反应规律,得到了适宜的工艺条件以及该条件下的产品分布和产品性质,研究了残渣热解油在加氢处理过程中产品的芳碳率与反应条件的关系,确定了产品芳碳率在0.40～0.45范围内的工艺条件。试验结果表明,残渣热解油经适当的加氢后可以为煤直接液化装置提供理想的供氢性溶剂油,说明煤直接液化与残渣热解联合加工从技术上是可行的。与煤直接液化单独加工技术相比,联合加工技术可以增加液体产品收率5.8%（对煤直接液化原料煤）,并且可以补充4%（对煤直接液化原料煤）的理想的供氢性溶剂油。     

无烟煤中镜煤的结构分析

以某矿区无烟煤中的镜煤为研究对象,利用XRD分析了4个煤样中镜煤的结构特征。由XRD分析可看出:随着煤变质程度的增大,γ带、002峰和100峰峰位对应的衍射角逐渐变大;芳香度、芳香环层片的有效堆砌层数、堆砌簇中芳香环层片的平均直径、芳香环层片沿芳核垂直方向的有效堆砌高度逐渐增大,而芳香环层片的层间距、芳香环层片的链间距则逐渐减小。     

煤低温热解与直接液化联产系统研究

煤低温热解和直接液化之间具有很多耦合要素,提出将两者集成联产系统,用煤气制氢替代煤气化制氢来降低成本、用煤焦油作补充溶剂油实现提质加工、将液化残渣与煤共热解提取高附加值油品,实现各副产物综合利用,达到系统价值最大化。基础实验研究表明,神东长焰煤与液化残渣（煤渣质量比为95∶5）共热解焦油干基产率约为8.0%,煤气有效成分大于85%;为使共热解过程不结块,液化残渣掺入量应小于30%。模拟计算表明,百万吨级煤直接液化与千万吨级煤低温热解联产,可以省却煤气化制氢及空分装置,系统能量转化效率达到75%以上,协同效应显著。