无灰煤的制备及应用研究进展

鉴于无灰煤具有无灰、无水、热活性高、热塑性好、流动性强等特点,介绍了无灰煤在气化、液化、炼焦方面的应用及研究现状,并对溶剂萃取法制备无灰煤的生产工艺及其影响因素进行了分析。结果表明:煤的萃取率及所得无灰煤的性能与原煤性质密切相关,还与工艺条件有关;随着煤阶的降低,得到的无灰煤中轻组分含量增加;选择合适溶剂、提高萃取温度、热萃取前加酸预处理等方法均可提高煤的萃取率。     

褐煤制备无灰煤的工艺研究

为拓宽褐煤利用范围,以褐煤为原料,研究了无灰煤的制备工艺,考察了反应温度、溶剂种类、反应时间和固液比对萃取率和无灰煤灰分的影响。试验结果表明,以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,反应温度360℃、反应时间1 h、固液比4∶200的条件下,萃取率可达48.8%,无灰煤灰分为0.54%。通过红外光谱分析发现,反应过程发生非共价键断裂与氢键缔合,使得无灰煤性质优于褐煤,黏结性指数达到95.61。     

奥阿膨胀度在煤质评价中的应用

通过研究最大膨胀度、最大收缩度、软化温度和固软区间等奥阿膨胀度相关指标,比较了肥煤、1/3焦煤、焦煤的奥阿膨胀度指标差异,指出最大膨胀度的总体分布排序为:肥煤1/3焦煤焦煤,但最大收缩度相差不明显。焦煤的软化温度远高于肥煤和1/3焦煤,为保证配合煤结焦过程中胶质体软化熔融的连续性,需建立适宜的配煤结构以促进煤粒间的黏结及改善焦炭质量。肥煤的固软区间在90℃~150℃,在调节配合煤干馏过程中胶质体的软融区间及塑性状态的连续性方面肥煤发挥着明显优势作用。     

内蒙古胜利褐煤制备半焦及燃烧性能研究

为了探索内蒙古胜利褐煤半焦的燃烧性能,基于对褐煤煤质分析,在不同热解温度下制备半焦;分析不同的热解温度对半焦性质的影响,并通过热重分析研究其燃烧失重特征。试验结果表明:热解温度对半焦产率有很大影响,随着热解温度的升高,半焦产率下降;在燃烧温度为400~600℃时,半焦燃烧反应非常剧烈,随着燃烧温度的升高,半焦燃烧失重量减小。在试验温度范围内,热解温度为500℃时制备的半焦燃烧性能最好。     

内在矿物对高灰褐煤热解焦收率及特性的影响

利用分选、酸洗和添加矿物的方法制备出不同灰含量和矿物成分的褐煤煤样;使用沉降管反应器(DTR)和热重分析仪(TGA)研究内在矿物在800~1 200℃对褐煤热解的影响。结果表明,内在矿物可以降低褐煤的热解反应活性,增加低温(800)热解焦收率;碱金属和碱土金属(AAEM)是起主要作用的矿物成分。在高温条件下(≥1 000℃),内在矿物可通过催化原位水蒸气气化反应降低焦收率。焦收率的减少量正相关于煤样的灰分含量和内水含量,以及碱性金属总量。Raman光谱分析表明,内在矿物有延缓半焦微晶结构有序化和抑制交联键断裂的作用。内在矿物可促进半焦孔结构的形成,增大半焦的比表面积;钙为起主要作用的矿物成分。随热解温度的上升,过多的矿物会抑制半焦孔结构的进一步扩展。     

焦炭热性质相同的焦煤煤质特性研究

选取蒙古国、加拿大、澳大利亚3个国家的部分焦煤作为研究对象,对比研究了焦炭热性质相同的焦煤的煤质特性。研究表明:对于焦炭热性质相同的焦煤,其煤质特性指标及其焦炭光学组织指标可能接近也可能存在明显差别,而煤变质程度、黏结性、灰成分及焦炭光学组织指标与焦炭热性质之间无明显关系,可见现有煤质评价指标难以科学判断炼焦煤炼焦的焦炭热性质情况。     

神华不黏煤的加热处理及其配煤炼焦试验

利用热惰性气体在不同温度下对神华不黏煤进行加热处理,并将其按3%,5%,8%的比例替换部分气煤进行配煤炼焦试验.结果表明:在配入同一比例神华不黏煤的情况下,所得焦炭反应性(CRI)随其处理温度的升高呈现出先降低后增大的趋势,在400℃时达到最低,对应的神华不黏煤添加量为3%,5%,8%时,焦炭反应性分别为43.20%,45.95%,48.48%,但焦炭的显微强度(MSI)差别不大;当增加肥煤配比后,随着添加的神华不黏煤处理温度的升高,焦炭反应性呈现下降、反应后强度(CSR)和焦炭显微强度呈现出增大的趋势,且适当调整焦肥煤比例后,可在保证焦炭质量不变的前提下使加热处理后的神华不黏煤的配入比例达到8%以上.     

褐煤与半焦的配煤制浆实验研究

采用低温热解法(400℃~650℃)对褐煤进行改性处理,并通过红外光谱和热重对原煤热解前后物质组成进行表征,研究不同热解温度半焦的成浆性能和原煤进行配煤后的成浆性能。实验结果表明:低温热解能够有效提高褐煤的成浆性能。     

升温速率对煤热解特性的影响

利用热重分析仪对煤样分解特性进行了研究,探讨了升温速率对煤热解失重过程的影响,得出煤的热解过程可以分为3个阶段,本次试验褐煤的热解温度主要在300℃～500℃.升温速率对热解参数均有一定的影响.     

无灰煤高效利用研究进展

结合近些年无灰煤系沥青基碳纤维的研究基础,围绕煤炭的高效利用以及环境污染和能源问题的重要性,阐述了无灰煤的发展历程;鉴于煤的溶剂热萃取机制,归纳了无灰煤结构性能与制备工艺之间的关联性;基于无灰煤高热值、低灰分、良好热塑性的特点,分析了无灰煤的应用现状与发展趋势。在此基础上,指出了无灰煤技术是实现煤炭清洁生产、高附加值利用的有效途径之一。同时,无灰煤的相关研究也存在着诸多关键的科学问题急需解决,及其应用基础研究也有待深入。主要的突破点是:(1)开发和设计无灰煤的成套生产装置,是实现无灰煤技术工业化转化的基础。(2)从煤的分子结构水平阐述无灰煤结构与性能的调控机制,是实现煤炭转化技术的关键。(3)基于无灰煤的独特物理化学性质开拓高性能无灰煤基碳材料的制备技术,是实现我国煤炭资源高附加值利用的发展方向。     

鄂尔多斯褐煤超精煤的制备及其黏结性能

改变温度（300~400 ℃）和溶剂,高温萃取鄂尔多斯褐煤制备超精煤,通过红外、热重等手段分析不同工艺条件下超精煤结构的变化,考察超精煤黏结性的影响因素,并对超精煤进行常温分级萃取实验,进一步分离出超精煤的黏结组分,寻求超精煤黏结性的来源与性质。研究结果表明：通过高温萃取工艺,即使以不具有黏结能力的褐煤为原料,所得超精煤仍具有较高的黏结性。300 ℃下NMP萃取褐煤所得超精煤的黏结指数为89.6,而380 ℃下以洗油为溶剂所得超精煤的黏结指数则可达到98.2,这是由于以相对低温度和极性溶剂萃取,所得超精煤中含大量挥发性物质,易在煤热解之前分解挥发,阻碍了胶质体液相的形成,提高萃取温度和采用非极性溶剂则可以在有效减少含氧官能团等小分子组分的同时保证活性氢的含量,可以得到黏结性更高的超精煤。沥青质和前沥青质是超精煤的黏结组分,它们具有适中的分子量,含有大量脂肪和短环芳香结构,其含量决定了超精煤的黏结性。     

温和热解条件下内蒙褐煤热解半焦的燃烧性能

为研究褐煤半焦的高效洁净利用及其燃烧性能的判别,模拟工业生产中煤炭热解外热式直立炭化炉,组装煤炭热解实验装置对内蒙褐煤进行热解。采用热重分析法对半焦/煤进行燃烧性能研究,探讨了影响褐煤热解半焦燃烧性能的主要因素,并对半焦与煤的燃烧性能进行比较。结果表明：热解条件是影响半焦燃烧性能的重要因素,随热解温度的升高和热解时间的延长,内蒙褐煤热解半焦的燃烧性能变差;半焦的燃烧性能与其本身的质量参数相关,用半焦的燃料比可以准确预测半焦的燃烧性能;对比半焦与煤的燃烧性能,发现内蒙褐煤热解半焦的燃烧性能“异常”好,其主要原因是内蒙褐煤半焦具有发达的孔隙结构,碳的活性高,其性质类似于木炭,有优异的燃烧性能。     

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。     

基氏流动度特征指标分析及指导配煤炼焦研究

对基氏流动度与温度特征指标、反射率指标以及黏结性指标之间的关系进行研究,并结合小焦炉实验探讨基氏流动度影响结焦性的规律。实验结果表明:基氏流动度受煤的塑性体软化温度区间范围、数量以及黏结性共同影响,最大流动度温度可较好地反映煤的变质情况,结焦性受到煤的流动度与塑性温度区间共同影响;配合煤在焦化生产中应保持适宜的s流动度。     

沥青与焦粉热熔合物替代炼焦煤种的实验研究

沥青与焦粉配合后熔融均化得到挥发分和黏结指数接近焦煤的热熔合物。利用1 kg热解装置,将热熔合物替代炼焦基础煤种进行配合炼焦,考察其对炼焦产品产率及质量的影响。结果表明：以热熔合物分别替代TH焦煤、JINX焦煤、JUX弱黏煤进行炼焦,焦油产率有所提高,焦炭产率和煤气产率均降低;由于热解过程中供氢和受氢存在一定的温度差,粗苯和氨的产率也有所降低;所得焦炭的光学各向同性结构有不同程度的下降,有利于降低焦炭的反应性。     

光度法联合测定煤与焦炭中的硅与磷含量

研究了用光度法联合测定煤或焦炭中硅与磷的含量。试样经灰化,以氢氧化钠作熔剂,用银坩埚在马弗炉中于650~700℃熔融灰样15~20 min,再用盐酸溶解,统一制备储备液。用锑磷钼蓝光度法测磷,用硅钼蓝光度法测硅。该方法简便,快速,测定准确。     

煤直接液化残渣与褐煤共热解动力学研究

为了解决煤炭液化残渣在热解过程中软化熔融并剧烈膨胀导致难以利用的问题,在温度范围为30 ～900℃,升温速率分别为10、20、30、40℃/min的情况下,借助热重分析仪对煤直接液化残渣与褐煤进行程序升温共热解试验,采用Doyle法分析共热解动力学,将动力学结果与共热解协同作用进行关联.结果表明:共热解过程可用3个串联的一级反应描述,温度区间分别为200 ～310、310～470、470～900℃,其中310 ～470℃对应共热解反应的活泼分解阶段,反应活化能(40 ～ 50 kJ/mol)远大于低、高温反应活化能(10 ～20 kJ/mol).液化残渣与褐煤共热解降低了活泼分解阶段的反应活化能,加快了反应速率,增大了热解失重率,使共热解反应在300 ～550℃表现出正协同作用.     

溶胀预处理煤热解特性研究

以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂溶胀预处理煤为研究对象,利用热重分析研究其热解特性,考察了溶胀条件对褐煤及溶胀预处理对不同变质程度煤热解反应的影响。研究发现,溶胀预处理后大多数煤样热解转化率提高,原煤经溶胀预处理后其热解过程表现出明显的两阶段失重。溶胀温度升高和超声作用时间增加,抑制溶胀褐煤的热解转化,溶胀预处理时间对褐煤热解过程影响较小。溶胀预处理对褐煤转化率提高幅度最大,溶胀贫煤失重率反而较原煤降低。     

胜利褐煤热解过程中结构演变及气体生成机理分析

褐煤的热解反应是褐煤利用的重要研究方向之一。为了分析褐煤热解过程中结构演变及气体生成机理,首先将胜利褐煤（SL）在固定床上进行热解制焦,利用800 ℃时SL热解气体生成速率曲线选取半焦终温,同时用气相色谱在线检测其所生成的热解气;其次结合煤焦傅里叶变换红外光谱（FT-IR）的表征进行分析,将半焦的FT-IR分峰拟合计算;最后将计算参数结合热解气生成规律,提出了热解升温过程中各反应阶段生成气体机理和气体生成过程中煤体结构的演变规律。结果表明,SL具有羟基、脂肪烃、芳环、羰基、醚键等丰富的官能团,热解温度低于350 ℃,胜利褐煤中主要官能团未发生明显变化;350~450 ℃,脂肪族侧链含氧官能团分解,热解温度450 ℃比350 ℃时煤焦中C〖CDS1〗O相对含量（C1）降低78%;560~800 ℃,热解反应主要以芳香烷基侧链含氧官能团裂解为主,热解温度800 ℃时煤焦中C-O相对含量（C2）比560 ℃时降低27%;热解温度710~800 ℃时,煤热解以缩聚反应为主,热解温度800 ℃煤焦中芳香稠和度（D2）比710 ℃时升高65%。对4种热解气生成过程进行研究分析,CO2主要来源于中低温区煤中不同结构的羧基官能团分解;高温区生成CO,来源于煤中酚类、醚类、含氧杂环等结构的分解;CH4主要由芳环侧链的甲基、亚甲基或连接芳环结构亚甲基的分解;高温区产生的约60%H2主要来自于煤中芳香结构的缩聚反应。     

基于高硫煤不同添加比例的配煤炼焦试验研究

合理利用不同类型的高硫炼焦煤资源以及提升其在炼焦配煤中的比例,其为实现炼焦过程中降本增效的有效手段。以工业实际生产炼焦配煤为基础,分别选取1种高硫焦煤和高硫肥煤,利用工业分析、黏结指数、胶质层指数、吉氏流动度、奥阿膨胀度等分析高硫煤与基础配煤中低硫煤的基本煤质特性,利用X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FTIR)、核磁波谱(¹³C NMR)分析确定不同炼焦煤的硫赋存形态及碳结构参数,利用40 kg焦炉炼焦试验对比分析不同比例高硫煤的配入对配煤焦炭质量的影响。结果表明,高硫焦煤和肥煤碳结构中的脂肪链长度较长,使得成焦过程中能够分解产生更多的含氢基团,软化熔融产生的胶质体的流动性好、塑性温区宽,能够与配煤中其他煤种进行更有效黏合。高硫焦煤和肥煤中硫化物、亚砜、砜等形态硫在炼焦过程中分解及与含氢组分结合生成的含硫气体随挥发分释放,单独炼焦脱硫率分别达到32.78%和42.61%。炼焦配煤中高挥发分、高流动度的高硫肥煤配入比例过高,成焦过程膨胀压力、焦炭收缩应力、焦炭孔隙率的增加,使焦炭强度出现下降。高硫焦煤和高硫肥煤分别以2%和3%配入炼焦配煤,得到焦炭的机械强度与...