纤维素与褐煤共热解协同规律

生物质是一种清洁的可再生有机燃料,生物质能的开发和利用可有效解决环境污染和能源问题。目前生物质与低阶煤的共热解研究受到国内外学者的广泛关注,为解析生物质组分与褐煤共热解过程的协同作用规律,以生物质主要组成纤维素和蒙东褐煤为研究对象,以热重红外联用仪(TG-FTIR)为实验手段,进行纤维素和褐煤的单独热解和不同掺混比例下混合样品的热解动力学特性(加热速率为10、25和50℃/min)及气体析出规律研究。结果表明：纤维素组分可提高纤维素-褐煤混合物的热解活性,使混合物共热解过程中热解失重峰速率高于理论热解失重峰速率;同时,分布活化能模型(DAEM)可较好的应用于纤维素-褐煤混合物活化能的计算,且纤维素的加入可降低共热解过程中纤维素-褐煤混合物的反应能垒,使混合物在不同质量转化率下的表观活化能低于理论活化能。此外,共热解过程中小分子气体(CH₄、CO₂和CO)的析出峰值温度(400～420℃)与纤维素的气体析出温度相一致,且气体析出量高于理论值。随着混合物中纤维素比例的增加,气体实际析出量与理论计算量之间的差值呈现出先增加后降低的变化趋势,且当纤维...     

斜沟煤矿23108材料巷综掘面硫化氢治理技术研究

为获得综掘面H₂S气体的分布规律，建立H₂S气体涌出数值模型，并利用COMSOL5.3软件进行模拟，结合现场实际提出泡沫吸收液与水幕净化治理措施。模拟结果发现：综掘面迎头回风侧“隅角”处最容易积聚H₂S气体；现场实践结果表明：实施综合治理技术后，综掘机割煤期间距迎头7 m处的H₂S浓度从47.9×10^-6减小到6.3×10^-6,H₂S平均吸收率达到83.9%.     

枣庄八一矿瓦斯中H2S气体异常成因分析

通过对枣庄八一煤矿瓦斯中H₂S异常区段地质背景、气体成分、浓度及H₂S同位素分析，认为燕山晚期辉绿岩岩墙的热力作用使煤和围岩中含硫有机质和硫酸盐岩发生热化学分解作用和热化学还原作用，生成的H₂S气体被岩墙两侧的煤层（瓦斯已遭逸散）吸附或充填于岩墙两侧煤层的孔、裂隙之中.岩墙东侧因断层和地下水的作用，煤层中H₂S气体后期遭逸散，西侧因封盖条件较好而呈现出H₂S气体异常.     

基于蒙特卡罗的硫化氢吸附-扩散机理

为了明确硫化氢(H₂S)在煤中吸附扩散的微观动力学机理,揭示不同温度、压力对煤吸附H₂S分子吸附扩散特性的影响机制,基于巨正则蒙特卡罗(GCMC)、分子动力学(MD)和密度泛函理论(DFT)方法,利用Material Studio软件研究了温度在273.15～313.15 K、压力1～1 000 kPa时H₂S在气肥煤大分子模型中的吸附扩散特征。结果表明：温度由273.15 K升至313.15 K时,H₂S的饱和吸附量由38.34 mL/g降至31.85 mL/g,降低了16.93%,当压力为1 kPa时,温度对吸附量的影响最为敏感。温度为293.15 K时,压力由1 kPa升至1 000 kPa时,最可几相互作用能由-39.391 kJ/mol升至-34.301 kJ/mol,随着压力的增加,最可几相互作用能先快速增加,后缓慢增加。在吸附H₂S过程中,H₂S的等量吸附热在36.63～41.43 kJ/mol内,为物理吸附,等量吸附热随着吸附量的增加呈现出...     

新鲜生物质催化热解气化制富氢燃料气的试验研究

采用TG/DTA/GC 技术进行了新鲜小麦秸秆和玉米秸秆以K₂CO₃，Na₂CO₃，ZnCl2和CaO为催化剂制富氢燃料气的试验研究，分析了催化剂种类及用量对新鲜生物质热解气化气体产物组成的影响.结果表明:催化剂的加入改变了新鲜生物质热解气化气体产物的组成，气体产物中H₂的含量增加； K₂CO₃，Na₂CO₃，ZnCl₂对提高H₂含量效果很明显；ZnCl₂对CH₄的生成有抑制作用，CaO对生物质热解过程中CH₄的产生有一定的促进作用；随着催化剂用量的增加H₂的含量增加，当K₂CO₃和Na₂CO₃用量为20%左右时，H₂含量可达55%左右.     

基于In2O3-ZnO复合气敏材料的H2S气体传感器研究

为有效解决煤矿生产过程中H₂S气体高准确性、高灵敏度、高稳定性自动传感的难题,利用对H₂S气体具有高度灵敏性的新型In₂O₃-ZnO复合材料H₂S气体传感器,搭建了测试平台并对其气敏性能进行了系统的研究,获得以下研究成果：In₂O₃-ZnO复合材料H2S气敏传感器在20℃～300℃内均有较好的传感灵敏度,复合比例为1∶15时具有最高的灵敏度,复合比例为1∶20时,其在低温区的灵敏性最强;同时,复合比例为1∶15的复合材料具有最佳的浓度灵敏度和较短的响应恢复时间,且具有较好的响应重复性和响应稳定性。因而,复合比例为1∶15的In₂O₃-ZnO复合材料具有最佳的H₂S气敏传感性能。     

生物质与重油共热解特性及气体逸出规律

生物质是一种丰富、清洁和可再生的有机燃料,生物质能的开发和利用可有效解决环境污染和能源问题。然而生物质热解油、气的热值低等问题抑制了其开发利用。生物质与重油共热处理改变了单一的生物质热解和重油加氢裂化加工模式,降低了重油加工的难度,一定程度上改善生物质热解油、气热值低等问题。采用热重-质谱联用技术对生物质(玉米杆)和重油(FCC油浆)的单独热解和不同掺混比例下混合样品共热解特性进行研究。通过将混合样品共热解的实验失重率与理论失重率进行比较,研究玉米杆与FCC油浆共热解的相互作用特性。结果表明,玉米杆与FCC油浆主反应温区较为接近,均在200～400℃发生明显失重,但二者发生的反应类型并不相同。玉米杆主要发生热裂解反应,伴随着大量H₂,CH₄,CO,CO₂,H₂O(g)等小分子的逸出。而FCC油浆更多是发生挥发或蒸馏反应,仅在温度高于400℃时发生热裂解缩聚成焦反应,并伴随着少量CH₄气体的逸出。玉米杆与FCC油浆共热解的实验曲线与理论曲线基本一致,并未有突变现象发生,但在热解主...     

斜沟煤矿16500工作面注NaHCO3治理H2S技术研究

针对斜沟煤矿16500工作面生产期间H₂S涌出量较大，严重影响安全生产，结合工作面H₂S涌出规律，实施煤层注NaHCO₃溶液措施，并对治理效果进行分析。结合工作面开采速度以及H₂S涌出规律，对注NaHCO₃参数计算公式进行研究。现场实践结果证明：注NaHCO₃时间达到3 d之后，注NaHCO₃钻孔6 m半径之内H₂S浓度下降0.001%～0.003%,离工作面距离25～57 m时，注NaHCO₃溶液流量保持相对平稳，煤层实施注NaHCO₃溶液措施后可明显减少H₂S涌出量，治理效果良好。     

煤在H2/Ar等离子体热解过程中脱氮脱硫的研究

对几种中国煤在H₂/Ar等离子体热解过程中的脱氮脱硫进行了实验研究，结果表明:煤中氮在H₂/Ar等离子体热解过程中主要以HCN形式存在，也有少量氮转化为NH₃，脱氮率最高达50%；HCN的产率随煤种和输煤速率的变化而变化，NH₃的产率随输煤速率的增大变化不大，与煤种没有一定的对应关系；HCN的产率大于煤常规加氢热解，而NH₃产率(<1.5%)则相反；煤中氧含量较高时，HCN和NH₃的产率较低；煤中硫转化生成的H₂S产率随输煤速率的变化而变化，脱硫率最高达60%左右，煤等离子体热解反应后得到的焦样n(N)/n(C)和n(S)/n(C)都小于原煤.      

高硫煤热解过程中硫迁移规律及脱硫后焦炭特性研究

高硫炼焦煤是当前焦化行业应用较为广泛的配煤原料之一，掌握高硫煤热解过程中各形态硫的迁移规律可针对性地控制其在热转化过程中的硫排放。对4种不同煤化度的高硫煤在热解过程中的硫迁移规律进行研究，并选取2种脱硫剂来探究脱硫剂含量与高硫煤脱硫效率的关系，再通过2 kg焦炉试验用以考察添加脱硫剂对焦炭热态性能的影响。结果表明，随着热解过程的持续进行，4种高硫煤中的各形态硫含量均呈现降低趋势，其中1/3焦煤LL和肥煤SF在1 000℃时脱硫效率均在44%以上。浸渍H₃BO₃和MgCl₂会提高炼焦煤的脱硫效率，其中H₃BO₃对热解过程中炼焦煤脱硫能力的提升尤为明显，肥煤SF、焦煤XY在H₃BO₃含量分别为3%、3.5%时的脱硫效率最高，脱硫效率分别为52.9%、39.6%。在炼焦煤中添加一定比例H₃BO₃,会改善焦炭的热态性能以及提高焦炭的反应后强度，同时对焦炭的成块性能和气孔结构带来负面影响，但MgCl<...     

麦秆和煤热解过程中N-S-Cl的释放特性

利用TG-MS联用技术研究麦秆和烟煤在线性升温热解过程中含N,S和Cl的气相产物的析出过程,得出麦秆和煤热解过程中N-S-Cl组分的释放规律,并对不同温度下的残余焦样进行XRD分析,以验证气相组分的析出规律。试验结果表明：麦秆和煤中含N组分、含S组分和含Cl组分分别从200 ℃和350 ℃以上开始析出,分别在350,475 ℃析出速率最大。麦秆和煤热解过程中的含N组分主要是NH3和HNCO,麦秆释放的含N产物中的NH3量最大,其次为HNCO;麦秆热解过程中含S组分仅检测到微量的COS,而烟煤热解则仅检测到H2S和SO2,其中H2S的生成温度为500~600 ℃,SO2的释放则分为3个阶段(300~500,500~600,1 200~1 450 ℃)。麦秆和煤热解过程中的主要含Cl组分为HCl和微量的Cl2,同时在800 ℃以上时麦秆中的KCl全部析出。     

急倾斜厚煤层硫化氢抽放工艺技术研究

硫化氢煤矿井下的有毒有害气体不容忽视的有毒气体之一,针对乌东矿区+575试验工作面开采扰动时涌出的硫化氢含量高的特点,开展了急倾斜厚煤层硫化氢抽放工艺技术研究,结果表明：煤体硫化氢抽放影响半径随抽放负压增加而增加；由钻孔硫化氢抽放浓度随抽放时间变化情况分析可以看出,硫化氢抽放浓度随抽放时间增加而呈现出逐渐减小的变化规律,且当煤体硫化氢抽放进行到13天左右时达到一个相对稳定状态； 煤体开展硫化氢抽放后硫化氢降低效率47.1%-55%范围内,显著地降低了煤体抽放后硫化氢含量。得出与+575试验工作面类似地质及开采条件下开采的工作面开展硫化氢抽放工作。     

不同煤化程度煤的热解及氮的释放行为

采用热重-红外-质谱联用技术（TG-IR-MS）,对4种不同煤化程度的煤进行热解实验,实时记录了煤在30~1 100 ℃,以10 ℃/min升温速率、氦气气氛下热解过程中的质量变化和生成气体成分。研究结果表明：随着热解温度的升高,煤中逐渐释放出氮化物,如HCN,NH3等。不同煤化程度的煤具有不同的N释放行为。气煤、焦煤、1/3焦煤等主要以NH3与HCN两种形式释放,无烟煤热解时主要是以NH3形式释放。煤热解释放的HCN和NH3来源于不同的氮。 HCN可能主要来源于煤分子边缘的五元环吡咯氮和六元环吡啶氮,而NH3主要来源于煤分子内部的季氮。NH3的释放经历了2个阶段:低温（550 ℃）阶段为煤中挥发分的初级热解产物;高温（750~850 ℃）阶段为煤中挥发分的二次热解产物。     

不同煤阶煤炭化过程中挥发分组成及微孔变化的研究

用SORPTOMATIC1990吸附仪研究了6种不同煤阶煤（包括无烟煤、贫瘦煤、焦煤、肥煤、弱黏煤、气煤）在3 ℃/min升温速率到1 000 ℃的炭化过程中孔容和孔径随温度的变化规律,并用Bio-rad FTS-165裂解红外测定了各种煤在10 ℃/min升温速率的炭化过程中挥发分的组成及各自的释放温度范围.结果表明:不同变质程度煤在裂解过程中,可挥发性芳香物生成量的大小排序为肥煤>焦煤>瘦煤>气煤,且肥煤芳环上的取代基最多,而弱黏煤和无烟煤生成可挥发性芳香物的量最少.煤阶越低,释放CO2的温度越低,生成的量越多.1 000 ℃生成焦炭的孔容大小排列为：肥煤C1>弱黏煤D1>焦煤B1>无烟煤YQ,比表面积大小排列为C1YQ,B1>D1,平均孔半径大小的排列为：D1B1>YQ>C1.在炭化过程中,C1肥煤的孔容和比表面积变化最剧烈,YQ煤变化最小.C1煤生成焦炭表面积最大为20 m2/g,其它煤成焦表面积3 m2/g.     

影响煤炭安全性的新因素——分子氢自原煤中发射的现象

在跟踪和整理相关主题文献的基础上，对原煤发射分子氢的现象和它对煤炭生产与储运安全性的影响进行了比较系统的阐述。结合初步实验研究结果和对相关问题的长期思考，针对我国煤炭工业安全问题，提出了与分子氢发射相关的特别值得注意的几个问题。     

煤的热解破裂过程——孔裂隙演化的显微CT细观特征

利用μCT225FCB型高精度工业CT试验机进行了不同温度下褐煤、气煤细观结构演化的显微CT试验,发现煤在低温阶段（<300 ℃）,由于煤中水分和自由气体的散失而产生大量裂纹;在高温阶段（>300 ℃）,有机质的热解导致煤中大量孔隙裂隙的形成,煤的这种产生孔隙裂隙的方式与无机岩石（如花岗岩、砂岩等）明显不同,称这种因热解作用导致煤等一类富含有机质的岩石发生破坏的现象为热解破裂。与无机岩石的热破裂过程相比,煤的热解破裂在破裂机理、裂纹起始位置、裂纹形态方面具有显著的独特性。煤热解破裂过程中,当温度低于300 ℃时因煤中自由水和自由气体的散失而形成以细长裂纹为主的孔隙裂隙系统;当温度高于300 ℃时因煤中热解产物的逸出而形成以圆形或椭圆形孔洞为主的孔隙裂隙系统。300 ℃前新生裂隙不仅起始于煤中的硬质颗粒之间,更普遍的起始于有机质中;300 ℃后孔隙裂隙的形成主要起始于有机质内。     

新疆和丰煤分段热解过程中产物组成的演变规律

采用热重分析仪和固定床反应器,对典型新疆煤(和丰煤)的单段热解(定义为过程1)和不同温度停留的分段热解过程进行了较详细研究。结果发现不同热解过程的煤样总失重率差异较小。不同温度段停留时均导致焦油产率下降和气体产率增加。与仅在350℃停留30 min(过程2)相比,继续于450℃(过程3)停留使得焦油产率进一步下降15.42%,且此温度区间的H_2生成量仅为1.94 mL/g,较过程2降低94.47%,而450~600℃的气体产率占过程3总产率的60.87%,其中H_2,CH_4和C_2-C_4产率分别占各自总产率的95.02%,77.27%和66.08%,说明450~600℃以产气为主。不同温度段获得的半焦的红外分析发现350℃的半焦中官能团变化较小;而450℃的半焦中大部分官能团的振动峰几乎消失。模拟蒸馏和核磁结果表明,不同温度段停留均使得焦油中沥青质分率下降,焦油品质提升,焦油的芳香度降低,且两段停留段停留所得焦油的芳香度最低。通过上述研究,可以对新疆低阶煤的分级分质转化利用提供理论基础。     

煤矿煤层气排放对大气的污染及对策

在采煤过程中释放出大量烃类、二氧化碳、硫化氢等有毒有害气体。其中，以甲烷为主的烃类气体为成煤过程中生成，称为煤层气。甲烷是一种辐射和化学活性气体，会使对流层大气产生增温效应，作用比二氧化碳大20～60倍。煤炭开采排放的甲烷量为人类活动所排甲烷总量的10％，我国煤炭开采排放的煤层气约占世界煤炭开采排放煤层气总量的1／3，降低我国直接进入大气的煤层气量，对改善全球大气环境有重要的影响。     

生物质的热解过程及其动力学规律

采用热重分析法（TGA）对几种常见天然生物质（稻秆、麦秆、玉米秆）和其衍生物木质素、造纸废液颗粒等的热解过程及其动力学规律进行了研究.实验中加热速率分别为10,20,30 ℃/min,终温为850 ℃.热解在氮气气氛下进行,并用高纯氮气作为保护气体.实验结果表明：天然生物质的非等温热解只有1个剧烈失重阶段,而木质素和造纸废液颗粒存在2个剧烈失重阶段.生物质比煤的热解起始温度低,热解速度快.随升温速率的提高,生物质的最大热解速度提高,对应的峰值温度升高,最终失重率呈下降趋势.生物质的热解机理满足三维扩散Jander方程,即f(α)=32(1-α)2/3［1-(1-α)1/3］-1,且随着升温速率的提高,其活化能增大.     

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。