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...     

伊敏褐煤不同化学组分结构特征的红外光谱研究

借助傅里叶变换红外光谱仪对伊敏褐煤不同化学组分的结构特征进行了分析,并运用origin7.5软件对伊敏褐煤不同化学组分红外光谱曲线进行了分段分峰拟合,计算了伊敏褐煤不同化学组分的红外光谱结构参数。结果表明,脱灰后伊敏煤的羧基振动强度增强,由原煤中的肩峰变为尖峰,脂肪CH和芳香CH的振动也均受到影响,表现为,苯环四取代增多,苯环二取代减少,脂肪CH2振动减少,脂肪CH3振动增加,结构参数I1,I2和A值均增大,表明其具有良好的潜在生烃能力;腐殖酸和沥青质中的羧酸及OH-π氢键含量较高,芳香结构中苯环四取代和苯环一取代较多,脂肪CH振动所占比例较高,而不对称CH2振动所占比例较低,红外光谱结构参数的计算结果显示腐殖酸的脂肪氢浓度最大,说明腐殖酸和沥青质中含有的脂肪烃其长度较短,且支链化程度较高;残煤中的芳香CC振动较大,脂肪烃以长链为主,且支链较短。     

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。     

低煤阶煤的煤岩成分液化性能及实验研究

以西北侏罗纪煤中的镜煤和丝炭为研究对象,液化实验结果表明：同一变质程度的镜煤的液化转化率（9067%）、油产率（5888%）均高于丝炭;而不同变质程度的镜煤和丝炭,因其结构和性质的差异,随变质程度的增高,液化性能整体呈降低趋势。镜质组和惰质组分别作为镜煤和丝炭的主要物源,形成于截然不同的泥炭沼泽环境,致使结构和性质差异大。显微组分特征、红外光谱和分子结构模型分析表明：镜煤中活性组分含量高,H含量和脂肪氢含量高,大分子结构模型中21个单芳环,具有芳香性的吡咯环2个;丝炭中活性组分含量低于镜煤,含氧官能团多,碳含量和芳香氢含量高,大分子结构模型中14个单芳环、6个双芳环、1个三芳环,具有芳香性的吡咯环2个。     

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．     

山西沁水盆地寺河煤矿煤微晶结构及化学组成特征分析

煤结构与煤的反应性、煤成烃特性及其他性质密切相关,掌握煤的组成结构是合理利用煤的前提。在充分分析寺河煤矿煤煤岩煤质的基础上,利用X射线衍射光谱技术(XRD)和傅里叶转换红外光谱技术(FT-IR)对该煤矿煤的微晶结构以及化学组成特征进行深入分析。研究结果表明:寺河煤矿3号煤层的2个典型煤样最大镜质体反射率分别为2. 44%和2. 87%,属于低灰、特低硫、低挥发分的无烟煤;煤有机显微组分以镜质组和惰质组为主,其中镜质组含量达到70%以上;无机显微组分中主要以黏土类和硫化物类矿物形式存在。2个煤样的XRD测试结果显示煤样层间距(d_(002))分别为3. 496?和3. 533?,堆砌度(L_c)分别为19. 521?和19. 610?,延展度(L_a)分别为22. 273?和23. 011?,芳香层数分别为5. 584和和5. 551,显示煤中芳环堆叠度和延展度高,微晶结构较好; FT-IR测试结果显示煤样的红外光谱参数I_1分别为0. 80和1. 50,I_2分别为0. 32和0. 82,I_3分别为0. 32和0. 15,表明煤中芳香环化程度很高,煤样已达到高变质阶段。     

高阳炼焦煤碳、氧结构研究与光谱学表征

通过对山西高阳炼焦煤煤质分析及¹³C交叉极化/魔角旋转-核磁共振(¹³C CP/MASNMR)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)的联合解析,获取煤中芳香结构、脂肪结构、羟基基团、含氧官能团结构特征,以及芳碳率、芳氢率、芳核平均结构尺寸(Xb)等煤结构单元基本参数。研究结果表明,高阳炼焦煤中芳碳率为0.73~0.77,芳核平均结构尺寸Xb为0.43。苯环五取代、苯环四取代和苯环三取代是高阳煤中主要的芳香烃结构,占比分别为41.42%,30.65%和19.82%。亚甲基是高阳煤中最主要的脂肪烃结构,占比达到41.85%,甲基和次甲基含量分别为29.86%,28.29%,说明煤中含有较多的烷基侧链和环状脂肪烃。羰基和酚羟基是煤中最主要的含氧官能团,与芳环上π电子形成的羟基π氢键占煤中羟基结构的73.20%。在芳香烃碳原子个数为118的高阳炼焦煤分子模型中,脂肪烃碳原子个数为25~32,其中,甲基碳、亚甲基碳、次甲基碳、羰基和羧基的个数分别为7~8,9~11,6~8,5。氧原子个数为7,其中,羰基和酚羟基为6个,醚氧键和有机硫中的砜或者亚砜结构共用1个氧原子。构建高阳炼焦煤精准大分子模型需要更多的碳、氧原子个数,因此,必须对煤中硫、氮等杂原子结构做进一步的分析。     

CaO对褐煤和无烟煤热解产物分布及煤焦结构的影响

为研究CaO对不同变质程度煤在催化热解过程中的作用规律,以锡林郭勒褐煤和宁夏石嘴山无烟煤为研究对象,利用实验室小型固定床反应器,研究了CaO对褐煤和无烟煤热解特性及煤焦结构的影响,运用X射线衍射(XRD)及傅里叶红外光谱(FT-IR)对比研究了不同温度下褐煤、无烟煤添加CaO前后热解半焦微晶结构以及脂肪结构、芳构化、富氧程度等红外结构参数的变化规律。试验结果表明:在900℃时,添加质量分数2%Ca O的褐煤煤样H2累积产率最大,达39.11 m L/g;添加CaO后煤样在高温热解阶段生成CO的累积产率大于未添加CaO煤样的量。与加入CaO相比,温度对芳香层片间距和芳香层片直径影响更大;热解温度为900℃时,随着CaO的加入,褐煤半焦芳香层片堆积高度和晶层数逐渐增大;而对于无烟煤半焦来说,则与之相反;加入CaO的褐煤和无烟煤热解半焦的微晶结构偏离石墨化程度大于未加入Ca O的热解半焦。褐煤半焦的脂肪结构、芳构化、富氧程度等红外结构参数普遍高于无烟煤半焦。高温时,缩合反应程度增大,CaO促进半焦的转化率提高,导致芳构化参数变大;原煤中C O基团很少,高温下通过CaO促进芳环裂解和CO2反应生成C=O基团,进而导致半焦中富氧程度呈升高趋势。     

不同变质程度煤的碳结构特征及其演化机制

应用X射线衍射(XRD)与核磁共振碳谱测试(13C-NMR)相结合的方法,对5个不同变质程度煤(WMC长焰煤、LL3焦煤、LL4焦煤、CZ无烟煤与SH无烟煤)的碳结构特征及其演化进行了研究。结果表明：(1)变质程度是影响煤中碳结构演化的最重要因素。随着煤变质程度的增加,煤中芳碳率增大,芳香核缩聚程度增加,芳香结构单元排列趋于有序。(2)变质环境对煤的碳结构演化具有重要影响。高温低压环境下,WMC煤中芳香结构单元发生超前演化,形成一系列堆垛高度大延展度小的芳香结构体系;脂肪类物质中,一方面脂肪侧链发生快速热解,形成较多的环甲基,另一方面煤中已有的脂肪环发生热解断裂,形成新的脂肪链,导致支链化程度增加。(3)中等变质程度的LL4与LL3煤中发生了显著的脂环化作用,导致其季碳含量明显增高,支链化程度降低。(4)随着变质程度增加,CZ与SH煤样中,脂肪环发生断裂,形成新的脂肪链致使支链化程度增加,成为高变质程度煤中形成更大芳香体系的前奏。     

神府煤惰质组与镜质组的结构性质研究

漫反射红外和透射红外的研究，进一步证实镜质组和惰质组最显的差别是芳香氢和脂肪氢含量的多少，镜质组CHal／CHar值远大于惰质组CHal／CHar值，说明惰质组芳香度高；惰质组中游离-OH或苯环π-OH缔合羟基吸收较强，镜质组羟基主要是自缔合的OH-O-H；镜质组中的羰基主要是酮基或醌基，惰质组中的氧主要是芳香族酸酐和羟基；镜质组有机硫含量较高，惰质组无机硫含量较高。     

平顶山矿区构造煤傅里叶红外光谱和~(13)C核磁共振研究

利用傅里叶红外光谱(FTIR)和核磁共振(13C NMR)技术对平顶山矿区不同变形程度构造煤和原生结构煤的分子结构差异进行了分析。红外光谱分析表明,构造煤的生烃潜能('A')和脂肪链长及支链化程度(B)均小于原生结构煤,芳脂比(I)大于原生结构煤,缩合度(DOC)变化不明显;随变形程度的增加,构造煤生烃潜能('A')逐渐减小,缩合度(DOC)逐渐增加。核磁共振分析结果显示,官能团对煤中芳碳率和脂碳率的变化有一定贡献,芳碳区存在显著差异的主控因素为带质子芳碳和桥接芳碳(fH,Ba),脂碳区中的主要影响因素是亚甲基碳(fb2);随变形程度的增加,构造煤中亚甲基碳(fb2)逐渐减小,带质子芳碳和桥接芳碳(fH,Ba)逐渐增加。通过对构造煤化学结构的傅里叶红外光谱和核磁共振分析,进一步揭示了构造煤在煤与瓦斯突出中的作用。     

微波辐射对霍州煤碳结构作用的FTIR研究

选择山西霍州煤进行915MHz微波辐照实验,对微波辐射后表层煤样、底层煤样进行FTIR解析,并与原煤样进行对比分析,研究微波辐射对煤中碳结构的影响。结果表明：霍州煤中芳香结构主要以苯环的二、四取代物形式存在,两者占芳香结构的73.58%,可见煤的缩合程度较低。脂肪结构主要以甲基(—CH3)和亚甲基(—CH2)结构存在,其中,—CH2在总脂肪结构含量中的占比达到77.43%,因此,原煤样品中存在有较多的烷基侧链。经过915MHz微波辐射过后,芳香结构中苯环单取代物和苯环五取代物含量降低,苯环二取代物和四取代物含量上升。微波辐射对煤样结构具有影响,辐射后表层、底层煤样与辐射前煤样相比,脂肪结构中—CH2对称与不对称伸缩振动产生的吸收峰相对含量分别上升了3.77%和10.75%,—CH伸缩振动和—CH3的不对称伸缩振的相对含量分别下降了3.26%、5.68%和0.51%、1.81%。     

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。     

云芝对光氧化预处理神府煤的生物转化

用云芝对光氧化预处理的神府煤进行了微生物转化研究.结果表明：光氧化预处理神府煤的生物转化反应性有了较大提高.与原煤生物转化率相比,光氧化处理的煤的生物转化率提高了545%.生物转化后,残煤中的甲基、亚甲基等脂肪族官能团减少,芳香结构单元的取代度变化较小,表明云芝在煤的生物转化过程中,主要氧化分解煤大分子中的烷基侧链.光氨氧化处理更有利于提高煤生物转化液相产物的形成.     

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。     

低温氧化处理对低变质粉煤制备型焦的影响

以低变质粉煤与煤焦油、沥青、焦煤等黏结剂为原料采用成型热解技术制备型焦,主要研究了型煤低温氧化处理对型焦产品组成结构的影响。采用TG-DTG,FT-IR,SEM等对型煤氧化过程及热解产品结构性能进行分析表征。研究表明,空气氧化过程中,型煤中的羰基、羧基等官能团会发生氧化反应生成CO和CO_2,同时脂肪烃和环烷烃的含量有所降低;重质油和沥青与氧气作用发生脱氢聚合反应,生成了芳香程度较高的稠环芳烃大分子物质。氧化处理后型煤中重质组分含量大幅减少,而沥青烯与前沥青烯含量的明显增加是型焦抗压强度提升的主要原因。低变质煤与黏结剂混合样品在空气气氛下的氧化分为两个阶段,室温~120℃主要是原料中水及少量吸附气体的逸出,120℃以后原料中的芳香类物质与氧气发生脱氢聚合反应,生成部分芳香程度较高的稠环芳烃大分子,此阶段的失重率可达到11.08%,最大失重速率峰出现在217.77℃附近。     

韩城矿区构造煤红外光谱特征研究

为了探讨构造应力对不同变形类型的构造煤结构成分的影响,应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对韩城矿区不同类型构造煤进行应力对比分析,利用Peak Fit软件求解光谱二阶导数确定分峰峰位,进行分峰解叠处理以获取官能团的相对含量。结果表明:煤分子结构对构造应力具有响应;构造应力作用有利于芳烃氢发生化学环境的转移;在中高级烟煤阶段,强脆性变形有利于煤脂肪链脱落成小分子物质,强韧性变形有利于小分子物质逐渐缩聚成芳环,提高缩合度,使得芳烃C=C骨架振动有所提高;不同变形环境下,构造应力对煤分子结构的影响方式不同,但演化方向相同。     

溶剂萃取后构造煤的微晶及化学结构参数变化特征

以山东腾南煤田金源矿为研究区,采集不同煤体破坏程度的煤样,通过溶剂分级萃取实验,利用X射线衍射(XRD)和核磁共振(NMR)测试技术,对比分析了萃取前后煤样的微晶结构参数,探讨了化学结构特征参数的变化规律。研究表明:(1)在不同溶剂的分级萃取下,不同煤体结构煤的累计萃取率从小到大依次为原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤、糜棱煤,其中THF溶剂对各类煤样的萃取率最大;(2)溶剂萃取后,各类煤样的碳原子网面间距(d_(002))、堆砌度(L_c)和延展度(L_a)均大于原煤。随着萃取级数的增加,各煤样的碳原子网面间距(d_(002))呈现较复杂的变化趋势,BSU的堆砌度(L_c)除了糜棱煤随着萃取的深入有略微减小外,总体上随着萃取级数的增加呈现增大的趋势;(3)随着构造变形的增强,构造煤的芳碳率呈增大的趋势,而脂碳率的数值变化有明显减小的趋势。溶剂的萃取作用中,脂族类的小分子化合物更容易溶出,芳香环上的小分子化合物萃取率较低。