宁东红石湾煤大分子模型构建及量子化学计算

使用工业分析、元素分析、固体核磁（¹³C NMR）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对宁东红石湾（HSW）煤样进行表征,获得煤样中元素赋存的种类、价态、化学键环境等物质微观结构的关键参数。结果表明HSW煤结构以芳香族为主,占75.96%,桥接芳碳与周碳比为0.315,可知其结构中以萘为主,苯和蒽为辅。氧原子主要以醚氧基（C-O）、羰基（C=O）和羧基（-COO）的形式存在,其中C-O占53.57%。氮原子以吡啶和吡咯的形式存在。苯环的连接方式以三、四取代为主,分别占47.77%、32.97%,脂肪族中环烷烃或脂肪烃-CH₃占优势。确定HSW煤的分子式为C₂₂₁H₁₄₈O₂₈N₂,分子量为3142.32。在此基础上结合计算机辅助实现了二维和三维大分子模型构筑。应用量子化学计算对HSW煤大分子模型进行了优化及核磁共振、红外光谱模拟,验证了所建模型的合理性。最终实现了HSW煤的微观分子结构的实验与量子化学描述。     

煤颗粒燃烧过程氧化机理及有机氮转化的分子模拟：以宁东红石湾煤为例

煤燃烧是煤炭资源有效利用的重要方式之一。从原子分子水平上识别煤燃烧的机理,系统把握反应条件的影响,揭示含氮污染物迁移转化的路径对于煤炭高效清洁利用具有重要意义。以前期构建的宁东红石湾煤分子结构模型为基础,采用反应分子动力学模拟方法对煤大分子结构聚集态模型进行燃烧反应模拟,考察化学当量比和反应温度对燃烧过程中结构演变、燃烧反应物和产物的影响,探究有机氮转化路径。研究发现,随着反应不断进行,煤结构的断裂变化非常明显。不同化学当量比和不同温度下煤燃烧的结果表明,化学当量比越大、燃烧温度越高时,O₂分子消耗速度越快,CO₂的生成量也越多。对燃煤过程中含氮气体分子数量的分析表明,HCN是重要的含氮中间产物,NO、NO₂是主要含氮气体产物。本研究还建立了煤燃烧过程中有机氮的转化路径,获得了HCN、NO和NO₂的演变过程。     

马脊梁镜煤有机质大分子模型构建及分子模拟

运用工业分析、元素分析及¹³C核磁共振波谱、X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱分析,构建了马脊梁镜煤有机质大分子结构模型。在该结构模型中,芳环桥碳与周碳之比为0.24,芳环的类型以蒽、萘为主;脂肪碳原子主要是甲基、亚甲基和次甲基,氧接脂碳含量最少;每个大分子平均含氧原子22个,氧原子存在于酚羟基、羰基、羧基和醚氧中,个数分别为9、4、3和3;氮原子以一个吡啶和一个吡咯的方式存在。该结构模型的平均分子式为C₂₂₂H₁₆₈O₂₂N₂,分子量为3212。对所建分子模型分别进行了核磁共振碳谱、红外光谱及密度的模拟计算,并与测试结果进行对比验证。结果表明,所建模型能够较好地反映马脊梁镜煤有机质的大分子结构特征。     

煤结构的大分子和分子模型

本文回顾了有关的实验数据,指出煤的有机质是由交联结合的大分子网络和较小分子的复杂混合物组成的。认为分子相组分是以电子给予体-接受体之间的相互作用方式,笼形包合在大分子相中的。由于大分子网络形成的孔的口径的限制,分子相的有些部分是不能被抽提出来的。煤中分子相含量的测定似乎可用H-NMR自由诱导衰减方法来解决。就Wiser代表性结构所计算得的NMR线,与某些低煤化度煤的实验NMR线之Gaussian组分的比较表明,上述结构是某些煤中大分子组成单元的很好的表示方法。     

热改质对宁东羊场湾煤成浆性能影响研究

采用低温(200℃~450℃)加热的方法,对宁东地区羊场湾煤进行改质实验,并考察改质对煤成浆性能的影响。实验结果表明:250℃~300℃时,煤的内水含量减少到最小,煤样的表面含氧官能团特别是羧基和羟基含量是影响煤成浆的主要因素,低温改质可大大提高煤的成浆性能。最佳的低温改质条件是:改质温度为350℃,加热时间30 min。     

粒度分布对宁东羊场湾煤制水煤浆性能的影响

为了提高宁东地区煤的成浆性能,通过调整煤粉成浆的粒度分布,研究了粒度分布对水煤浆成浆性能的影响。实验证明,采用双峰级配,且小于200目煤粉占50%时,制得的水煤浆质量分数达到61.7%,比甲醇厂实际工况中水煤浆最大质量分数提高3%。     

量子化学计算方法在煤反应性研究中的应用

介绍了在煤反应性研究中常用的量子化学计算方法和计算原理。总结了量子化学计算方法在煤的两类重要的反应性研究中的应用，这两类反应性是煤裂解过程中化学键和热力学量的变化以及反应动力学，煤在二氧化碳和甲烷作用下表面结构的变化机理和变化动力学，通过对现有相关工作的研究探讨了量子化学计算在煤反应性研究中的特点和作用。发现为量子化学计算合理地建立和选择一个能够反映出被研究过程特点的初始模型。是量子化学计算方法在煤反应性研究中的需要解决的最关键问题。     

量子化学计算在煤的结构与反应性研究中的应用

概述了在煤的结构与反应性研究中常用的量子化学计算方法的特点和作用,总结了量子化学计算方法在煤的静态微观性质、裂解、液化和气化等研究中的应用.通过对现有相关工作的研究发现：量子化学计算方法作为一种研究手段已经能够满足煤结构与反应性研究的需要;合理地建立和选择能够反映被研究过程特点的煤结构模型是运用量子化学计算方法解决问题的关键;对煤反应性的研究仅从化学键的断裂入手,键的形成尚未涉及;煤的量子化学静态参量的研究尚待深化.     

宁东煤制水煤浆添加剂的筛选及工业应用

[摘要]为筛选出适合宁东煤制煤浆的添加剂,我们进行了系列试验,包括实验室试验、放大试验及工业应用试验。综合比较,确定SK添加剂更适合宁东煤制煤浆。     

煤相关含氧模型化合物苯甲醚热解机理的量子化学研究

采用量子化学密度泛函理论方法对煤相关含氧模型化合物苯甲醚热解异构化反应的热力学和动力学进行了分析,确定了苯甲醚热解异构化生成邻位、对位甲酚的反应路径为两条平行的连串反应,且分别生成产率相当的邻位和对位甲酚。苯甲醚中O—CH₃键的均裂为决速步骤,其活化能为285.90 kJ•mol^-1（1000 K）,从理论上解释了邻位和对位甲基取代的环己二烯酮中间体在反应中的存在。     

枣泉煤分子模型构建及热解的分子模拟

以宁东枣泉煤为研究对象,使用工业分析、元素分析、X射线光电子能谱、~(13)C固体核磁等表征手段和计算机辅助,构建获得枣泉煤大分子结构模型。经过分子动力学退火动力学模拟和几何结构全优化,与初始结构相比键长、键角发生明显改变,立体构型显著,芳香层片之间近似平行的排列方式明显。获得的傅里叶变换红外和~(13)C固体核磁的实验与计算谱图总体吻合较好,进一步证明了构建模型的合理性。使用反应分子动力学方法模拟枣泉煤的热解过程,考察不同热解终温和升温速率对热解行为的影响。结果发现,随着温度的升高,反应速率逐渐加快。不同升温速率对枣泉煤热解过程中气体的产生有显著影响。在动力学模拟中大多产生C_(15)以下的碎片,大分子的种类则并不多。随着升温速率的增加,气、液、固三相产物整体上都呈现下降的趋势。此外,还根据反应分子动力学模拟结果追踪了热解过程中CO_2的形成机理,获得了三种不同的CO_2形成路径。     

枣泉煤分子模型构建及热解的分子模拟

以宁东枣泉煤为研究对象，使用工业分析、元素分析、X射线光电子能谱、¹³C固体核磁等表征手段和计算机辅助，构建获得枣泉煤大分子结构模型。经过分子动力学退火动力学模拟和几何结构全优化，与初始结构相比键长、键角发生明显改变，立体构型显著，芳香层片之间近似平行的排列方式明显。获得的傅里叶变换红外和¹³C固体核磁的实验与计算谱图总体吻合较好，进一步证明了构建模型的合理性。使用反应分子动力学方法模拟枣泉煤的热解过程，考察不同热解终温和升温速率对热解行为的影响。结果发现，随着温度的升高，反应速率逐渐加快。不同升温速率对枣泉煤热解过程中气体的产生有显著影响。在动力学模拟中大多产生C₁₅以下的碎片，大分子的种类则并不多。随着升温速率的增加，气、液、固三相产物整体上都呈现下降的趋势。此外，还根据反应分子动力学模拟结果追踪了热解过程中CO₂的形成机理，获得了三种不同的CO₂形成路径。     

热解机理及在煤结构模型构建中的应用研究

鉴于煤热解技术的迅速发展,以中低温热解为主,对相应的挥发分逸出机理、液体生成机理、官能团反应机理进行分析。通过对热解产物的碎片参数分析,从分子水平揭示煤结构中的共价键结合特征及分布情况,拼凑组装构建结构模型,建立煤结构与反应性的关系,并综述近年来热解结构模型及其发展状况,提出热解在煤结构构建中的研究方法和思路,指出结构模型构建未来的发展方向,进一步揭示煤结构研究的重要性。     

煤结构模型及煤中小分子研究进展

本文就煤的组成、性质以及其研究的重要性进行介绍;从物理、化学角度对煤的结构模型进行综述,并介绍了新的煤结构理论模型;最后对煤中小分子及其分子间作用力研究进展进行了探讨。     

煤结构及煤结构模型的研究进展

煤是我国主要的矿物能源和化工原料,但因煤组成的复杂性和检测手段的制约性,其结构至今仍未有定论。在煤结构研究的现代观点和方法的基础上,本文从煤的主要结构特征,显微组分的分布特征,孔隙结构和其溶胀特性总结了煤的聚集态结构,并从化学结构、物理结构及综合角度阐述了近年来煤的各种结构模型,最后简要介绍了秦志宏教授提出的煤的嵌布结构模型。     

煤结构模型研究及展望

从煤大分子结构模型、分子间结构模型和复合结构模型3个方面对煤的十几种典型结构模型进行了归类,对各模型的研究背景和研究方法进行了介绍和简要评述,并引入了我国学者新近发表的若干煤结构模型概念,指出其中的煤嵌布结构模型是目前煤化学界所提出的最为系统和全面的关于煤复合结构的概念描述,其研究过程反映了该嵌布结构模型是煤组成结构本质的一种自然体现,对煤溶解过程中的各种现象及煤的黏结性等可以作出合理的解释。     

绿原酸分子修饰产物的制备、表征及量子化学计算

绿原酸（CGA）是一种天然酚类抗氧化剂，已应用于医药保健、食品、日用化工等行业中。然而，其易溶于水难溶于油的特性使其应用受到了限制。本研究对CGA进行了分子修饰，即在非水相中，以三乙胺（TEA）为催化剂，对其进行月桂酰氯（LC）酰化，制备了脂溶性的绿原酸月桂酸酯（CGL）。探讨了原料配比、温度及反应时间对CGL收率的影响，得出制备CGL的最佳工艺条件为：以N, N-二甲基甲酰胺（DMF）作为溶解、稀释剂，n CGA∶n LC∶n TEA＝1∶1∶1.5，温度控制在35±1 ℃，反应时间8 h。在此条件下，可得到微黄色粉状固体产物绿原酸月桂酸酯，其产率为81.24 %。通过UV-Vis、IR、ESI –MS、1HNMR对CGL的结构进行了表征。同时，在理论上，采用量子化学计算的方法论证了该分子修饰的可行性和合理性。     

计算煤及煤半焦热值的公式——发展、检验及利用

通过对美国所有品位煤的775个样品数据组成的数据库进行回归分析,得到了一个从煤的元素分析计算其热值的新公式。使用该公式所得到的计算值与观察值之间的平均差异为零,其标准误差为129英国热量单位/磅(300千焦耳/公斤)。各种品位煤的平均误差及标准误差都没有很大的差异。用这些数据也对杜隆、莫特——斯普纳、博伊、及格鲁梅尔——代维斯等公式进行了检验,但是得到的结果相当不好。新的公式已由其它试验室的数据和半焦的数据得到证明。对于由于矿物质的可变性,与品位无关的煤中有机质的可变性以及试验室测定的偏差所引起的数据偏差分配也作了估计。本文还叙述如何应用这个公式来检验试验室的工作状况,对于煤炭转化工艺的热平衡计算加以修正,以便得到最高的准确度。     

煤化学结构模型研究进展及应用

为了解煤结构与反应性之间的关系,论述了褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤的典型化学结构模型,分析了煤的化学结构模型在煤热解、煤气化、煤液化、煤自燃及煤的溶剂溶胀性中的应用。煤的化学结构模型有助于在分子水平上研究煤反应过程中的反应路径和反应机理。煤结构模拟的方法能够有效捕获煤热解过程中化学键的生成和断裂行为,解释煤气化反应机理,有效检测或捕获煤液化时生成的不稳定自由基,从微观方面分析影响煤自燃的因素,达到预防煤炭自燃的目的。     

全液压式注塑机能效计算模型的构建研究

鉴于现有全液压式注塑机能效研究方面存在的不足,分析了全液压式注塑机液压能耗的机理与特点,在此基础上,提出了注塑工艺各阶段所需最小能耗的求解模型,并对求解所需各参数的获取手段进行了探讨,进而建立起全液压式注塑机能效计算模型。该模型克服了传统全液压式注塑机能效估算方法存在的缺陷,其不仅能够为准确评价全液压式注塑机品质提供科学依据,而且对于其他各类注塑机的能效评价亦具有一定的参考价值。