神木煤显微组分加氢热解特性的研究

在加压热天平上终温900℃，升温速率20℃／min,0.1MPa-3MPa的条件下考察了神木煤显微组分加氢热解的热失重行为、半焦元素分布、脱硫脱氮率及半焦的燃烧反应特性。结果表明：镜质组和丝质组的加氢热解失重行为相似，在378℃－718℃出现明显失重峰，但镜质组加氢热解失重峰温低，失重速率大，在实验压力范围（0.1MPa－3MPa)内，随热解压力升高，半焦中C含量增加，H、O含量下降，脱硫脱氮率增加，在压力为3MPa时，镜质组的脱硫率显著高于丝质组，镜质组加氢热解半焦的燃烧反应性高于丝质组半焦，随加氢热解压力的增加，半焦的燃烧反应性表现出先下降后增加的趋势。     

神府煤煤岩显微组分的浮选分离及富集物的低温热解产物特性研究

研究了神府煤煤岩显微组分的浮选法分离及富集物的低温热解产物特性,考察了矿浆pH值对浮选分离效果的影响,探讨了显微组分富集率对低温热解产物收率的影响,对比分析了显微组分富集物低温热解产物特性,为煤岩显微组分的分级利用提供理论指导。结果表明,调节矿浆pH值可控制煤岩显微组分的分离效果;煤样中镜质组含量越高,低温热解的焦油收率越高,而惰质组含量越高,焦油收率越低,半焦收率越高;镜质组富集物低温热解后半焦表面出现明显的大孔和裂隙,惰质组富集物低温热解后半焦的结构更加疏散、易碎,小颗粒增多;神府煤及各显微组分富集物低温热解焦油中酚类物质的相对含量较高,镜质组富集物热解焦油中的酚类、萘类和链烃类物质含量高于惰质组,而惰质组富集物焦油中多环芳烃类及苯类相对含量较高;神府煤及各显微组分富集物低温热解气的主要成分为CH4、H2、CO、CO2及少量C2~5碳氢物,镜质组富集物热解气中CH4、H2及C2~5的相对累积产率高于惰质组,而CO和CO2产率低于惰质组,原煤热解气中CH4和H2的相对累积产率高于镜质组和惰质组。     

粒径及加热速率对烟煤膨胀特性的影响

将不同粒径烟煤在实验室沉降炉中进行了不同加热速率下的热解实验，研究了煤粉粒径及其加热速率对煤粒膨胀特性的影响。实验结果表明，煤粒在热解过程中发生了明显的膨胀，形成了具有中空结构的煤胞型焦炭，这是煤中较高镜质组体积分数造成的。在相同加热速率下，随粒径减小煤粉颗粒膨胀越剧烈，随粒径增大煤粒膨胀程度之间的差异有减小的趋势。煤样不同膨胀特性是镜质组体积分数不同的结果。镜质组体积分数越高，在热解过程中更容易软化、变形，发生剧烈膨胀。当加热速率从0.5×104K/s升高到4×104K/s时，煤样膨胀程度先增加后减小，表明在0.5×104K/s～4×104K/s，存在一个最佳的加热速率，此时煤粒膨胀程度最高。     

矿物质对煤显微组分热解的影响

用常压热天平考察了平朔气煤三种主要显微组分(镜质组、丝质组和稳定组)的热解特性及其原生矿物质和外加无机物对各显微组分热解的影响。用ST-03表面孔径测定仪测定了三种显微组分及焦样的比表面积。研究表明,各显微组分的热解反应性从强到弱的排列顺序为:稳定组>镜质组>丝质组;原生矿物质对各显微组分的热解具有抑制作用,对热解活化能也有影响,并使焦样的比表面积显著增加;外加CaO等无机物及其添加量对不同显微组分的热解有不同的影响,但都使焦样比表面积增加。用分段连续一级反应机理可以较好地描述各显微组分的热解过程,统一形式不同参数的动力学模型为dx_(ij)/dt_(ij)=k_(ij)(1-x_(ij))。     

煤岩有机显微组分热解过程中HCN和NH3生成规律的研究

经等密度梯度离心分离，从褐煤、长焰煤、气煤和贫煤四种不同变质程度煤中获得了高纯度的有机显微组分。用石英管式反应器在600 ℃～900 ℃考察了煤岩有机显微组分热解过程中HCN和NH3的生成规律。实验结果表明，在显微组分热解过程中HCN主要是挥发分二次裂解的产物。在镜质组热解过程中，煤的变质程度越高，HCN的生成率越低，热解温度越高，HCN的生成率越高；同一种煤三种有机显微组分热解过程中，HCN的生成不仅与显微组分挥发分的质量分数有关，而且与显微组分中氮的存在形态有关，在较低温度热解时吡咯型氮质量分数高的煤样HCN的生成率较高。显微组分热解过程中NH3来自于挥发分的二次热裂解，与焦的热裂解有关，随煤变质程度增高，镜质组热解过程中NH3的收率降低；对同一种煤三种煤岩有机显微组分，由于其黏结性不同，含氮官能团和氢自由基的接触几率不同，生成NH3的能力也不同，惰质组的NH3生成率最高，壳质组最低；温度对NH3的生成也有影响，800 ℃NH3的生成率最高，惰质组NH3的生成率为11.8%，壳质组NH3的生成率为5.2%。     

平朔煤岩显微组分热解过程中HCN的生成

以平朔煤的三种有机显微组分为研究对象，使用石英玻璃管式反应器，在600℃～900℃范围内考察了程序升温热解和快速升温热解过程中HCN形成与释放的规律。实验结果表明,热解反应温度、升温速率和显微组分类型对HCN的释放均有较大的影响。热解温度越高，HCN在三种显微组分气相产物中的生成量越大；热解温度为900 ℃时，稳定组的HCN收率较大，热解温度为600 ℃时，镜质组的HCN收率较高，这和不同显微组分中氮的赋存形态有关；与慢速升温热解相比，快速升温热解有利于HCN的释放；与原煤热解过程中HCN的收率相比，显微组分在原煤中的百分含量不是HCN收率的权重系数，显微组分热解生成HCN的过程中有协同效应。     

兴隆庄煤显微组份热解失重及热解反应动力学的研究

通过测定兴隆庄煤显微组份富集物WF、JF、BJF、SF的热解失重,研究了各显微组份热解失重特性。各显微组份富集物的失重曲线具有相似的形式,失重速率随温度的变化近似地呈高斯分布状,主要分解范围在380—540℃之间。由SF→BJF→JF→WF,热解总失重量和最大失重速率增高,微分曲线峰半宽增大。提高升温速度,热分解范围增宽,脱除挥发份产率增大。升温速度对不同显微组份富集物的影响程度不同,对SF影响最大,JF次之,WF最小。应用失重结果,借助解线性方程组的方法,计算出纯显微组份的失重数据,从而探讨了各显微组份的热解动力学,首次得到了兴隆庄煤各显微组份的热解活化能:镜质组为151.40kJ/mol,半镜质组为120.72kJ/mol,丝质组为116.45kJ/mol,稳定组为141.16kJ/mol。     

升温速率对神木煤热解半焦结构性能的影响

利用管式炉和微波材料工作站分别对神木煤煤样进行终温为750 ℃的慢速(3和5 ℃/min)、中速(10和15 ℃/min)及快速(50、100、225、350和750 ℃/min)热解,基于热解半焦X射线衍射谱图解析热解半焦的微晶结构参数,采用傅里叶变换红外光谱表征热解半焦的表面化学,并借助热重分析仪、选用气化活性参数R_T评价热解半焦的气化反应活性。结果表明,随着升温速率的增大,神木煤热解半焦总体上呈现的趋势是:表面含氧官能团含量降低,半焦的微晶层片尺寸L_a和石墨化度明显提高,层间距d₀₀₂和堆积高度L_c略微减小,说明神木煤半焦结构随升温速率的提高变得规整;随着升温速率的增大,半焦的气化活性R_T从0.178 2降低至0.103 6。热解终温为750 ℃的神木煤热解过程中,快速热解有利于获得易石墨化、表面非极性化、气化反应性低的产物。     

煤-焦炉气共热解特性研究Ⅱ.热解半焦燃烧反应性的研究

实验采用ＴＧ１５１型高压热天平对不同热解压力和热解升温速率下煤焦炉气共热解半焦燃烧反应性进行了考察。主要考察半焦燃烧的特征参数如着火温度（Ｔｉ）、最大燃烧速率峰温（ＴＭ）和燃尽温度（Ｔｆ），最大燃烧速率（ＲＭ）以及燃尽时间（ｔ），通过燃烧特征参数（燃尽时间ｔ）和ＴＧ及ＤＴＧ数据的相关动力学分析（Ｒｆ图）来描述半焦燃烧反应性能。结果表明，热解压力越高，其半焦燃烧反应性越差，在慢速升温情况下尤为明显；热解升温速率越快其半焦燃烧反应性越好，在较高压力下更为明显。先锋褐煤与焦炉气共热解半焦的反应活性与其加氢热解半焦的反应活性相当，但两者均略低于氮气氛下热解半焦的反应性。     

低加热速度下显微组分的热解机理

利用差热分析并采用微分和积分相结合的方法，通过分析显微组分富集样在低加热速度下热解的实验结果，对显微组分的热解机理进行了研究。结果表明，煤的热解过程十分复杂，整个热解过程不能用一步反应描述，但存在明确分界温度Ｔｍ。在假定两步反应的前提下研究表明，各步反应均由扩散过程控制，但扩散机理不同，不同段的活化能不一样，后段的活化能比前段小。不同显微组分的热解机理没有表现出差别，但活化能却有差别，惰质组一般具     

强弱还原煤聚集态对其可溶性影响的分子力学和分子动力学分析

选取代表性原煤3种, 采用等密度梯度离心分离法将原煤分别提纯出2种主要煤岩有机显微组分: 镜质组和惰质组. 运用分子力学和分子动力学对煤岩有机显微组分的模拟分子结构进行了理论分析. 结果表明, 弱还原煤为片状结构, 具有较多的敞开式孔, 强还原煤为团状结构, 具有较多的闭合式孔. 实测13C-核磁共振波谱(NMR)分析和模拟结果充分显示显微组分的芳环结构片层和分子之间的非成键作用能是影响煤溶剂可萃取性的主要因素. 结合X射线衍射(XRD)对样品晶态结构的测量, 证明煤中芳环结构片层较少、非成键作用能较小的显微组分其溶剂萃取率高.     

神东煤液化残渣显微组分的特征与分类研究

在PSU处理能力为0.1t/d的小型连续液化装置上对神东煤进行了加氢液化试验，对其液化残渣进行了显微光学研究。结果表明，在液化过程中，原料煤中的壳质组和镜质组全部转化，惰质组部分转化，在残渣中可见未反应的惰质组，同时在残渣中出现中间相小球体和半焦等新生组分。矿物质大量富集，并基本保持煤中原有的形态特征。THF处理后残余惰质组反射率在2.0%~3.8%，略高于煤中高反射率惰质组反射率，煤中高反射率惰质组是残余惰质组的主要来源。     

褐煤半焦直接加氢制甲烷反应特性及其孔结构和表面形态变化

在高温高压(1 000 ℃、12 MPa)固定床反应器上对内蒙古褐煤半焦的加氢甲烷化反应特性进行了研究,采用氮吸附和扫描电镜(SEM)对甲烷化残渣比表面积、孔结构和表面形态进行了表征。结果表明,半焦加氢甲烷化可分为加氢热解、快速加氢和慢速加氢等三个反应阶段,每阶段分别发生含氧官能团和烷基侧链加氢反应、芳环结构加氢反应以及贫氢骨架碳结构加氢反应。半焦加氢甲烷化最优反应温度为800 ℃,反应压力为3.0~4.0 MPa;提高升温速率可以缩短前段(碳转化率低于46%)反应过程时间,对后段(碳转化率高于46%)反应过程影响较小。半焦甲烷化残渣的吸附-脱附等温线呈反S型,滞后环呈H3回线形状;在甲烷化反应过程中,半焦平均孔径先减小后增大,总孔容积和介孔容积逐渐增大,微孔容积和比表面积先增大后减小。     

煤中混入氧化锌高温焦炉煤气脱硫行为的研究

在热力学模拟结果的基础上，利用在练变煤中添加氧化锌进行焦炉煤气均相脱硫的行为的研究。实验结果表明：在炼焦前期，煤中添加氧化锌可以有效抑制煤中硫的释放，实验所用煤样中的最佳的氧化锌添加量是理论计算所需量的1．4倍.顺炼焦后期，由于焦炉煤气中氢气的作用，半焦中硫化锌和氧化锌开始分解，气态锌和H2S随焦炉煤气的温度降低又生成硫化锌，从而实现了焦炉煤气的脱硫，而且对焦炭质量的影响很小，氧化锌的添加量的增加有利于焦炉煤气进一步的脱硫。     

低活性无烟煤固定床二氧化碳催化气化反应动力学研究

在内径18 mm的固定床反应器中研究了福建低活性无烟煤二氧化碳催化气化反应动力学。考察了消除内外扩散影响的实验条件。在750 ℃～907 ℃，以碳酸钠为催化剂分别测定了永安丰海筛无烟煤、永安加福筛无烟煤和永定无烟煤的转化率与时间的关系；以碳酸钾及纸浆黑液为催化剂测定了永定无烟煤的转化率与时间的关系。永安加福筛无烟煤采用均相一级反应模型及未反应缩芯模型进行拟合，得出气化反应速率常数、反应活化能和指前因子，与热天平的实验结果进行比较，固定床反应速率常数明显变大，活化能和指前因子也大，是由于固定床中有较高的二氧化碳到煤粒表面的传递速率和较高的升温速率所致。     

马家塔煤及其显微组分的加氢液化特征

用Fe2O3作催化剂,硫黄为助催化剂,脱晶蒽油为循环溶剂,在反应温度为450度,初始氢压为10MPa,反应时间为60min的实验条件下,在微型高压釜内对马家塔原料煤及其显微组分的加氢液化特征进行了系统研究,镜质组的液化反应性高于惰质组,在原料煤,镜质组和惰质组这三种实验原料中,原料煤的液化反应性是最高的,对总转化率和油收率而言,原料煤＞镜质组＞惰质组,对沥青烯产率而言,原料煤＞惰质组＞镜质组,水产率则是镜质组＞原料煤＞惰质组,气产率为惰质组＞镜质组＞原料煤,原料煤,镜质组和惰质组在加氢液化过程中所产生的气体在组成上也是有所差异的,各显微组分在加氢液化过程中可能存在着协同作用。     

Study of the combustion mechanism of oil shale semicoke in a thermogravimetric analyzer

Oil shale semicoke, formed in retort furnaces, is a source of severe environmental pollution and is classified as a dangerous solid waste. For the industrial application of oil shale semicoke in combustion, this present work focused on the thermal analysis of its combustion characteristics. The pyrolysis and combustion experiments of semicoke were conducted in a Pyris thermogravimetric analyzer. From the comparison of pyrolysis curves with combustion curves, the ignition mechanism of semicoke samples prepared at different carbonization temperatures was deduced, and was found to be homogeneous for semicoke samples obtained at lower carbonization temperature, shifting to heterogeneous with an increase in the carbonization temperature. The effect of carbonization temperatures and heating rates on the combustion process was studied as well. At last, combustion kinetic parameters of semicoke were calculated with the binary linear regression method, showing that activation energy will increase with increasing the heating rate.     

Characterization of titanium dioxide nanoparticles using molecular dynamics simulations

Molecular dynamics simulations of titanium dioxide nanoparticles in the three commonly occurring phases (anatase, brookite, and rutile) are reported. The structural properties inferred by simulated X-ray diffraction patterns of the nanoparticles were investigated. The titanium-oxygen bond length as a function of size, phase, and temperature was determined and was found to be dependent on the coordination environment of the titanium and independent of phase and size. The equilibrium Ti-O bond length is 1.86 A for a four-coordinated titanium ion, 1.92 A for a five-coordinated titanium ion, and 1.94 A for an octahedral titanium ion. Smaller nanoparticles are characterized by a higher fraction of titanium ions that are four and five coordinated, due to the larger surface area-to-volume ratios. The surface energies for anatase, rutile, and brookite particles were reported. The surface energy of the nanoparticle increases and approaches a constant value as the particle gets bigger. The surface energies of small rutile particles are higher than that for anatase particles of a similar size, consistent with anatase being the more stable phase of nanocrystalline titanium dioxide.