煤的热解动力学研究

热解是煤燃烧、气化和液化等热加工工艺中的基本过程之一,也是成煤过程中的基本环节。因此,研究煤的热解不仅为煤的热加工过程提供科学依据,也能为加深煤化学研究提供重要信息。溶剂抽提既是研究煤化学的重要方法,也是提取某些重要化工原料和燃料油的的重要加工过程,同时还可为抽余煤的合理利用提供必要的基础数据。     

红外发射光谱法用于煤化学研究

提出了一套可用于煤化学研究的红外发射光谱测试系统 ,设计了一个结构简单 ,使用方便的样品槽 ,讨论了操作中影响光谱质量的有关因素 ,并以观察煤在低温氧化过程中结构变化为例 ,展示了这一方法在煤化学领域中的应用前景。     

煤微观结构的X射线衍射原子分布函数分析

采用在非晶态结构研究中应用的Ｘ射线衍射原子分布函数法测试了四种不同煤化程度煤的碳原子平均径向分布，求出了碳原子间距、配位数、芳香度、聚合度和短程有序畴等结构信息，并与文献值进行了以比。结果表明，煤的碳原子间距及对应的配位数介于石墨和金刚石对应的数值之间，随着煤化程度的增加，芳香胺、聚合度和短程有序畴增大，煤的石墨化程度增加。     

煤中生物标志化合物的初步探讨

以煤的索氏抽出物中正己烷流出物为样品,考察了煤化程度不同的两种煤样中的正构烷烃、类异戊二烯烃、芳烃、萜烷和甾烷等生物标志化合物的存在及其分布,讨论了这些生物标志化合物的相对比值与煤的古代埋藏环境和煤化过程的关系,结论与常用煤化学方法一致,也与作者以前对这两个煤样中的卟啉用有机地球化学法的结果相符合。     

无烟煤结构的高分辨电镜研究

镜质组不仅是煤结构变化最具规律性，也是影响煤质的主要微成分。用点分辨率为２．１Ａ的高分辨电镜对几种不同煤化程度的无烟煤大分子结构进行了研究。结果表明：电镜图像直接表征了无烟煤分子的非均匀性孔隙结构。京西煤分子方向化程度强，主要以芳层平行堆或有序化前结构为主；晋城煤方向化程度弱，主要以粒状嵌晶结构为主。高分辨电镜技术是研究煤分子结构和煤化作用实质的有效方法。     

煤中含氧官能团的红外光谱定量分析

利用ＦＴＩＲ分析和合适的光谱分峰程序,把煤的红外吸收光谱分解为３８个Ｇａｕｓｓｉａｎ分布的峰。基于煤中含氧官能团在红外光谱中有吸收,并结合煤中含氧官能团的化学分析,确定了含氧官能团与其吸收强度之间的关系。对我国煤化程度有显著差异的１８种煤的红外光谱的研究表明,羧基、羟基和其它含氧官能团的氧含量均随煤化程度的增加而减少,煤中官能团的氧含量是煤化程度的量度     

煤的性质对具有粘结剂冷压成型型煤质量的影响

研究了14种不同煤化程度煤的性质与其型煤质量的关系。实验表明,以淀粉为粘结剂,在相同成型条件下,14种型煤的抗压强度随着煤化程度降低而降低,褐煤的成型性能最低。影响其抗压强度的主要煤质因素,有煤的最高内在水分、含氧官能团、孔体积、煤表面石墨形态碳含量等,其值越高,型煤强度越低。然而,煤表面烷基侧链疏水形态碳含量低时,则有利于粉煤成型。     

煤的溶胀技术研究进展

本文综述了煤溶胀技术的研究进展，着重讨论了煤的非共价键作用力，溶剂、煤化程度、煤的预处理及煤中的可溶组分对煤溶胀的影响，煤的溶胀机理和动力学以及溶胀技术在煤分子结构研究中的应用。最后指出随着溶胀技术研究的深入，可望了解煤的分子结构及实现煤的高效洁净转化。     

煤大分子结构的电子自旋共振谱表征

应用ＥＳＲ技术对一变质系列煤的自由基特性进行了实验研究，探讨了煤中自由基的起源、性质和数量的变化，并将其与煤的大分子结构相关联。结果表明，煤自由基特性在煤化过程中的规律性较好。     

煤化学的前沿与挑战:结构与反应

任何物质的化学反应性质均与其结构有关,煤也不例外.人类对煤研究和利用的历史一直包括对煤的结构与反应的探索,依据从不同层面得到的信息提出了许多煤结构模型并用多种方式表述了煤的反应行为.然而到目前为止,这些探索还没有达到准确解析化学现象所要求的"分子水平".本文简要分析了"煤结构和反应"的认识发展过程,并结合自己的思考和研究结果,试图提出从分子水平进一步发展煤化学的思路和挑战,以供参考.     

基于镍基修饰的铁矿石载氧体煤化学链燃烧实验

使用1 kW_th串行流化床反应器,研究了以铁矿石为载氧体以及对铁矿石进行镍基修饰情况下煤化学链燃烧特性,对两种修饰方法(机械混合和浸渍)进行了对比评价。结果表明,铁矿石载氧体具有良好的反应性能和稳定性,是实现煤化学链燃烧的一种比较理想的载氧体。向矿石中机械添加少量NiO/Al₂O₃载氧体,能够有效改善其反应活性,提高系统CO₂捕集率;采用浸渍法修饰的铁矿石载氧体煅烧后,总体微观孔隙结构变差,导致煤气化产物与载氧体间的反应无法充分进行,系统CO₂捕集率显著下降。浸渍修饰的方法和过程需要进一步的研究和改善。     

低煤级煤热解H2生成动力学及其与第一次煤化作用跃变的关系

用开放体系的热重-质谱联用仪(TG/MS)研究了7种低煤级煤的热解特征、H2的生成动力学特征以及它们与第一次煤化作用跃变的关系. 结果显示, 煤热解失重率在碳含量(Cdaf)为80%(质量分数)和镜质组最大反射率(R0max)为0.60%附近发生转折; 氢气生成的特征温度参数以及动力学参数均在Cdaf为80%(R0max为0.60%)左右表现为最低; 氢气的总产率在此处最大. 这些特征参数的极值点刚好与第一次煤化作用跃变点一致, 说明这些参数可以反映第一次煤化作用跃变的发生. 结合傅立叶变换红外(FTIR)光谱法获得的煤结构特征, 对影响机制进行了分析解释, 认为是由以下3个方面的原因导致的: (1)煤中脂肪类含氧官能团的演化特征; (2)可溶有机质的低温热缩聚作用; (3)有机质的“两极分化”作用.     

煤热解过程中含氮气相产物转化规律的实验研究

为了研究煤在热解过程中含氮气相产物的生成规律,在滴管炉反应系统中对四种原煤以及两种脱除矿物质煤样分别在500℃、700℃、900℃和1100℃进行了实验研究。结果表明,随着温度的升高,作为NO前驱物的HCN和NH3的收率随之增加,N2的收率也增加。煤种对含氮气相产物的生成规律也有着较大的影响,煤化程度比较低的煤在热解过程中,燃料氮向气相含氮产物的转化率较高;煤化程度比较高的煤转化率则偏低,大部分的氮缩聚在多环芳香结构中,成为焦炭氮。煤中的矿物质对燃料氮向N2的转化起到了促进作用,而对燃料氮向HCN和NH3的转化起到了抑制作用。     

QDTA/T/EGD/GC在线联同技术 Ⅸ.煤的热解、碳化度应历程及其机理的研究

应用QDTA/T/EGD/GC在线联同技术及其装置测定了在N_2气下五种不同煤化程度的煤种之DTA/EGD/GC热解特性曲线。实验结果可提供如下三方面的信息和数据:(1)唯有中等煤化程度的煤,才在一次碳化反应阶段的曲线上呈现出台阶状的放热效应,由这种煤可获得性能良好的焦炭;(2)取得了在碳化过程中的各项表征温度和碳化气特征;(3)提出了焦煤的热解、碳化反应历程及其机理。     

自由基浓度测定方法的再验证及其在煤化学中应用

对前人建立的标准曲线法测煤中自由基浓度进行优化,以DPPH标准样品和基准样品的二次积分面积比值为新参数,结果显示新参数标准曲线法的实测值与理论值相对误差都在5%以内;重复性、复现性实验的相对标准偏差都小于3%。将新参数标准曲线法用于分析不同煤化程度煤和新疆黑山煤(HS)沥青质的自由基浓度,发现随着煤化程度增加,其煤中自由基浓度逐渐增大,从低阶褐煤的8.531×10~(17)/g上升到高阶无烟煤3.37899×10~(19)/g;而在HS煤液化过程中,随着加氢液化温度的升高,其沥青质自由基浓度逐渐下降,从290℃的1.5793×10~(18)/g降到450℃的7.410×10~(17)/g,沥青质自由基浓度变化趋势与其产率变化趋势相一致。     

催化剂对煤着火特性的影响Ⅰ.煤性质及煤中矿物质对煤催化着火的影响

使用可在加压下测定着火点的装置，研究了煤化程度、煤中太物质和煤焦干馏温度对煤或煤焦的催化着火的影响。结果表明，对于煤的催化着火来说，煤化程度、煤焦干馏温度仍是影响煤或煤焦活性的重要因素，但是添加催化剂后，煤的活性顺序也发生了一定的变化；煤中矿物有一定的催化着火作用，催化作用的大小与煤中钙、钾、钠含量及其存在形态、分布状况有关；催化作用的大小与催化剂添加量有关，并且添加量存在一个最佳值，此时着火点最 低。     

中国无烟煤焦气化活性的研究——水蒸气与二氧化碳气化活性的比较

在常压和920℃~1050℃下，采用热重方法，进行了六种中国典型无烟煤焦水蒸气与二氧化碳气化活性比较的研究。结果表明，无烟煤焦与水蒸气气化反应的活性与无烟煤的煤化程度相对应，无烟煤煤化程度越高，水蒸气气化反应活性越小。无烟煤焦与二氧化碳气化反应的活性与煤中矿物质的催化作用有密切关系，煤中矿物质的催化作用越大，二氧化碳气化反应活性越大。无烟煤焦与二氧化碳气化反应活性明显小于与水蒸气气化反应活性，后者比前者大10倍左右。初步探讨了无烟煤焦与水蒸气和二氧化碳的气化机理。     

低煤化度煤低温热解脱氧后结构的变化

采用低温热解脱氧方法对低煤化度煤中含氧官能团化学活性进行了系列研究,测定了ＦＴＩＲ、１Ｈ－ＮＭＲ、１３Ｃ－ＮＭＲ及比表面积和孔径分布。得出了煤中含氧官能团的化学活性顺序,并发现低温热解脱氧的同时,煤分子中的Ｏ重新分布,Ｈ分布、Ｃ分布及孔径分布的变化,是低温热解导致煤分子改性的原因所在     

岩相因子对煤的燃烧特性的预测

为了研究显微组分对煤及焦的燃烧特性的影响，从显微组分和煤阶的角度描述反应性能的变化。本文提出考虑显微组分和煤阶的岩相因子，较好的表示煤的类型和煤化程度对燃烧特性的影响，较前人孤立地看待显微组分和煤阶的影响量大进步。用岩相因子一煤的着火关，取得比较满意的结果。     

煤及煤焦微观结构特征与气化反应性

研究了不同煤化度煤及煤焦的微观结构及其对气化反应性的影响。结果表明,褐煤焦具有丰富的分支孔系统和较大的比表面积,并含有较多对气化有催化作用的可交换阳离子。无烟煤焦分支孔贫乏,比表面积很小。煤焦的总孔容、比表面积和芳核大小之间有很好的对应关系。不同煤化度煤焦气化反应性差异很大,脱矿物质后煤焦反应性差异显著减小,但是脱矿物质前后煤焦的反应性随煤化程度的变化趋势相似。