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。     

用热重法研究我国四种煤显微组分的燃烧特性

本文用热天平考察了平朔煤，红阳煤，大同煤和东胜煤显微组分的燃烧特性，以及原生矿物质对显微组分燃烧的影响。研究表明，各显微组分的燃烧特征温度，镜质组低于惰质组，壳质组在燃烧的有，中期，特征温度较低，在燃烧后期，与其它两个显微组分的特征温度差值变小。     

煤及其显微组分热解过程中的半焦收缩动力学

采用显微热台对煤显微组分微粒进行热解, 通过在线拍摄的显微图片能够直观揭示出煤粒热解时呈现的两个阶段——脱挥发分和半焦收缩. 通过对显微图片的图像分析, 获得了煤粒面积随温度变化的热解曲线. 结果表明, 半焦收缩过程由缓慢收缩、过渡收缩和快速收缩三个阶段构成, 活化能、指前因子及速率常数皆随三个阶段依次增大, 其原因在于各段的化学键断裂种类及其键能、生成的自由基碎片及缩聚反应存在不同特点. 就半焦收缩而言, 镜质组的速率常数大于惰质组; 变质程度较低的神东煤及其显微组分的速率常数大于平朔煤及其对应显微组分,即前者显示出较强的半焦收缩反应性.     

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%。     

中低变质程度煤显微组分结构的13C-NMR研究

利用13C-NMR核磁共振技术对中低变质程度煤显微组分（镜质组和惰质组）的分子结构进行了研究，计算了5种煤9个显微组分的13C-NMR结构参数，获得了样品的结构特征及变化规律。结果表明，惰质组结构中芳构化程度要高于镜质组；脂碳数量则少于镜质组，芳环上的烷烃侧链也没有镜质组长；随着煤变质程度的提高，煤分子中芳构化程度不断提高，但惰质组的芳香度随变质程度变化的规律明显不如镜质组；在中低变质阶段，对煤化进程起主导作用的的是芳构化作用而不是环缩合作用，但在惰质组中脂碳断裂形成芳环的现象不明显。惰质组中含氧官能团的总量要低于同等变质程度的镜质组。     

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。     

煤显微组分分子结构模型的量子化学研究

采用分子力学和半经验量子化学方法，研究了神木煤显微组分的分子结构模型，比较了镜质组和惰质组分子模型的能量构成、不同类型键的键长和键裂解能。研究结果表明，扭转能和范德华能是分子中的主要作用力，取代基对体系能量有明显影响，烷基取代基使体系能量增加，而苯基取代基使体系能量降低；脂肪C—C键长比芳香C—C键长长，说明脂肪C—C在受热过程中比芳香C—C更容易断裂分解。对各键裂解能的计算结果表明，Car—Cal键的裂解能高于Cal—Cal，Car—O醚键的裂解能高于Cal—O醚键。而惰质组结构模型中除C—O醚键外，各键的裂解能均高于镜质组，说明惰质组结构模型比镜质组有较高的热稳定性。     

神木煤显微组分热解和加氢热解的焦油组成

利用色谱-质谱联用技术测定了神木煤镜质组和惰质组在不同热解条件下焦油的组成，考察了显微组分类型和反应气氛对苯类、酚类、萘类、含氧杂环和多环芳烃类化合物产率的影响。结果表明，惰质组和镜质组焦油在组成和长链烃类、芳烃、含氧杂环和多环芳烃的相对质量分数方面存在很大差异。镜质组焦油中长链烃类的种类和相对质量分数较高，惰质组焦油中芳烃、含氧杂环和多环芳烃的种类和相对质量分数较高，反映了镜质组显微组分芳香度较低以及烷基侧链长和多以及惰质组稠环芳烃结构多和芳环缩聚程度高的特点。加氢热解比热解有较高的焦油收率，随氢气压力的增加，焦油的收率大幅度增加。镜质组和惰质组热解和加氢热解焦油组成和相对质量分数的差异反映了热解过程中氢气的加氢稳定化作用和加氢裂解作用。     

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。     

神木煤显微组分加氢热解的TG/MS研究

在TG-151热天平上考察了神木煤显微组分加氢热解的热重特性；用质谱对加氢热解气体进行了在线检测分析。结果表明，镜质组比惰质组有较高的挥发分收率和最大失重速率；较低的起始热解温度和热解峰温。镜质组有较高的C1～C4轻质烃类和C6～C8芳香烃类收率，原煤居中，惰质组最少；镜质组比惰质组有较高的水生成， 加氢热解过程中各种烃类和水的逸出都高于相应热解下的。     

利用X射线光电子能谱研究马家塔煤显微组分中氧的赋存形态

煤中氧的赋存形态是煤结构研究的重要内容，煤炭加工转化（如煤的热解、直接加氢液化等）也需要确实详尽的煤中氧赋存形态的数据信息。x射线光电子能谱法（x—ray Photoelectron Speetroscopy，XPS）是近年来新出现的最有效的元素分析方法之一，目前，已在化学、物理、生物等各个领域中得到广泛应用。1974年，XPS分析方法首次用于煤的研究，近年来，XPS成为研究煤中硫和氮存在形态的有效方法之一。许多学者在煤中无机矿物中碳、氧、硫的存在形态及XPS直接测定煤中有机硫等方面做过较多研究工作，但由于煤结构的复杂性、实验条件不尽相同以及煤中矿物的干扰等，以往的研究结果并不完全相同。     

用XPS研究兖州煤各显微组分中有机硫存在形态

应用ＸＰＳ（Ｘ射线光电子能谱）法研究了兖州煤显微组有机硫的存在形态。按密度不同分离出的兖州煤中各显微且分内的有机硫存在形态是有差异的。据ＸＰＳ分析，稳定组中含有大量的硫砜、硫醚含硫化合物，噻吩型硫闪之；镜质组中硫、硫醚与脂肪族硫化物含量相当；惰性组中噻吩型硫与硫醚和硫醇型硫各占有机硫的一半。噻吩型硫在充州煤各显微组分中，随密度增加。含量有所减少，硫醚、硫醇及二硫化物的含量也有类似的趋势。这些结果将     

煤的岩相显微组分对水煤浆性质的影响

通过对不同变质程度煤的岩相显微组分分析，考察了煤的岩相显微组分对水煤浆性质的影响。结果表明，在相近的灰分含量下，对于烟煤较高的镜质组、较低的丝质组含量有利于煤的成浆性和稳定性。从多元线性回归结果来看，镜质组和丝质组的含量对煤浆成浆性和流变性的影响较为明显，稳定组分的含量对水煤浆性质的影响较小。丝质组含量对稳定性作用明显，当煤中丝质组含量低于30%时，煤浆产生软沉淀的时间一般都在15d以上。煤的平均最大镜质组反射率与煤的成浆性具有较好的相关性，成浆性随煤的最大镜质组反射率增加而增加，因此可以用最大镜质组反射率来预测煤的成浆性。     

Groups of paramagnetic centres in coal samples with different carbon contents

Complex systems of paramagnetic centres existing in demineralised flame coal (71.4 wt% C), medium-rank coal (85.6 wt% C) and anthracite (94.9 wt% C) were analysed by electron paramagnetic resonance spectroscopy (EPR). Different groups of paramagnetic centres were searched in macerals (exinite, vitrinite, inertinite) of coals with carbon contents of 73.8 wt% C and 85.6 wt% C. Experimental EPR spectra were fitted by different superposition of theoretical lines. Total concentration of paramagnetic centres both in coal and macerals increases with carbon content in the sample. Total concentration of paramagnetic centres in macerals increases from exinite to inertinite. Four groups of paramagnetic centres were found in medium-rank coal, and only two groups exist in flame coal and anthracite. The EPR spectrum of medium-rank coal is a superposition of two broad and two narrow lines. Both broad and narrow, and two narrow lines were measured in EPR spectra of flame coal and anthracite, respectively. Two types of paramagnetic centres with broad lines and one group with narrow lines exist in exinite and vitrinite from medium-rank coal. Two narrow components were observed in EPR spectra of its inertinite. Two different broad electron paramagnetic resonance signals were detected for macerals from low-coalificated coal. Paramagnetic centres systems of medium-rank coal samples reveal the most complex character. Broad EPR lines were not observed for the higher coalificated samples, i.e., anthracite and inertinite from medium-rank coal. Narrow lines do not occur in EPR spectra of low-coalificated macerals. Strong dipolar interactions and fast spin-lattice relaxation processes are characteristic for paramagnetic centres with broad lines. Strong exchange interactions and short spin-lattice relaxation time were measured for paramagnetic centres with the narrowest EPR signals.     

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。     

神府东胜煤镜质组和惰质组的热化学反应差异

神府东胜(SD)煤的液化是我国能源多元化战略的重要环节, 然而由于我国西部煤种中的显微组分在液化过程中表现出的差异性, 传统煤化学知识无法解释神府东胜煤惰质组(SDI)和镜质组(SDV)在液化过程中表现出有别于我国东部煤对应煤种的性质; 此外, 由于煤结构基础理论上的局限, 镜质组和惰质组的热化学差异无法由常规热分析得到解释. 为了获取神府东胜煤镜质组和惰质组在液化过程中的差异性, 在建立两种煤岩显微组分平均分子模型的基础上, 应用分子力学、分子动力学和量子化学对所构建分子结构模型的成键特征及其在热化学环境中的变化做了定性分析, 模拟了由不同显微组分生成气、油和焦的过程. 结果表明, 在煤受热初始裂解释放CO2的过程中, SDI的活性高于SDV, 但这一过程对SDV和SDI的大分子骨架结构基本无影响. 在进一步的裂解中, 根据键级分析发现, SDV的化学键发生断裂的数目远大于SDI, 当SDV已基本裂解成小分子化合物时, SDI还需要进一步裂解才能形成小分子化合物, 而且SDV和SDI的裂解产物存在着差别, SDV以脂肪烃和单环芳烃为主, SDI以双环芳烃为主. 把量子化学计算推测的裂解小分子碎片与热重-质谱(TG-MS)实测结果进行对比, 证明了理论上的裂解过程与实验结果相吻合.