褐煤模型化合物与异丙醇进行醇解的反应性研究

采用密度泛函理论对褐煤模型化合物与异丙醇醇解的反应特性进行了研究。估算了醇解反应的热力学参数。提出一种将希什菲尔德电荷分布和福井函数相结合的改良方法,用以确定反应物的初始构型。将线性协同转化方法和二次同步转变法相结合用于搜索过渡态,并同时对反应物和产物的构型进行优化。经过计算发现,反应焓随温度升高而降低;反应过程中出现亲核基团;异丙醇是常用醇类中最活泼的醇解剂。因此可认为褐煤醇解反应是放热反应,反应机理为亲核加成机理。     

胜利褐煤和小龙潭褐煤在甲醇中的热溶及热溶物分析

研究了胜利褐煤(SL)和小龙潭褐煤(XLT)在甲醇中的热溶行为,并利用傅里叶变换红外光谱、气相色谱/质谱(GC/M S)和大气压固体分析探针/飞行时间质谱(ASAP/TOF-M S)对320℃热溶物的组成和结构特征进行了分析。两种褐煤热溶物产率均随温度升高而增加,但240℃后XLT热溶物(SPXLT)产率明显高于SL热溶物(SPSL)。GC/MS分析表明,两种褐煤热溶物以含氧化合物为主,尤其酚类的相对含量超过49%;与SPXLT相比,SPSL中烯烃、芳烃、醚类、羧酸、酯类和有机硫化合物(OSCs)含量较高,而烷烃、酚类、酮类和有机氮化合物含量较低;SPSL中的OSCs以噻吩为主,而SPXLT中的OSCs以硫醇为主。ASAP/TOF-M S可检测出热溶物中大量GC/M S无法检测出的较强极性和难挥发化合物;与SPXLT相比,SPSL中CHO和CHS族分含量较低,而CHN、CHNO、CHOS、CHNS和CHNOS族分含量较高;两种褐煤热溶物中化合物的碳数和双键数(double bond equivalent,DBE)主要分布在3-15和0-10,SPXLT中化合物的碳数和DBE分布相对集中。     

内蒙煤焦CO_2气化过程的结构演变特性

基于滴管炉制备内蒙褐煤快速热解焦,借助高频炉开展快速热解焦与CO_2的气化实验,考察了煤焦气化过程的结构演变特性。结果表明,随着反应的进行,气化半焦的石墨化程度不断增加,但未达到天然石墨的有序化程度;比表面积先增大后减小,而平均孔径总体呈相反的变化趋势;气化半焦的粒径在反应前期逐渐减小,当转化率大于74%,半焦粒径逐渐增大,归因于气化后期部分颗粒的黏结。     

负载碳酸钠煤焦催化气化反应特性研究

基于热重分析仪开展负载碳酸钠神府烟煤/遵义无烟煤煤焦气化实验,并借助扫描电子显微镜和孔结构及比表面积分析仪表征焦样孔结构及表观结构变化,考察了反应温度(650-800℃)、气化剂(水蒸气、二氧化碳)及碳酸钠负载量(钠离子负载量2.2%、4.4%、6.6%,质量分数)对神府烟煤/遵义无烟煤焦样气化反应活性的影响。结果表明,碳酸钠有利于促进神府/遵义煤热解过程孔隙结构的发展。在二氧化碳气氛下,适宜催化剂负载量使神府烟煤反应活性提高,过多负载催化剂堵塞煤焦内部孔隙结构,使得气化反应活性降低,遵义无烟煤反应活性随负载量增加而提高,两者反应活性均随温度升高而提高。在水蒸气气氛下,神府烟煤/遵义无烟煤在一定条件下反应活性随催化剂负载量增大、温度升高而提高。碳酸钠的添加能够在保证气化反应性的前提下降低气化反应温度和活化能。     

弱还原气氛下水稻秸秆对晋城无烟煤的助熔机理

以高灰熔点的晋城无烟煤和水稻秸秆为研究对象,通过CaO-Al_2O_3-SiO_2三元相图、X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜耦合X射线能谱分析(SEM-EDX)研究了弱还原气氛下水稻秸秆对晋城无烟煤的助熔机理。随着水稻秸秆添加比例的增加,灰熔融特征温度呈下降趋势,灰中碱性氧化物CaO、Na_2O和K_2O含量增多,结渣指数Rb/a值在0.20-0.69;当水稻秸秆添加量为20%(质量分数)时,流动温度(FT)降低至1 369℃,可满足气化炉液态排渣的要求;水稻秸秆的添加降低了灰中液相出现的温度,增加了液相物质出现的比例和几率,使灰更易发生熔融;混合灰中所形成的钠长石等低熔点矿物质以及钙长石、石英和莫来石所形成的低温共熔物导致灰熔点降低。     

胜利褐煤燃烧中未反应残留物结构特性及铁的添加效应

利用TGA确定胜利褐煤盐酸脱灰煤和添加铁组分脱灰煤的着火温度,在着火温度进行燃烧反应,收集燃烧反应一定时间后的未反应残留物,利用FT-IR、XPS、XRD和Raman等对其进行表征,研究了胜利褐煤燃烧过程中铁的影响规律。结果表明,铁的加入降低脱灰胜利褐煤的着火温度,当添加量为3.50%时,着火温度降低的幅度最大。在着火温度燃烧反应一定时间后未反应残留物的FT-IR表明,其有机官能团结构无显著变化,说明铁的添加并不影响其有机官能团结构特性,有机官能团不会对燃烧性能产生太大的影响。添加铁使SL+在燃烧过程中未反应残留物结构芳香度下降,晶面间距增大,晶体结构中缺陷位相对增加,石墨化程度降低,烷基侧链增多,碳氧结构迅速减少,说明铁组分的加入改变了其燃烧过程中碳氧结构转化特性,抑制了石墨化转化速率与程度,即在燃烧反应过程中改变了其未反应残留物的微结构,从而改变了其反应历程,加速燃烧反应速率。     

富氮生物质原料热解过程中NO_x前驱物释放特性研究

利用热重分析-傅里叶红外光谱联用(TG-FTIR)和水平管式炉-X射线光电子能谱(XPS)研究了两种富氮生物质原料(大豆秸秆(SBS)和纤维板(FB))热解过程中NO_x前驱物(NH_3、HCN和HNCO)的释放特性,考察温度、升温速率及燃料含N物质结构对其NO_x前驱物释放行为的影响。结果表明,燃料中的N来源不同(天然固有与人工添加)造成其转化差异:SBS释放的NO_x前驱物主要为NH_3而FB为NH_3、HCN(快速)和HNCO(慢速);FB气相N主要随挥发分析出,而SBS则相反,在二次反应阶段析出;两种燃料中N的转化随温度变化,低温下富集于半焦N,600℃以上时更多向非半焦N转移,NO_x前驱物以NH_3为主,高温及高升温速率利于HCN生成,若以减排NO_x为目的,热解温度控制在600℃为佳;两种燃料中N的结构均为胺类N(N-A),热解时部分N-A向半焦中杂环N转化,同时伴随杂环N分解;高温下吡啶N和吡咯N分解分别主要产生HCN和NH_3。     

神府煤液化油加氢精制过程中硫氮化合物分布的变化

采用实沸点蒸馏对神府煤液化油及其加氢精制油做了馏分切割,并采用GC-PFPD与GC-NCD对液化油与精制油中的硫氮化合物类型进行了分析,研究了液化油加氢精制过程中硫氮化合物分布的变化。结果表明,液化油中硫含量随窄馏分的馏程由低到高呈现"U"型分布,氮的分布基本上随窄馏分沸点温度的升高而增大,氮的含量远高于硫的含量;经过固定床加氢精制后,97%的硫和98.9%的氮得到脱除。液化油中苯并噻吩和二苯并噻吩等二环和三环化合物占93.25%;经过加氢处理之后,硫醇、硫醚、噻吩类等低沸点含硫化合物基本消失,难脱除组分主要以苯并噻吩类、二苯并噻吩类为主。液化油中含氮化合物主要以五元杂环中性氮化物为主,占54.96%;碱性氮化物主要以苯胺类为主,占23.22%,喹啉类相对较少;经过加氢处理之后,脂肪胺类含氮化合物被完全脱除,精制油中残留的氮主要以碱性氮化物喹啉类与苯胺类含氮化合物存在。     

不同催化剂上有机质加氢热解行为及催化作用机理研究

对不同类型催化剂如Zn Cl2、Ni Cl2、Fe2O3、Y型沸石(Na Y)及Mo S2上有机质的催化加氢热解行为及反应机理进行了研究。结果表明,有机质加氢液态产物收率和组成受控于催化剂类型,但不同催化剂上加氢热解所得到的产物生标参数差异不大;同时,对于不同成熟度和类型的有机质样品,各催化剂所体现的催化效果也不尽相同。基于固体残渣元素组成、红外光谱和X射线衍射分析结果发现,不同类型催化剂上的加氢作用机制也存在明显差异。与Ni Cl2相比,Zn Cl2体系中除存在催化裂解和催化加氢作用外,还存在质量传递效应;Fe2O3催化剂主要是通过其表面的活性O吸收H2中的H形成H自由基而加速有机质的加氢反应;Mo S2体系存在过渡金属Mo的催化加氢和中间产物H2S的自由基引发作用两种催化机制。     

桦甸油页岩有机岩相特征及其富集特性

为了研究油页岩中有机组分结合特性对有机质分离富集的影响,利用薄片透射光、反射单偏光、反射荧光等煤岩学研究手段研究桦甸油页岩中有机组分的种类、含量及赋存状态,并利用两种密度分离手段研究油页岩中有机质的解离特性.结果表明,桦甸油页岩有机质的变质程度较低,有机显微组分以沥青质体为主,占85.8%,镜质组和惰质组含量较低;有机质与矿物结合紧密,形成有机-矿物复合体,密度分离方法对有机质与矿物质分离效果有限;浮沉实验小于1.40g/cm³密度级样品的热解失重量及失重速率均低于较高密度级产物,这与颗粒状镜质组、惰质组与矿物质结合程度相对较差,在较低密度级产物中富集有关.