几种烟煤及其热处理后的溶胀性能研究

研究了四种不同变质程度烟煤及其二硫化碳/N-甲基-2-吡咯烷酮（CS2/NMP）混合溶剂(1∶1,vol)的抽提物在不同溶剂中的溶胀性能,同时考察了四种煤样不同温度热处理后其溶胀性能的变化。结果表明,煤的溶胀率随煤化度增加而有所降低;变质程度较低的烟煤在极性溶剂中的溶胀率大于非极性溶剂,随着煤化度的增加,两者溶胀度差距减小;四种烟煤经混合溶剂抽提后,其抽余煤的交联密度降低,溶胀率增加。四种煤样150℃热处理后在CS2中的溶胀率均有所增加,表明热处理可以降低煤的交联密度。随着热处理温度提高至240℃,除气煤外,其余三种煤样在NMP和CS2中溶胀率均进一步增大,说明其交联密度进一步降低。这一结果与热处理煤样在混合溶剂中抽提率的变化趋势一致,如240℃热处理后瘦煤的抽提率由原煤的6.9%提高到17.3%。红外光谱研究表明,经过适当温度的热处理,可以脱除煤分子中的羰基和羟基等含氧官能团,破坏煤结构中的氢键,从而降低煤的交联密度,提高煤的溶胀率及其在混合溶剂中的抽提率。     

神华抽余煤的溶胀动力学研究

研究了五种神华抽余煤在不同溶剂中的溶胀动力学,考察了溶剂抽提对溶胀性能的影响,探讨了神华抽余煤的溶胀机理.实验结果表明,CS2/NMP混合溶剂抽余煤的溶胀速率随着溶胀温度升高而增大;溶剂抽提对抽余煤的溶胀具有较大影响,其中抽余煤在NMP溶剂中溶胀速率明显大于THN;抽提率越大的抽余煤,溶胀表观活化能越大,溶胀越难进行;两种溶剂中抽余煤溶胀表观活化能均小于10 kJ/mol,表明其溶胀过程由溶剂分子的扩散控制.     

溶剂萃取预处理对低阶煤大分子结构的影响

为了研究溶剂预处理对低阶煤的固有大分子结构的影响,本研究对锡林郭勒褐煤（XLL）和神府次烟煤（SFC）分别进行了四氢呋喃（THF）索氏抽提、二硫化碳/N-甲基-2-吡咯烷酮（CS₂/NMP）混合溶剂抽提及热溶处理,并对所得抽余煤进行了傅里叶红外漫反射光谱分析（DRIFT）、热重分析（TGA）、压汞法分析（MI）和溶胀度测定。结果表明,溶剂抽提导致煤大分子结构重排和再缔合。其中,THF索式抽提和CS₂/NMP混合溶剂抽提可以改变非共价键交联作用,特别是氢键作用分布,从而不同程度地松弛煤大分子结构。然而,高温溶剂热溶处理主要促进了煤大分子的共价键交联,尤其是对锡林郭勒褐煤（XLL）。所有抽取煤的溶胀都受Fickian扩散控制,且所有抽取煤的溶胀活化能都低于原煤。     

煤的水热处理对其缔合结构的影响

对四种不同变质程度的烟煤进行了热处理和水热处理,采用二硫化碳N甲基吡咯烷酮（CS2 NMP,1∶1 volume ratio）混合溶剂在室温下对原煤及处理后的煤进行了抽提。结果发现,适当条件的热处理和水热处理均可以提高其在混合溶剂中抽提率,水热处理较热处理更能有效增加煤的抽提率。红外光谱分析表明,水热处理的煤样在波数为3410cm－1左右的吸收峰变小,由于水热解处理后氧的脱除而使—OH减少,使得由羟基形成的H键被削弱,因而抽提率增加。水热处理具有脱除矿物质的作用,对高变质程度的煤还可以脱除原煤中的π阳离子缔合,从而可以明显提高其抽提率。此外,对煤的水热解机理进行了探讨。     

溶剂萃取预处理对低阶煤大分子结构的影响（英文）

为了研究溶剂预处理对低阶煤的固有大分子结构的影响,本研究对锡林郭勒褐煤(XLL)和神府次烟煤(SFC)分别进行了四氢呋喃(THF)索氏抽提、二硫化碳/N-甲基-2-吡咯烷酮(CS2/NM P)混合溶剂抽提及热溶处理,并对所得抽余煤进行了傅里叶红外漫反射光谱分析(DRIFT)、热重分析(TGA)、压汞法分析(MI)和溶胀度测定。结果表明,溶剂抽提导致煤大分子结构重排和再缔合。其中,THF索式抽提和CS2/NM P混合溶剂抽提可以改变非共价键交联作用,特别是氢键作用分布,从而不同程度地松弛煤大分子结构。然而,高温溶剂热溶处理主要促进了煤大分子的共价键交联,尤其是对锡林郭勒褐煤(XLL)。所有抽取煤的溶胀都受Fickian扩散控制,且所有抽取煤的溶胀活化能都低于原煤。     

先锋褐煤的热处理和水热处理改质

通过先锋褐煤热处理和水热处理,结合处理煤结构与性质表征,研究了热处理和水热处理对先锋褐煤结构、抽提和溶胀性能的影响,探讨了热处理过程水的作用。结果表明,低于热解温度下的热处理以非共价键解缔合及部分弱共价键热解为主,水与煤的水热反应能够抑制水热处理过程中煤的热解和小分子化合物释放。高温热处理以热解和脱氧为主,水热反应可以稳定煤热解活性基团,避免其二次裂解和交联,在一定程度上提高处理煤的混合溶剂抽提率,改善其溶胀性能。     

水热处理对神华煤液化性能的影响

基于水热处理煤的镜质组反射率测定和热重分析,研究了水热处理对神华煤结构及液化性能的影响,并通过TG/DTA和IR对比考察了原煤和水处理煤液化产物前沥青烯结构变化.结果表明,水热处理提高了煤的镜质组反射率,水处理温度越高处理煤的镜质组反射率越大;250 ℃水热处理煤的最大反射率为0.774,其失重率显著高于其他水处理煤.水热处理对煤液化性能的影响与处理煤的镜质组反射率及热重性能变化一致.一定温度下水处理能够促进煤分子中脂肪侧链的裂解和环化,提高了处理煤镜质组反射率和煤基体的供氢能力,改善煤的液化性能.此外,水热处理也明显提高了液化产物前沥青烯的热稳定性.     

溶剂抽提法研究煤中小分子相结构

在90 ℃～100 ℃温和实验条件下,采用溶剂N-甲基-2吡咯烷酮(NMP)及其与二硫化碳(NMP+CS2)混合溶剂体系对我国7个典型煤种进行抽提研究。研究表明,NMP+CS2(75∶1 v/v)混合溶剂体系对煤有较好的抽提效果。除无烟煤外,其他6个煤种获得了20%以上的抽提率,长焰煤的抽提率为41%。抽提可溶物利用高效液相色谱进行分离并结合色谱保留指数对物质结构进行分析,实验发现,煤中的活性组分为C6以下的极性组分,而惰性组分为3个芳环的芳烃衍生物。     

SO_4~(2-)/ZrO_2固体酸催化神华煤直接液化反应性研究

通过间歇式加氢液化实验,考察了THN溶剂中液化温度、液化时间、氢气初压以及催化剂用量等反应条件对SO42-/ZrO2固体酸催化神华煤液化性能的影响,并基于产物分布和IR光谱表征,探讨了SO42-/ZrO2固体酸催化神华煤液化反应性及催化作用。结果表明,提高液化温度有利于煤催化加氢裂解,提高转化率和油气收率;增大氢气压力能够促进煤向沥青烯与前沥青烯等中间产物转化,但不利于生成液化油气;延长反应时间有利于前沥青烯加氢裂解,提高液化油气收率;SO42-/ZrO2固体酸的催化作用主要表现为对煤大分子结构的催化裂解,转化率和油气收率随催化剂用量增加而增大。此外,提高液化温度和氢气初压有利于含氧结构转化。     

煤的缔合结构研究Ⅱ溶液黏度变化

采用Pal-Rhodes方程描述了一种煤可溶组分PI-1溶液黏度随时间的变化关系,并计算得到了缔合物的缔合维数。25 ℃下PI-1在NMP和CS2/NMP混合溶剂中缔合物的缔合维数分别为2.08和2.19,表明其在低温下缔合属于反应控制机理。随着温度的提高,缔合维数趋于减小,表明在较高温度下,PI-1具有较快的缔合动力学过程,在50 ℃时PI-1在NMP中的缔合维数大于在CS2/NMP混合溶剂中的缔合维数,表明PI-1在NMP的缔合速率相对低于CS2/NMP混合溶剂。     

水热处理对白石湖煤热解过程中钠钙迁移行为的影响

采用高压釜对富镜质组白石湖煤进行了水热处理,通过傅里叶红外光谱(FT-IR)分峰拟合方法分析了煤中含氧官能团变化。在固定床中开展分离废液和未分离废液水热处理煤样的热解实验,利用原子吸收分光光度计(AAS)测定了热解产物中钠钙含量。结果表明,白石湖煤经水热处理后水分、挥发分、氧含量以及Cl、Na和Ca等无机元素含量明显降低。水热处理过程中芳香醚水解和羧酸盐发生离子交换反应使得氢含量和H/C原子比增加,促进固定床热解焦油产率升高。300℃下水热处理脱除了部分有机形式Ca后随水废液被分离;废液中钠钙等无机元素的催化作用导致未分离废液较分离废液的样品具有更高热解气产率和更低焦油产率。白石湖原煤及其水热处理样品热解产物中Na含量和分布由高到低顺序均为:热解焦热解水焦油热解气,Ca含量和分布顺序为:热解焦焦油热解水热解气。水热处理温度越高,热解过程钠和钙释放率越低,释放的Na主要进入热解水,其次焦油;而释放的Ca则主要分布于焦油中,其次热解水。     

低阶煤温和液化特征分析

利用管弹反应器考察了霍林郭勒褐煤在温和条件下的液化特征,探讨了温度、溶剂、压力、气氛、催化剂对液化产物分布的影响;分别利用程序升温热解技术和红外光谱分析了液化产物中己烷不溶物的气态烃逸出规律和结构特征;利用凝胶渗透色谱、同步荧光光谱和红外光谱分析了不同反应条件下产物沥青烯和前沥青烯的结构特征。结果表明,实验条件下霍林郭勒煤的起始热解液化温度在350℃左右;随温度的升高,液化转化率增大。较高温度时(450℃)缩聚反应加剧,液化转化率开始减小;溶剂对沥青烯类产物的生成极为重要,提高反应压力和添加催化剂主要促进油气的生成;温和条件下(350、400℃)对霍林郭勒煤的临氢处理,可获得热解反应性较原煤高的液化残渣(己烷不溶物);产物沥青烯和前沥青烯的分子量在液化温度为300和350℃时为最大;随反应温度升高,沥青烯和前沥青烯的芳烃结构特征增强,烷烃结构特征减弱。     

Microwave-assisted extraction of polycyclic aromatic compounds from coal

Microwave-assisted extraction (MAE) of polycyclic aromatic compounds (PACs) from coal is shown to give the same pattern of compounds as Soxhlet extraction. MAE requires only 10 mL solvent and 10 min extraction time whereas Soxhlet uses 200 mL and takes 24 h. Although the yields were lower, dichloromethane (DCM) was preferred to pyridine, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and NMP with CS2 because the pattern of the PACs is shown to be independent of solvent and DCM is a much more convenient solvent to work with.     

高温气化条件下煤直接液化残渣中矿物质演化行为的研究

利用XRD和FT-IR分析了高温(1 100~1 500 ℃)气化条件下液化残渣中矿物质的演变行为,并利用穆斯堡尔谱仪对残渣灰中的含铁相及铁的价态铁进行了定量分析。结果表明,煤直接液化残渣中的主要矿物质为石英、硫酸钙、紫铝铁矾、磁黄铁矿、高岭石和方解石。高温气化条件下残渣灰中主要矿物质为钙长石、钙黄长石、磁赤铁矿和磁铁矿。由于钙长石、钙黄长石等含钙化合物低温共熔作用,使得残渣灰具有较低的熔融温度。残渣灰中的含铁相主要为磁赤铁矿、磁铁矿、铁橄榄石和玻璃体,并且随温度的升高,玻璃体中的铁含量逐渐增加。同时,残渣灰中Fe²⁺/Fe³⁺出现先增加后降低再增加的变化趋势。当温度由1 100 ℃升高至1 200 ℃时,由于磁赤铁矿的还原,Fe²⁺/Fe³⁺由1.08升高至2.39;1 200 ℃以上Fe²⁺/Fe³⁺的变化不明显。另外,玻璃体中铁含量的增加是引起残渣灰液相含量随温度升高而增加的重要原因,铁含量高是导致残渣灰熔融温度低的主要原因。     

红球菌对煤中硫的脱除及对煤溶胀和抽提性质的影响

中国能源工业是以煤为主、多能互补的能源生产体系。为适应国民经济的发展速度,中国能源工业仍将保持快速发展的势头。煤炭的生产和利用中缺乏对污染物的有效控制将引起大气污染、酸雨等区域性环境问题,以及气候变化等全球环境问题。中国煤炭资源中约15％的原煤硫的质量分数高于2％;高硫煤利用所导致的环境问题已经成为制约中国经济和社会发展的因素之一。因此,开发有效而经济的煤炭脱硫方法具有重要的现实意义。