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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

中低变质程度煤显微组分结构的13 C-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。     

岩相及煤阶对煤的燃烧特性的影响

为了确定手选富显微组分煤及焦的燃烧特性，从显微组分和煤阶的角度用热天平的燃烧曲线研究反应性，并给出焦的活化能。煤和焦的比表面积由液氮等温吸附求得，并用扫描电镜观察了焦的表面形态。用灰色关联法分析各显微组分和煤阶对反应性和表面形态的影响。结果表明，镜质组对煤和焦反应性和表面形态均有重大影响，煤的反应性受显微组分的影响比煤焦更显著，若不考虑矿物质的影响，则各因素对煤及焦反应性影响次序为Ｖ＞Ｒ＞Ｉ＞Ｅ。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

电化学处理对神木煤显微组分表面结构及可浮性的影响研究

为建立煤岩显微组分的电化学浮选分离方法,以铝为电极,考察了阳极和阴极电化学处理对神木煤镜质组和惰质组表面结构及表面电位和润湿性的影响规律。结果表明,电化学处理对煤岩显微组分表面-OH、-COOH等含氧官能团影响显著;阳极处理使显微组分表面zeta电位向负电方向偏移,且润湿性增加,阴极处理则使其向正电方向偏移,润湿性减小;阳极处理后镜质组接触角的变化趋势更为显著,而阴极处理对于惰质组的影响更为明显。     

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.     

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。     

不同还原程度煤显微组分组表面结构XPS对比分析

对煤岩组分、煤级相近而还原程度不同的平朔煤与神东煤的镜质组及惰质组的表面结构特征进行了XPS分析，揭示碳、氧、氮、硫等元素在它们表面结构中的存在形态及其差异。结果表明，碳在表面结构中存在四种形态C—C或C—H、C—O、C＝O、COO，镜质组的C—C或C—H质量分数较惰质组高，而还原程度较强的平朔煤与还原程度较弱的神东煤相比，其显微组分中C—C或C—H质量分数均较同类型的显微组分高；氧、氮、硫的赋存形态在所有的煤样中差异不大，氧的赋存形态以酚羟基氧为主，神东煤显微组分吸附氧的能力明显高于平朔煤，这是因为神东煤易自燃及燃点较低；氮以吡咯型及吡啶型氮为主，而硫以噻吩型硫为主。因此，还原程度对镜质组及惰质组的表面结构均产生影响，主要表现在C—C或C—H质量分数的差异上。