上湾煤及其惰质组富集物的结构表征与模型构建

对神东上湾煤(SDR)及其岩相分离所得惰质组富集物(SDI)分别进行核磁(¹³C-NMR)、红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)表征,得到煤结构单元信息,与元素分析数据相结合构建了SDR和SDI的结构模型,用ACD/CNMR predictor软件计算结构模型的 ¹³C化学位移。结果表明,SDR芳香结构主要是缩合程度为2的萘,SDI主要是菲和萘,SDI较SDR结构芳香度较高,两个结构中氧主要以羰基氧和羟基氧的形式存在,氮主要以吡咯和吡啶形式存在,两个结构模型计算得到核磁谱图与实验谱图吻合较好,结构式分别为C₁₈₁H₁₃₆N₂O₂₄和C₁₈₆H₁₄₈N₂O₂₂。     

应用TG-FTIR技术研究黄土庙煤催化热解特性

用浸渍法制备过渡金属氧化物担载型催化剂MO_x/USY(M=Co、Mo、Co-Mo),用热重红外联用技术考察了MO_x/USY催化剂对黄土庙(HTM)煤热解失重特性和热解产物生成规律的影响。热重实验结果表明,MO_x/USY催化剂可使HTM煤热解的二次脱气条件更为温和,热解峰温分别提前14、23和9℃。动力学分析结果表明,MO_x/USY催化剂可降低HTM煤样热解的活化能。FT-IR研究表明,MO_x/USY催化剂可有效改善HTM煤热解产物的组成和分布,CoO_x/USY催化剂能显著提高HTM煤热解产物中高热值气体(CO、CH₄)和轻质芳烃以及脂肪烃类化合物的含量;MoO_x/USY催化剂没有明显改善HTM煤热解产物组成和分布;MoO_x-CoO_x/USY催化剂可促进CO、CH₄、轻质芳烃和脂肪烃类化合物的生成,却使热解产物的生成向高温区移动,说明USY负载的不同过渡金属氧化物对煤样热解行为和热解产物有较大影响。     

碳酸钾催化的铁基氧载体煤催化化学链燃烧

研究了K₂CO₃催化剂及惰性担体对铁基氧载体煤化学链燃烧的影响.实验结果表明,K₂CO₃的添加可明显促进铁基氧载体与煤之间的反应速率,其原因可归结为从氧载体上迁移到煤颗粒上的K₂CO₃对煤-CO₂气化步骤的催化作用(该步骤为整个还原过程的速率控制步骤);由于K₂CO₃本身的促熔效果及加入K₂CO₃后导致的剧烈氧化还原反应,可以发现,K₂CO₃会增大铁基氧载体的烧结;不同惰性担体对铁基氧载体与煤的反应性影响不大,这是由于惰性担体对还原速控步没有影响;K₂CO₃在多循环化学链燃烧过程中依然可以保持一定的催化活性,另外由于催化剂的流失与失活,使得氧载体的反应活性有所下降.     

内蒙五牧场矿区11号煤层原煤大分子结构特征及其形成机制

在对内蒙古自治区呼伦贝尔市伊敏盆地五牧场区11号煤层原煤工业分析、元素分析、¹³C-NMR、FT-IR、XPS等分析基础上,获得了煤大分子结构中碳骨架信息、脂肪结构以及含氧官能团类型及比例、氮原子的存在形式和比例等结构信息。以此为基础,构建了煤的大分子结构模型,并应用 ¹³C-NMR预测软件ACD/CNMR predictor 对其进行了修正, 获得与实验核磁共振谱图吻合较好的大分子结构模型。大分子结构的芳香结构单元以苯、萘、蒽、菲为芳香结构单元,数量分别是1、2、2、1,醚键、氢化芳环以及邻位亚甲基作为连接芳香结构的主要桥键;氧原子以酚羟基、羰基、羧基的形式存在,数量分别是7、3、2;氮原子分别以吡啶和吡咯的形式存在,甲基和脂肪短链分布在芳香单元的边缘。与相邻矿区的褐煤及相近变质程度的神东长焰煤的比较发现,其形成机制主要是在高温低压环境下,热演化过程中快速失去各种含氧官能团,导致短链脂肪类物质的形成,而低压环境则有利于热演化过程中形成的各种小分子物质逸散导致自由基的缩聚,形成较大的芳香结构单元,但是直链脂肪类物质的存在具有位阻效应,不利于芳香结构单元的定向排列,导致所谓的"化学成分成熟超前于其结构成熟"现象。     

固定床煤贫氧燃烧有机气体排放特性的GC-MS研究

在设计的可移动式固定床上对神木煤在煤颗粒尺寸为3～5mm、烟气在炉膛内的停留时间为1.76s、过量空气系数为0.4和燃烧温度分别为1100、1400和1600 K条件下进行了燃烧实验。采用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)测试分析了烟气中有机气体的排放特性。结果显示,随着炉膛温度的升高,烟气中饱和脂肪烃的含量减少了42.98%,芳香烃含量增加了50.84%。这是由于存在的氧或含氧基团与部分饱和脂肪烃反应生成了二氧化碳和水,而芳香烃由于其氧化能力较差,在氧量不足时不容易发生氧化反应所致。     

基于布谷鸟算法与BP神经网络的煤灰变形温度预测

以120种煤样为数据基础,采用布谷鸟算法(CS)优化BP(Back Propagation)神经网络,建立了CSBP模型对单煤、煤掺添加剂和配煤等3类样本的煤灰变形温度(DT)样本进行预测。模型以煤灰化学成分及其组合参数等13个变量作为输入量,以变形温度(DT)作为输出量。CSBP模型预测结果与BP神经网络模型预测结果进行对比发现,无论是单煤、煤掺添加剂还是配煤,CSBP模型较BP模型对煤灰变形温度(DT)的预测都更加精准,平均相对误差分别达到了3.11%、4.08%和4.22%。另外,对比3类样本预测结果发现,无论是CSBP模型还是BP模型,相比单煤预测而言,煤掺添加剂及配煤的预测误差都有明显的增加。     

煤中汞赋存形态及其热解时析出规律研究

利用程序升温热解反应系统,研究了煤中不同形态汞的析出温度,通过积分各析出温度下汞的总析出量来分析各赋存形态的汞所占比例,同时研究了添加CaCl2后抑制煤热解过程中汞析出的机理。结果表明,实验所选煤中汞主要存在三种赋存形态,其析出温度点分别在220、300和400℃;其中,300℃析出的汞所占比例最高,为54.18%,从析出温度分析该部分汞主要以HgS的形式赋存。添加CaCl2对第一和第三赋存形态的汞析出具有抑制作用,改变了其析出温度,对第二赋存形态的汞析出几乎无影响,添加后使得汞析出温度更为集中;抑制析出的主要原因是氧化吸附,添加CaCl2对汞总析出量基本无影响。     

大同烟煤增压富氧燃烧过程中硫、氯和氟的析出特性

利用高压热重结合傅里叶红外研究了大同烟煤在增压富氧燃烧过程中硫、氯和氟的释放行为,主要考察压力对其析出特性的影响。实验结果表明,压力的改变对煤中硫、氯和氟的迁移转化均有显著影响。随着压力的升高,黄铁矿硫向COS等中间产物的转化率逐渐增加,导致SO2的收率逐步上升,但在3 MPa时,燃煤SO2收率却有所降低。此外,压力升高后反应气氛中CO分压的增加促进了COS的生成,导致其收率逐渐上升。因为煤中有机氯析出和转化与挥发分的释放密切相关,所以高压下挥发分释放量的增加使得煤中有更多的有机氯析出并转化为HCl,而且压力升高后,挥发分燃烧速率和温度的升高促进了无机氟化物分解,HF生成量相应增加。此外,高压下水解反应的强化也提高了HF的收率。     

神府煤与稻杆共热溶研究

研究了神府煤与稻杆在1-甲基萘溶剂中不同温度下的共热溶行为。相对神府煤,稻杆单独热溶时具有更高的热溶率,表明其具有较好的热溶活性。但稻杆的热溶过程中产生大量的挥发性气体,导致其热溶率和热溶物产率之间的较大差异。神府煤单独热溶时,其热溶率与热溶物产率之间的差异相对较小。神府煤与稻杆的共热溶表明,两者之间存在协同效应,并且该协同效应受温度的影响显著。在热溶温度为320~340 ℃时,对热溶物产率而言具有正的协同效应,也即其热溶物产率的实验值大于通过神府煤与稻杆单独热溶时热溶物产率经质量加权平均计算得到的理论值。在研究的热溶温度范围内,共热溶的热溶率实验值均低于质量加权平均的理论计算值。相对于理论计算值,在320 ℃时热溶物产率的实验值增加达到最大,为7.9%。此外,通过对热溶物的性质表征,还进一步探讨了共热溶过程中的协同作用机理。     

煤热解过程中含氮产物的析出及金属离子的催化特性研究

选择3种典型煤种为研究对象,通过脱灰和添加含Fe、Ca、Na等金属盐,研究煤热解过程中金属离子对含氮气相产物析出特性的影响以及与煤种和温度的交互关联。结果表明,脱灰煤HCN和NH3的产率均比原煤样下降,而随温度的升高HCN的产率逐渐增大,NH3的产率则先增加后减小,在800℃有最大值。金属离子对不同变质程度煤的含氮气相产物析出的催化作用不同;Fe和Na抑制中等变质程度煤HCN的析出,而对低变质程度煤起促进作用,Ca则对HCN的析出均有一定的促进作用。而对于NH3的形成,3种离子均对中等变质程度煤有抑制作用,而对低变质程度的煤则有促进作用。不同金属离子对HCN和NH3析出的催化作用均有一定的范围。煤热解时含氮气相产物的析出是煤中固有多种金属离子共同作用的结果。