SCCO_(2)作用下不同含水性煤孔裂隙结构变化机制

深部煤层封存CO_(2)增产CH_(4)产出过程中,处于超临界状态的CO_(2)(SCCO_(2))与煤中矿物质发生反应,改变煤的孔隙性,进而影响煤层封存CO_(2)的效果和甲烷增产效果。为发现SCCO_(2)–H_(2)O–煤岩作用对煤中孔隙的影响特征,以焦煤为研究对象,开展了不同含水条件下的超临界CO_(2)改造煤实验,基于矿物组成和孔隙性测定结果,对比煤中主要矿物质和不同尺度的孔裂隙变化的差异,探讨了不同含水状态下SCCO_(2)流体对孔裂隙性的作用机制。研究表明:①SCCO_(2)作用后,煤体表面粗糙、疏松,且由于矿物溶蚀使得一些裂隙得到贯通,微裂隙连通性增强。②SCCO_(2)流体对煤具有“扩孔”作用,表现为微、小孔含量下降,中、大孔占比升高,也即微、小孔隙向大孔隙的转化,且孔隙连通性改善;进一步发现,萃余煤吸附孔的分形维数稍微增加,粗糙度增大,而渗流孔的分形维数显著降低,复杂性和非均质性降低。③SCCO_(2)对煤中碳酸盐类矿物的溶解性最好,其次是黏土矿物,且随着含水率增加,萃余煤中的碳酸盐矿物占比先增加后减小。SCCO_(2)使干燥基态、饱和水态煤样中碳酸盐矿物显著溶解,有效改善了孔隙结构,且对饱和水态煤样作用效果更好。空气干燥基态煤样经SCCO_(2)作用后,新生成的白云石矿物聚集在孔喉中造成堵孔效应,缩小原有大孔隙尺寸,是引起不同含水性煤孔隙差异性变化的主要原因。

流场涡旋中颗粒碰撞黏附机制的CFD-DEM(XDLVO)模拟

混凝装备中流场的涡旋特征是影响煤泥水等微细颗粒絮凝效果的关键因素之一。为解析流场涡旋影响颗粒混凝碰撞与黏附机制,以圆柱绕流产生的涡街为代表性涡旋流场,采用CFD方法模拟了流速和圆柱直径对流场涡旋强度和尺度的影响;引入XDLVO理论辅助描述离散元方法中颗粒间的相互作用力,对粒径为25~100μm颗粒在上述流场中的碰撞与黏附过程进行CFD-DEM模拟,并试验验证。结果表明,在流速0.06~0.12 m/s、圆柱直径2~6 mm、雷诺数为120~720条件下,圆柱绕流场中的涡旋半径(r)与圆柱直径(D)的关系近似为r=0.133 3D+0.421 4,与流速无显著相关性;涡旋中心的最大涡量与流速成正比,涡旋强度与圆柱直径的2次方正相关。CFD-DEM(XDLVO)模拟方法获得的黏附聚集体的特征参数与试验结果吻合较好,说明其可较准确地描述圆柱绕流场中颗粒的碰撞与黏附过程。对流场涡旋分布特征和聚集体在流场分区中分布特征的分析表明,流场中的涡旋通过惯性离心力使颗粒远离涡旋中心向涡旋周边的黏性剪切区富集,在改变颗粒运动方向的同时,增加了颗粒在黏性区的局部浓度,从而提高了颗粒的碰撞概率,有效促进了颗粒的黏附并大。当涡旋尺度为物料粒径的10倍左右时最有利于颗粒的碰撞黏附,因此可根据应用场景的物料粒度来优化设计绕流圆柱直径,使其达到最好的黏附效果。

水蒸气在褐煤孔隙中的吸附行为:试验研究与分子动力学模拟

深入理解水在褐煤上的吸附是褐煤干燥提质技术的理论基础之一。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和低温氮吸附/脱附试验分析了褐煤的含氧官能团和孔隙结构,利用水蒸气吸附/脱附试验和分子动力学(MD)模拟探究了水蒸气在褐煤孔隙中的吸附行为。研究结果表明:褐煤样品丰富的含氧官能团和较多的微孔、中孔(孔径约2 nm),为水蒸气提供了吸附位点和吸附场所。水蒸气在煤样上的吸附过程可分为3个阶段。第1阶段,相对蒸气压(P/P_(0))<0.21,水分子直接吸附于含氧官能团上,此时的吸附速度最大;第2阶段(P/P_(0)=0.21~<0.71),水分子与已吸附的水分子相互作用,促使水团簇逐渐生长;第3阶段(P/P_(0)≥0.71),水团簇填充孔隙,并发生毛细凝聚,此时的吸附速度略大于第2阶段。根据Dent模型对水蒸气吸附等温线的拟合结果,吸附类型属于多级吸附,包括初级吸附(第1阶段)和次级吸附(第2、3阶段)。初级吸附能(-48.77 kJ/mol)显著大于水的液化热(E L=-43.99 kJ/mol),而次级吸附能(-42.28 kJ/mol)略小于E L,表明吸附于褐煤的水呈液态。水蒸气脱附过程存在明显的脱附迟滞现象,表明水蒸气吸附稳定,较难去除,其中高压迟滞发生在P/P_(0)≈0.4~0.9,主要由毛细凝聚和“墨水瓶”效应引起;而低压迟滞发生在P/P_(0)<0.4,由水分子与含氧官能团间强相互作用引起。MD模拟结果与水蒸气吸附/脱附等温线分析结果一致,水分子优先吸附在孔隙中,与孔隙壁的含氧官能团形成氢键,且其扩散系数(2.98×10^(-5)cm^(2)/s)与液态水的分子扩散系数相近。

酸化后焦煤表面性和孔隙性变化对吸附热的影响

目的为了探究酸化后焦煤的表面性和孔隙性变化对其吸附热的影响,方法选取山西古交矿区焦煤为研究对象,利用盐酸(HCl)和氢氟酸(HF)酸化处理,采用接触角法、低温液氮吸附法和微量热法等测试方法,对比分析了酸化前后焦煤的煤-水接触角、表面张力、孔隙结构等变化,并探讨了这些变化对吸附热的影响机制。结果酸化后焦煤的平均煤-水接触角由75.10°增至80.11°,平均表面张力由44.44 mJ/m^(2)减至39.48 mJ/m^(2),亲水性减弱;酸化后焦煤的总孔容、中孔孔容、比表面积和平均孔径均增大,而微孔和大孔的孔容及比表面积均减小,表明矿物质脱除有利于微孔向中孔转化;同等压力下,随着温度升高,分子热运动加强,分子能量突破固体表面势垒,气体分子成为游离态,导致原煤和脱灰煤的积分吸附热和微分吸附热减小,且脱灰煤的吸附热高于原煤的。结论矿物质会减弱焦煤对气体的吸附能力,且占据焦煤表面的吸附位。因此,酸化后矿物质的脱除导致焦煤表面的吸附位增加,是引起吸附热增大的主要原因。

不同溶剂预处理煤在ScCO_(2)作用下的谱学差异及其机制

为了探究溶剂预处理后超临界二氧化碳(ScCO_(2))对煤化学结构的影响,以长治霍尔辛赫贫煤为研究对象,分别用四氢呋喃(THF)、盐酸(HCI)和氢氟酸(HF)对煤样进行预处理,采用傅里叶红外光谱(FTIR)、固体核磁共振(^(13)C-NMR)和X射线衍射(XRD)测试,探讨了ScCO_(2)对预处理煤的化学组成和结构的影响机理。研究表明:①FITR分峰拟合谱图实验曲线基本一致,而各官能团吸收峰位置及峰强度仍出现一定的偏差,酸(HCI、HF)预处理后部分波段脂肪族峰位消失。两类酸预处理顺序不同,对煤中含氧官能团、脂肪结构及芳烃结构作用效果也不相同。HF-HCI处理后芳烃C=C结构和含氧官能团峰强度均增强,而HCI-HF处理后芳烃C=C结构强度减弱,含氧官能团结构峰强度变化不明显。THF预处理后煤样芳烃C=C结构峰强度增强,含氧官能团结构峰强度降低。总体芳烃C=C结构峰强度远大于脂肪族结构和含氧官能团结构的峰强度。②^(13)C-NMR谱中主要官能团谱峰的化学位移出现了一定程度的偏移,芳香碳f_(a)^(B)化学位移向增大的方向偏移。大分子结构参数中,芳香碳含量远大于脂肪碳含量,说明煤大分子结构中芳香碳占主要组成部分。③XRD谱中002峰与101峰衍射强度明显增大,芳香微晶层网面间距d_(002)呈现升高趋势,说明THF、酸(HF、HCI)处理和ScCO_(2)对煤大分子结构产生了一定程度的改造作用,使煤的大分子网络结构变得疏松,进而使微晶结构参数d_(002)整体增大。研究认为,溶剂作用后煤的谱学特征变化不仅与溶剂性质有关,还与无机酸处理顺序有关,由此使得官能团组成和大分子结构不同程度改变,进而影响ScCO_(2)对预处理煤的萃取效果。

天然焦内炭微球显微光学特征、成因及其意义

天然焦内炭微球是煤层遭受岩浆速热变质的产物,其显微光学特征成因解析有助于深入认识煤速热碳化和热变质。采集安徽淮北石台煤矿富含炭微球的天然焦样品,利用高分辨率反射偏光显微镜和扫描电镜等实验手段,表征了天然焦中炭微球的粒度、分布、显微光学和超微组构特征,以揭示其光学各向异性的成因和热演化意义。结果显示,远离岩体天然焦中炭微球以粗粒为主,粒径10~100μm,少数可达150μm以上;紧邻岩体天然焦炭微球以细粒为主,粒径1~10μm,在岩体内脉状焦内甚至低至1μm以下。分析显示,粗粒炭微球和炭半球分别发育“十字”消光和“波状”消光,是其内部放射状一轴晶光率体在切面内投影的光学表征;细粒炭微球发育“十字-双曲线”消光,是其内部放射排布的二轴晶光率体切片投影的旋转效应。由此可见,趋近岩体,伴随着镜质体反射率增加,煤焦光率体逐渐由规则球形(光性均质体),向二轴椭球体(一轴晶)和三轴椭球体(二轴晶)转变。在该过程中,“十字”消光和“波状”消光的粗粒炭微球是煤热脱挥发分的产物,而“十字-双曲线”消光的细粒炭微球是煤热缩聚而片层化的标志。天然焦中炭微球的显微光学特征是煤层趋热碳化的结果,本质上是其光率体受热变形的光学表征,可有效评价岩浆蚀变煤焦的热变质程度。

低阶煤溶剂萃取技术研究进展

我国低阶煤资源十分丰富,占全国煤炭资源总预测储量的57.38%。低阶煤由于具有高灰、高水、黏结性差、热值低等特点,很难被直接用于炼焦及煤液化、气化中,从而造成了资源浪费。溶剂萃取工艺利用相似相溶原理对低阶煤的碳骨架结构溶胀提质制备改质煤,该煤种具有无灰、高结焦性和高热值的特点。本文介绍了不同溶剂类型如极性溶剂、非极性溶剂、混合溶剂以及生物质协同对煤粉的萃取效果,综述了不同反应条件如碱预处理、温度、初始压力、煤粉粒径、煤粉性能等对煤粉萃取率的影响机理。未来,应加强联合萃取剂法对低阶煤萃取机理的研究,通过正交试验筛选出更多适合低阶煤联合萃取的生物质,并综合考虑反应条件和煤粉性质对低阶煤萃取的影响。

焦炭反应性对块矿高炉冶金性能的影响研究

研究焦炭反应性对块矿在高炉中的熔滴性能和滴落物质量等冶金性能的影响,可全面解析不同反应性的焦炭在高炉内的实际劣化情况,为完善焦炭综合评价指标体系提供技术支撑。通过铁矿石荷重还原滴落性能实验检测装置,在CO_(2)/N_(2)体积分数比为30%∶70%条件下,研究5种不同热态反应性的焦炭以及混装焦炭对高炉操作和滴落物质量的影响。研究结果表明:焦炭反应性从22.0%升至50.2%,软化温度逐渐减小,软熔带增厚;当焦炭反应性小于35%时,随着反应性的增加则压差陡升温度降低、透气性变差,同时滴落物中会逐渐出现难还原的Fe2SiO_(4)和未彻底还原的FeO,滴落物中焦粉含量也逐渐增加;当焦炭反应性大于35%时,随着反应性的增加则压差陡升温度升高,透气性得到改善,难还原的Fe_(2)SiO_(4)和未彻底还原的FeO逐渐减少,滴落物中焦粉含量也逐渐减少。按一定比例搭配的混装焦炭在减小软熔带厚度、改善透气性、减少滴落物中焦粉含量等方面优于单一热态性质的焦炭。

煤的真密度测定方法研究

针对煤的真密度测定方法之一的氦气置换法进行了系统地分析与研究,选取了10个分析煤样进行真密度分析,筛选了氦气置换法测真密度的测定条件。将氦气置换法测得值与传统国标方法测得值进行比对,结合煤质基础分析和煤的孔结构表征,发现了2种方法对不同煤阶煤的适用性差异。在低阶煤阶段,褐煤与低阶烟煤样品受高水含量及表面含氧官能团的影响导致其亲水性强,因此传统方法中使用的置换样品孔的介质(水)易与样品发生吸附作用导致结果失准,测定结果与氦气置换法相比真密度测定值高,氦气置换法更具优势;在无烟煤阶段,部分无烟煤受其微孔影响在氦气置换法测试过程中氦气压力难以平衡,真空前处理更具优势。通过多家实验室比对,最终确定了氦气置换法的操作过程、方法参数及不同煤阶样品的精密度,为煤的真密度测定提供了准确、快速、无损的分析方法,推动了煤质分析的自动化发展。

煤自燃环境磷氮系抑爆剂抑制多元可燃气体爆炸机制研究

利用CHEMKIN软件,建立了磷氮系抑爆剂磷酸二氢铵(ABC)、三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)抑制甲烷/乙烯/氢气多元可燃气体爆炸化学反应动力学模型,并进行数值模拟计算。模型包含多元可燃气体燃烧的化学反应动力学模型和磷氮系抑爆剂热分解的化学反应动力学模型,共61种组分和259步基元反应。根据模拟计算得到多元可燃气体各关键组分摩尔分数变化、反应平衡时温度变化、氢自由基和羟基自由基摩尔分数变化、温度敏感性系数变化等数据,探究关键抑爆组分并对其反应路径进行分析,揭示抑爆剂的抑爆机制。结果表明,ABC和MCA均对多元可燃气体有较好的抑爆效果,且抑爆效果随ABC和MCA比例的增加而增强,ABC抑爆效果优于MCA。两种抑爆剂皆可通过促进H基和OH基结合,生成更加稳定的H_(2)O从而达到抑爆效果,其中ABC的主要抑爆机制为HOPO和PO_(2)形成2HOPO⇔PO_(2)抑制循环,消耗大量H基与OH基生成更稳定的H2O,切断链式反应从而抑爆;MCA的主要抑爆机制为HNCO消耗H基和OH基生成H_(2)O,切断链式反应从而抑爆。

煤炭检测实验室能力验证实施与结果利用探讨

能力验证是重要的实验室外部质量控制手段,有助于识别实验室技术问题并制定措施以保障检测质量,从而提高煤炭检测实验室的技术及管理水平。结合煤炭检测实验室根据认可范围按CANS相关规定参加能力验证活动的情况,从参加频次、能力验证计划选择、实验室管理与质量控制等方面介绍能力验证计划制定,并从样品接收、样品检测阐述能力验证计划实施,再结合满意结果、可疑或不满意结果原因以探究能力验证结果利用效果。从人员、仪器设备、样品预处理、检测项目相关性等方面对常见可疑或不满意结果的原因进行分析,并重点剖析仪器设备的工作状态、仪器标定、仪器线性工作范围、样品预处理及与检测项目的相关性。造成能力验证结果可疑或不满意的原因主要包括检测人员技术水平、仪器工作状态、标定有效性、仪器线性工作范围、样品预处理及检测项目相关性,实验室应根据自身管理、质量控制等情况按照规定的频次参加能力验证活动并合理利用能力验证结果,不仅关注结果是否满意且需从能力验证报告中获取尽可能多的有用信息,正确处理可疑结果和不满意结果。实验室可将能力验证满意结果应用于自身质量控制中,而对于可疑或不满意结果则需判定结果是否满足标准或规定的要求,若满足要求则进行风险评估,不满足要求则暂停CNAS认可标识并按时完成纠正措施以验证其有效性。

煤中氮元素分析仪改造及性能验证研究

为实现使用热导系数与氮气相差较小的、价格更便宜的氩气替换氦气做载气以测定煤中氮元素含量,采取对CHN628元素分析仪进行改造并提升热导池测试灵敏度。改造后的仪器采用氩气做载气并对其设置相关参数,即在基线延迟时间10 s、最短分析时间120 s、比较水平1%、平衡时间30 s、装填压强150 mmHg和氩气流量320 mL/min条件下测定煤样中的氮含量,分析曲线光滑。选择能涵盖日常检测样品氮含量范围的有证煤标准物质标定曲线,曲线的相关系数(r)为0.998,符合线性关系要求;采用空白样品法测得的检出限、定量限分别为0.06%、0.15%,满足方法要求;统计日常工作中采用氩气或氦气做载气的2种方法以测定煤中氮元素含量,同时测定有证煤标准物质GBW 11107p,通过F检验和t检验表明用氩气做载气测定煤中氮元素含量则其期间精密度、短期精密度和准确度均满足国标GB/T 30733—2014要求,因此改造后的元素分析设备可用于测定煤中氮元素含量,且该方法采用的氩气市场供应稳定、价格低,能降低检测成本。

煤中全水分在线检测技术研究进展

煤中全水分是煤炭评价的重要指标,其准确测定关乎炼焦配煤工艺进而影响焦炭质量,并对管道及设备运行寿命产生显著影响,因而为满足生产调控要求则需对入炉煤的全水分进行实时在线检测。阐述全水分波动对炼焦过程的影响,明确全水分控制的必要性,介绍煤中全水分的赋存形式以及国标全水分测定方法,分析目前直接法或物理量测试间接法的全水分测定方法原理及发展现状,根据目前干燥法测定的优缺点,重点论述间接法中的红外法和微波法在线测量技术原理及应用前景,对比推荐微波法作为在线检测的优选方法,并对其应用方向和联动干基配煤以及煤调湿控制技术进行展望。采用红外法或微波射线法对煤样进行全水分检测可满足在线测试的要求,其中微波法更适合应用于对煤中全水分的测试。将微波水分仪与胶带秤的称量数据联动后上传中控DCS集成分析,依据工艺要求自动调整下料量,可进行干基配煤;反馈全水分测量数据并与煤调湿控制技术联动后可平稳入炉煤水分,实现全水分控制的目标。

热导法测定固体生物质燃料中碳氢氮含量的称样量试验研究

固体生物质燃料中碳、氢、氮含量的快速准确测定,对于指导固体生物质燃料的生产及控制大气污染具有重要意义,而样品称样量的大小将直接影响热导法的测定时间、测定成本及测定结果准确度。选取15种代表性固体生物质燃料样品,在10~100 mg称样量范围内设置6个梯度,采用元素分析仪进行碳、氢、氮含量的测定,通过数理统计及作图分析对不同称样量范围下的碳、氢、氮测定结果进行精密度及准确度分析,确定适宜的称样量。结果表明,当称样量为50~70 mg时,15个样品的碳、氢、氮含量测定结果与参考值之差均符合要求,且测定结果变化趋势平缓;50、60、70 mg称样量下的碳、氢、氮含量测定结果的精密度及准确度无显著性差异,因而热导法测定碳氢氮含量的称样量50~70 mg最为适宜。

能量色散X荧光光谱法测定煤灰成分方法研究

采用能量色散X荧光光谱法测定煤灰成分,与化学分析法相比较则所需的设备相对简单且快速测得结果、操作更简单及更为经济有效。介绍采用能量色散(EDXRF)测定国能神优煤灰中多种灰成分的方法,针对灰样制备过程、基体效应、能谱模式等试验条件进行探讨,并通过多个煤灰标准样品进行核验,指出灰样制备过程采用研磨通过0.1 mm标准筛后于(815±10)℃灼烧1 h的标准方法进行,基体效应采用多元线性回归去除灰成分中硅与铝、磷与钙、钾与钙、铁钛钙间4种元素相互干扰情况,选择80 kcps-480 s能谱模式可通过多个煤灰标准样品检测,其结果与认定值的误差均在不确定度要求的范围内,数据准确,能够适用于目前实验室快速测定煤灰成分的要求。

煤质化验过程中误差的产生及控制

在我国的煤炭产业发展中,煤炭企业面临着激烈的市场竞争环境,要在日常的生产和管理中加强质量管控,提高生产质量、生产效益,有必要从煤质化验的环节着手,提高煤炭的生产质量,获取精准的化验结果,控制误差风险。本文对煤质化验过程中发生误差的原因展开了讨论,分析了具体的控制措施。

陈召煤矿外围区块可采煤层煤质特征及开采技术评价

基于陈召煤矿外围区块地质勘探资料和实验测试结果,对研究区内主要可采煤层的煤岩特征、工业分析、工艺性能及简易可选性等煤质特征进行剖析,并对主要可采煤层的开采技术条件开展评价。结果表明,研究区内主要可采煤层的宏观煤岩类型主要为半亮—光亮型,显微煤岩类型为微镜煤为主,次为微镜惰煤;一_(5)和二_(1)煤属中灰、低挥发分、中—中高硫、中—高热值无烟煤;一_(5)和二_(1)煤为较稳定煤层,一_(5)煤局部可采,二_(1)煤全区可采。评价了研究区的水文地质、工程地质及瓦斯、煤尘爆炸性、煤的自燃倾向性等开采技术条件,对煤矿安全开发较有利。

锅炉燃料煤水分过高对锅炉安全运行的影响及解决措施

文章通过对华亭华煤清能煤化工有限责任公司原煤转运车间的燃料煤进行取样,采取对比分析法,分析不同含水量对煤质黏着性的影响。通过添加不同比例灰渣,吸附附着于燃料煤表面的游离水,从而降低燃料煤表面张力,有效改善雨季时因锅炉燃料煤水分大造成的给煤系统易堵塞问题。

含碳Cu-Zn-Al乙炔选择性加氢催化剂制备及性能

采用共沉淀法制备不同Cu/Zn摩尔比铜-锌-铝水滑石前体,焙烧后经过乙炔预处理和H_(2)还原得到Cu_(m)Zn_(3-m)Al-LDO(T140-R150)催化剂(m取值为1、1.5、2、3)。对上述含碳铜-锌-铝催化剂进行N_(2)物理吸附、X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电镜表征,研究其在大量乙烯存在时乙炔选择性加氢反应中的催化性能。结果表明:在铜-铝水滑石中引入锌,可提高前体中铜的分散度,有利于碳化铜(Cu_(x)C)加氢活性相的生成,提高乙炔选择性加氢反应的性能。催化剂最佳制备条件为:Cu/Zn摩尔比1,乙炔处理温度140℃,乙炔处理时间2 h,氢气还原温度150℃,氢气还原时间3 h。在温度100℃和压力0.1 MPa条件下,Cu_(1.5)Zn_(1.5)Al-LDO(T140-R150)催化乙炔选择性加氢反应的乙炔转化率达100%,乙烯选择性为53.9%,C4选择性为15.5%,乙烷选择性为30.6%。

分子筛负载型催化剂在加氢反应中的应用研究进展

催化加氢反应是合成高附加值精细化学品的重要方法之一。加氢反应催化剂多以金属负载型催化剂为主,常用的载体主要为金属或非金属氧化物。然而受传统金属负载和掺杂方式的限制,金属负载型催化剂中活性金属的落位和粒径分布一直缺乏有效的调控手段,极大限制了该类催化剂的应用。分子筛因其独特的孔道结构、适宜的酸性、可控的孔径和表面性质常被作为载体用于催化加氢反应。在这类反应中,分子筛既可以作为载体负载活性金属,也可以作为酸性催化剂适度参与反应,表现出优异的催化加氢活性和反应稳定性。详细总结了近年来以分子筛为载体的双功能催化剂在催化加氢反应中的最新研究进展,并重点介绍了分子筛的孔道结构调控、活性金属负载方式以及加氢反应类型变化对加氢反应的影响。