投稿须知

《煤炭转化》1978年创刊,原名《煤炭综合利用译丛》,1992年更名为《煤炭转化》,是由太原理工大学主办主管、煤炭高效低碳利用全国重点实验室(中国科学院山西煤炭化学研究所)协办的国内外公开发行的学术期刊。办刊宗旨为跟踪世界煤炭转化、煤炭综合利用的最新发展,报道国内外煤炭加工转化的科研开发等成果,促进煤转化科学的发展。

炼焦煤热解过程中膨胀压力的形成机制及对焦炭质量的影响

在工业室式炼焦过程中,膨胀压力过高会造成焦炉炉墙损坏及推焦困难,膨胀压力过低会影响焦炭产品质量。现行焦化工艺通过调节入炉煤挥发分控制膨胀压力,缺乏对炼焦煤膨胀压力形成机制的本质认识,可能导致焦炉运行不稳定、焦炭质量波动大等问题。基于此,通过分析炼焦煤结构特性,从分子水平探究了膨胀压力的形成及演变,并揭示了炼焦煤膨胀性与焦炭质量的本质联系。利用核磁共振碳谱(^(13)C NMR)分析了五种不同煤阶的炼焦煤(Q1,JA1,F1,J1和S1)的化学结构。通过热重分析(TGA)、小型热解实验等方法以及基式流动度测定仪、奥亚膨胀仪、透气性在线检测装置及膨胀压力和膨胀位移检测装置等仪器探究了单种煤热解过程中煤基体分解行为、流动特性和膨胀特性的演化机制。结果表明:热解气体CO,CO_(2),CH4的释放和低透气性带的形成影响了膨胀压力的产生,适宜的膨胀压力可提高焦炭质量;300℃~450℃是煤产生膨胀压力的温区,与煤中f_(al)^(O1),f_(al)^(O2)和f_(al)^(1)~f_(al)^(5)结构的分解有关;膨胀压力过高(120 kPa~180 kPa)的煤,形成的焦炭孔隙多、真密度小,质量差;膨胀压力适中(90 kPa~120 kPa)的煤,形成的焦炭质量较好。

氯苯添加量对通用级碳纤维结构与强度性能的影响

采用氯化-脱氯化法制备通用级碳纤维是煤液化残渣的高附加值利用路径之一,然而迄今为止,针对以氯苯为氯源诱导的氯化-脱氯化反应的研究尚不够深入,尤其是氯苯添加量对碳纤维结构与性能的影响仍缺乏研究。以煤液化残渣为原料,以氯苯为氯源,采用氯化-脱氯化法制备通用级碳纤维。借助元素分析仪、傅立叶变换红外光谱仪、^(13)C固态核磁共振波谱仪、X射线光电子能谱仪、基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪、扫描电子显微镜、拉伸强度测试仪及高精度显微镜表征研究氯苯添加量(10 g~40 g)对沥青前驱体分子组成与结构、熔融纺丝性及碳纤维强度性能的影响及规律。结果表明:经氯化-脱氯化法制得的煤液化残渣基沥青前驱体以芳香碳为主要组成,碳元素含量达91%以上,且碳元素含量和碳氢质量比随着氯苯添加量的升高而略微降低;X射线光电子能谱分析结果表明,经脱氯化反应后未见氯元素残留;氯化-脱氯化反应促使了芳环之间的缩聚,当氯苯添加量为20 g时,平均相对分子质量的质荷比为677;通过13 C固态核磁共振波谱可知,氯苯诱导的缩聚反应主要是加强了芳环的渺位缩聚,当氯苯添加量从10 g增加至40 g时,渺位缩聚碳的含量从9.40%提升至11.78%,这说明沥青前驱体的分子结构沿着一维方向呈现线性排列,进而熔融纺丝性随着氯苯添加量的增加而明显提高,CLR-CB-30和CLR-CB-40两组沥青前驱体在293 r/min的缠丝转速下仍能实现连续纺丝而不发生断裂,碳纤维的表面和断面光滑无缺陷,平均强度性能最高达932 MPa,平均直径约为12μm。表明采用氯化-脱氯化法制备出的煤液化残渣基通用级碳纤维具有较好的强度性能,达到了目前以煤焦油沥青或者石油沥青为原料工业化生产的通用级碳纤维的水平。

单一应力下义马原煤热解产物演变规律及动力学模拟

以义马原煤为研究对象,构造晶胞,在ReaxFF力场中施加5×10^(9)s^(-1)的应变率,模拟1000K,1500K,2000K,2500K,3000K终温下义马原煤热解演化过程,分析单一应力对褐煤热解的作用效果。结果表明:不同模拟终温下,不同方向上的应力是上下波动的,在允许一定误差下,应力范围保持在±70GPa之间,即此应力对褐煤热解的作用受温度的影响较弱。模拟过程中,在26ps~33ps之间分子数出现极小值点而种类数出现极大值点,义马原煤热解模拟起始温度点不变,但缩聚反应的温度区间前移,表明反应前期单一应力作用效果优于温度作用效果,应力促进了整体的反应进程。受缩聚反应的影响,CO,CH_(4),H_(2)O和NH_(3)含量先升后降,符合热解一般规律,说明应力没有改变反应的最终趋势。H_(2)和·H的数量随反应进行持续上升,说明缩聚反应过程中,此应力作用促进焦油裂解生成的·H的数量大于缩聚反应消耗的·H的数量;同时,·H和H_(2)含量升高,促进·SH与·H结合,提高了H_(2)S的产率。

基于响应曲面法优化氮掺杂活性炭的制备和CO_(2)吸附性能研究

氮掺杂活性炭制备过程中影响其性能的因素极其复杂,单一因素的定性分析无法满足对制备条件的准确调控,而多因素耦合量化分析可以弥补不足。以煤焦油沥青为原料,采用KOH活化法,与尿素共热解制备氮掺杂活性炭,通过响应曲面法(RSM)进行建模,以量化分析多因素耦合作用对活性炭产率和不同温度下(25℃,50℃和75℃)对CO_(2)吸附性能的影响,同时优化制备工艺参数,并且在此实验设计基础上利用线性拟合方法预测不同温度下CO_(2)吸附量的相关性。结果表明:对活性炭产率的影响由大到小的单因素依次为掺氮比(尿素与煤沥青的质量比)、活化温度、碱碳比(KOH与煤沥青的质量比)、活化时间,活化温度和活化时间的耦合作用影响最显著,碱碳比是影响活性炭CO_(2)吸附量最为关键的因素,但随吸附温度升高其他因素影响显著性增强;不同温度下CO_(2)吸附量可以进行相互预测,且相邻温度下CO_(2)吸附量之间的预测效果更好;得到的最佳制备条件为活化温度650℃、活化时间1.25 h、碱碳比2.5、掺氮比0.3,相应的活性炭产率可达59.316%,在25℃,50℃和75℃下CO_(2)吸附量分别为3.474 mmol/g,2.355 mmol/g,1.358 mmol/g。

基于响应面法的煤矸石氯化焙烧除铁工艺参数优化

为解决煤矸石氯化焙烧除铁过程中氯化剂消耗量过高、焙烧时间掌握不准以及除铁率难以达到期望值的问题,以CaCl_(2)作为氯化剂对煤矸石进行氯化焙烧除铁,在焙烧温度分别为600℃,700℃,800℃,900℃,1000℃,CaCl_(2)添加量(质量分数)分别为5%,10%,15%,20%,25%,焙烧时间分别为90 min,120 min,150 min,180 min,210 min的单因素实验基础上,通过Design-Expert13.0.6软件设计和优化了煤矸石氯化焙烧除铁实验。通过方差分析、等高线分析、响应面分析证明了模型的可靠并分析了各变量之间的交互影响关系。运用响应面优化法以除铁率为指标优化了工艺参数。结果表明:焙烧温度与焙烧时间交互最为显著,CaCl_(2)添加量与焙烧时间交互最低。各影响因子按影响显著性由大到小依次为焙烧温度、CaCl_(2)添加量、焙烧时间;随着焙烧温度升高除铁率进一步提升,由于焙烧温度超过1000℃后产物会转为莫来石,因此控制焙烧温度不超过950℃,当CaCl_(2)添加量达到15%时除铁率最好,超过这一添加量会降低除铁率,焙烧时间达到180 min时除铁率基本上达到了最高值,继续延长焙烧时间对除铁率的影响不大;对响应面模型预测并优化后得到了最佳的工艺条件,即焙烧温度为915℃,CaCl_(2)添加量为15%,焙烧时间为175 min,在此条件下除铁率达到了95.23%,实验值与预测值基本一致。

低阶煤表面润湿性调控对油类捕收剂铺展的影响

为阐明浮选过程中低阶煤表面润湿性变化对油类捕收剂在煤表面铺展的影响,以哈尔乌素煤为研究对象,通过阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-4)对煤表面进行润湿性调控,使用原子力显微镜(AFM)对低阶煤表面的非极性捕收剂(煤油)油膜厚度进行直接测量,并对作用机制进行了研究。结果表明:非极性捕收剂在低阶煤表面的铺展与其疏水程度密切相关,经SDS,AEO-4和DTAB处理后捕收剂在低阶煤表面油膜的厚度分别为17.86 nm,18.06 nm,19.85 nm,其中DTAB处理后能够形成具有稳定的有序层和过渡层的双层油膜结构,这表明DTAB更有利于强化非极性捕收剂在低阶煤表面的铺展;在研究范围内,非离子表面活性剂AEO-4质量分数由0.5%增加到2.0%时,低阶煤表面的油膜厚度由10.89 nm增加到19.85 nm,说明表面活性剂质量分数增加可以增强捕收剂分子与低阶煤表面之间的相互作用,同时精煤产率由68.96%提升至70.91%,可燃体回收率由83.92%提升至85.82%,提高了低阶煤浮选效果。

中药渣水解炭燃料特性及热解燃烧动力学分析

中药渣因含水率高而处理困难,将中药渣经水热处理后有较好的应用前景。以中药渣为研究对象,采用水热处理获取中药渣水解炭,通过工业分析及元素分析、热重分析及动力学分析研究了水热处理对中药渣水解炭特性的影响。结果表明:随着水热处理温度升高,中药渣水解炭的固定碳及元素C含量、燃料比(水解炭的空气干燥无灰基固定碳与挥发分的质量比)及高位发热量增加,挥发分、元素H及元素O含量明显降低,n_(O)/n_(C)及n_(H)/n_(C)逐渐降低,水解炭性质接近一般动力煤性质。热重分析发现热解过程中,280℃下形成的水解炭在160℃~300℃和300℃~500℃出现较明显的双峰失重峰,其余水热处理温度下形成的水解炭仅在275℃~400℃出现一个极明显失重峰。随着水热处理温度的升高,水解炭热解活化能由69.56 kJ/mol降至40.55 kJ/mol。水解炭燃烧过程主要经历四个阶段,180℃~295℃主要是小分子挥发分热解阶段,其活化能为63.65 kJ/mol~105.02 kJ/mol;295℃~390℃主要是小分子挥发分主要燃烧阶段,其活化能为10.78 kJ/mol~35.76 kJ/mol;390℃~410℃主要是大分子挥发分析出与燃烧阶段,其活化能为117.08 kJ/mol~201.61 kJ/mol;410℃~520℃主要是固定碳与焦炭的燃烧以及少量矿物与无机化合物的热分解阶段,其活化能为22.18 kJ/mol~92.10 kJ/mol。随着水热处理温度升高,水解炭燃烧同一阶段的指前因子与活化能变化趋势一致。水解炭的可燃性指数、着火指数以及综合燃烧指数随着水热处理温度升高、水热时间增加以及固液比的增大而减小,固液比为1 g:15 mL且在220℃下水热1 h获得水解炭的燃烧性能较好,综合燃烧指数为3.55×10^(-10)/(min^(2)·℃^(3)),可为高湿固废水热燃料化的应用提供参考。

构造煤结构缺陷对硫化氢吸附及扩散特性的影响

探究构造煤结构缺陷对煤中H_(2)S吸附和扩散特性的影响效应,对于理解和改善煤矿安全具有重要意义。通过分子模拟技术,构建了初始芳香片层(CS)模型、边界类(SW)缺陷模型、单空位(SV)缺陷模型、双空位(DV)缺陷模型和多空位(MV1和MV2)缺陷模型,研究了缺陷构型对H_(2)S吸附和扩散的影响。结果表明:H_(2)S吸附量与煤体孔隙率呈正相关,不同构型中H_(2)S饱和吸附量存在差异,在DV缺陷构型中最大,在CS构型中最小,且CS构型中吸附的H_(2)S分子分布均匀,缺陷构型中H_(2)S分子优先吸附在对应的缺陷位置周围,煤体结构缺陷的存在更有利于H_(2)S的吸附。在温度为298.15 K,308.15 K和318.15 K条件下,H_(2)S在不同缺陷构型中的扩散系数和扩散活化能均大于在CS构型中的扩散系数和扩散活化能,H_(2)S在不同缺陷构型煤中更容易扩散。

改性磁珠吸附剂脱汞及脱附再生动力学研究

为了有效控制燃煤烟气中的汞排放和有效解决燃煤飞灰的资源化利用问题,制备出一种新型的氯化铜改性磁珠脱汞吸附剂(Cu-MF)。在固定床吸附系统中,系统研究了反应温度(100℃~180℃)、烟气流量(0.8 L/min~1.5 L/min)、吸附剂用量(0.2 g~1.0 g)、SO_(2)体积分数(800×10^(-6)~1200×10^(-6))和NO体积分数(100×10^(-6)~300×10^(-6))对改性磁珠吸附剂汞吸附性能的影响。分别采用准一级和准二级动力学模型分析了改性磁珠吸附剂的汞吸附机制和控制过程,通过程序升温脱附(temperature programmed desorption,TPD)的方法探讨了改性磁珠吸附剂的汞脱附再生过程。结果表明:改性磁珠吸附剂在120℃~150℃区间内具有较高的汞脱除能力,吸附剂用量的增加有利于汞的脱除,而烟气流量和烟气组分(SO_(2),NO)对改性磁珠吸附剂汞吸附性能的影响较小。在不同反应温度和不同烟气流量下,改性磁珠吸附剂的脱汞过程可以通过准一级和准二级动力学模型描述。当吸附剂用量大于0.5 g时,改性磁珠吸附剂的吸附行为受物理吸附及化学吸附行为双重因素控制,可以分别用准一级和准二级动力学模型来描述改性磁珠吸附剂在SO_(2)和NO存在时的汞吸附过程。改性磁珠吸附剂的汞脱附行为更符合准一级动力学模型。

O_(2)/CO_(2)条件下半焦-生物质的混燃特性及动力学分析

半焦与生物质在O_(2)/CO_(2)条件下混燃是实现碳基燃料清洁高效利用和碳减排的重要途径,准确掌握其混燃特性及动力学特性尤为关键。通过热重分析和正交实验研究了半焦与三种生物质(稻壳、松木、核桃壳)在O_(2)/N_(2)和N_(2)/CO_(2)气氛下混燃的燃烧特性、交互作用及反应动力学。结果表明:O_(2)/N_(2)气氛下掺混生物质可改善半焦的着火和燃尽特性,O_(2)/CO_(2)气氛下掺混生物质可改善半焦的着火特性,但会延迟半焦的燃尽。半焦和生物质在主燃区存在明显的交互作用,该作用显著提高了混燃反应性和燃烧强度,降低了着火活化能。生物质掺混比增大,燃烧特性指数提高,混合燃料低温区的活化能E_(1)和高温区的活化能E_(2)均逐渐降低;掺混生物质为松木时,混燃特性最好,掺混生物质为稻壳时,混燃特性次之,掺混生物质为核桃壳时,混燃特性再次之。与O_(2)/N_(2)气氛相比,O_(2)/CO_(2)气氛下的综合燃烧特性指数降低,E_(1)和E_(2)都提高,提高O_(2)/CO_(2)气氛中的O_(2)体积分数可小幅改善燃烧特性。燃烧气氛对燃烧特性和活化能的影响最显著,生物质掺混比的影响次之,掺混生物质的种类的影响最小,但若只考虑O_(2)/CO_(2)气氛的O_(2)体积分数变化,燃烧气氛对混燃特性的影响很小。

基于重整煤气喷吹-氧气高炉的富氧燃烧碳捕集方案

碳捕集利用与封存(简称CCUS)技术是钢铁行业实现碳中和目标的可行选择,但是我国钢铁生产以高炉-转炉长流程生产为主,产生碳排放的工序众多且碳浓度较低,目前仍缺少经济高效的碳捕集方案。在此背景下,通过引入气化炉用于重整炉顶煤气,改进现有炉顶煤气循环-氧气高炉工艺的炉顶煤气循环方式,耦合富氧燃烧碳捕集技术,提出一种基于重整煤气喷吹-氧气高炉的富氧燃烧碳捕集方案,并利用Aspen Plus建模计算和碳流分析评估了该方案的节能减排潜力。结果表明:富氧燃烧碳捕集技术与氧气高炉低碳冶炼工艺有着良好的承接性与耦合性,两者耦合能够降低钢铁行业碳捕集的难度;富氧燃烧单位CO_(2)的捕集能耗为2623.91 kJ/kg,比现有的醇胺法的碳捕集能耗低51.4%,比变压吸附法的碳捕集能耗低26.2%;生产每吨钢材可通过富氧燃烧捕集到1.5 t CO_(2),有望实现钢铁生产过程的CO_(2)净零排放。总的来说,该方案能够在高炉低碳冶炼的基础上进行低成本、大规模的碳捕集,是钢铁行业绿色低碳转型的可行方案。

基于Fluent的煤焦油悬浮床加氢反应器数值模拟与温度控制研究

作为煤焦油悬浮床加氢技术的核心设备——煤焦油悬浮床加氢反应器,其中上部温度骤升问题已经成为制约该技术实际应用的技术瓶颈之一。为了解决温度骤升问题,采用计算流体力学方法,基于Fluent软件,对加氢反应器内温度变化进行了数值模拟,并对温度控制措施展开了研究。结果表明,煤焦油悬浮床加氢反应器在3.0 m高度处出现温度骤升,在温度骤升处增设冷氢管,冷氢的通入不仅可有效控制反应器中上部温度,解决温度骤升问题,还使得反应器内温度的轴向和径向分布趋于均匀,且冷氢的适宜温度为41℃~43℃,最佳温度为43℃。在此基础上,研究了冷氢通入前后加氢反应器内流场的变化。根据流速分布模拟结果,结合温度分布云图,可推测出无冷氢通入时,反应器在3.5 m左右高度处出现局部结焦现象,当高度达到5.0 m时,反应器内开始出现因结焦而导致的局部堵塞,当高度到达5.5 m左右时,反应器内出现因结焦而导致的严重堵塞。43℃冷氢的通入不仅解决了加氢反应器温度骤升问题,还抑制了加氢反应器内的轴向流,促进了反应物料的径向流动及混合,使得流速以及气含率(气相体积占气液混合物体积的百分比)的分布更加均匀,有利于加氢反应器内传质及煤焦油加氢反应的进行。

基于高效解离-选择性絮凝耦合作用的煤气化渣提炭实验研究

煤气化渣是由煤气化工艺产生的一种富含铝硅酸盐、灰组分及残炭的大宗工业固体废弃物,其规模化生产对生态环境造成了严重的影响。因此,将煤气化渣进行炭-灰分离是实现其减量化、无害化和资源化利用的关键。以煤气化渣为研究对象,采用高效解离-选择性絮凝耦合作用的工艺,为实现煤气化渣更为合理、高效的资源化利用,减少煤气化渣带来的土壤、空气、水体资源等污染问题,对煤气化渣进行提炭实验研究。首先分析了煤气化渣的理化性质,其次采用单因素变量法探究了磨矿时间、pH、絮凝剂种类、絮凝剂用量、高速剪切转速对煤气化渣提炭实验的影响,以实现残余炭产品的高度富集。结果表明:原煤气化渣灰分质量分数为67.19%,普通湿筛筛上物料灰分质量分数为54.3%,当煤气化渣磨矿时间为5 s, pH为7,絮凝剂聚氧化乙烯用量为0.4 kg/t,在转速为4 000 r/min高速剪切15 min的条件下提炭效果最佳,最终可获得产率为26.6%、湿筛筛上灰分质量分数为43.3%的残炭产品。对比普通湿筛法,基于高效解离-选择性絮凝实验方法在普通湿筛的基础上灰分质量分数降低了11%,降灰效果明显。

神东低阶煤基电容炭材料的制备及其电化学性能

为研究材料的比表面积和微孔孔体积对低阶煤基电容炭电化学性能的影响,通过调控氢氧化钾(KOH)和超低灰分神东低阶煤(SLC)的质量比,以固相活化法制备了系列不同微孔比例的煤基电容炭。利用电感耦合等离子体质谱、元素分析和氮气吸附/脱附技术对所制备的煤基电容炭进行组分分析和孔结构表征,采用恒流充放电(GCD)、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等测试手段评价煤基电容炭的电化学性能。结果表明:随着KOH和SLC质量比增大,制备的煤基电容炭的比表面积和总孔体积均呈现增加趋势(最高值分别为2736.20 m^(2)/g和1.2968 cm^(3)/g);当KOH和SLC质量比为2.0:1时,煤基电容炭的比表面积为2517.80 m^(2)/g,微孔比表面积为2485.59 m^(2)/g(占比高达98.72%),此时,微孔孔体积最大(0.0648 cm^(3)/g);煤基电容炭在有机电解液两电极体系中表现出高质量比电容特性,在0.05 A/g的电流密度下质量比电容达到173.8 F/g,在10 A/g下仍保留有159.4 F/g的质量比电容,保留率为91.72%;煤基电容炭的充放电可逆性良好,具有典型的双电层电容特性。

脱气时间对中煤级煤低温氮吸附实验的影响

低温氮吸附法是目前用于评估直径在0.35 nm~300 nm之间煤的孔隙结构广泛使用的实验方法,通过实验得到的数据可以表征出煤的孔隙结构特征。在低温氮吸附实验中,样品的粒径、脱气温度和脱气时间等因素对实验结果影响较大。为研究脱气时间对低温氮吸附实验结果的影响,进行了一系列其他条件不变,只改变脱气时间的实验,选择的脱气时间分别为2 h,3 h,4 h,5 h,6 h,9 h,12 h,24 h。选取三种中煤级煤岩样品为实验材料,分别为济宁三号井气煤、张北矿气煤以及临涣矿焦煤。研究不同脱气时间下中煤级煤样在低温氮吸附实验中孔隙结构的变化,以确定最佳的脱气时间。通过分析煤样的吸附曲线、吸附-脱附曲线“滞后环”、阶段孔容曲线、平均孔径等参数,发现煤样在脱气时间发生变化时,煤样孔隙结构也发生相应的变化。研究发现,煤样在脱气时间为2 h和3 h时吸附-脱附曲线的类型以H3为主,其孔隙结构简单。煤样测定的平均孔径在脱气时间为3 h达到最大值,平均孔径在脱气时间为5 h达到最小值。在脱气3 h时,水分对煤样孔隙结构的影响可以忽略不计,挥发分对煤样孔隙结构的影响较低,此时煤样的孔隙结构更佳。三种中煤级煤样最佳脱气时间为3 h。

油酸和Span80协同煤油对低阶煤的浮选强化及分子模拟计算

低阶煤表面含有较多含氧基团,可浮性差,采用传统煤油捕收剂不仅药剂消耗大,而且分选效果差。复配捕收剂可以选择性地作用于矿物表面,从而提升浮选效果。以内蒙古色连二矿选煤厂低阶煤为研究对象,考察了传统捕收剂煤油的作用效果,并在此基础上引入含氧有机药剂油酸和Span80与其复配,考察复配药剂对低阶煤浮选的强化作用,并对其作用机理进行分析。结果表明:煤油-油酸和煤油-Span80复配药剂对实验煤样浮选均有促进作用。捕收剂用量为4000 g/t,起泡剂用量为800 g/t时,煤油-Span80复配药剂对应的精煤产率为83.17%,精煤灰分为11.78%,尾煤灰分为69.15%,可燃体回收率达到93.48%,浮选完善指标为42.18%。与煤油和煤油-油酸复配药剂相比,煤油-Span80复配药剂可显著提升尾煤灰分和可燃体回收率,达到了较为理想的分选效果。机理研究结果显示,油酸和Span80与煤油复配,可显著降低药剂在矿浆中的分散粒径,提高其与颗粒的接触概率;同时,油酸和Span80与煤作用,掩蔽了煤样表面的亲水基团,改善了煤样疏水性,使其更易在煤粒表面铺展。模拟计算发现油酸和Span80药剂的前线轨道能隙小于正十二烷(煤油)的前线轨道能隙,煤油-油酸和煤油-Span80复配药剂与煤表面的相互作用能大于正十二烷(煤油)与煤表面的相互作用能,表明复配药剂更具活性,更容易与煤表面发生吸附。

热解预处理对昭通褐煤润湿性的影响机制

褐煤的强亲水性为其加工和利用造成了许多不利影响,热解预处理是调控褐煤润湿性的有效方法之一。采用工业分析、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和接触角测量探究了热解预处理对褐煤润湿性的影响机制。热解预处理的温度分别为200℃,300℃,400℃和500℃,时间分别为30 min,60 min,90 min和120 min。结果表明:热解预处理改变了褐煤的化学结构和组成,显著影响了褐煤的润湿性。褐煤的羧基在200℃时开始裂解逸出,并在300℃时基本消失;褐煤的酯基在300℃时开始裂解逸出,并在400℃时基本消失;而褐煤的C—O(醚键、酚和醇)的热稳定性较好,热解预处理后其相对含量略微增加;褐煤的芳碳率随着热解温度和时间的增加而增大,且芳香核尺寸在300℃时开始增大。如果使用热解预处理来减弱褐煤的亲水性,则应确保在较低温度下有足够的热解时间来去除褐煤的含氧官能团,而在较高温度下应使用较短的时间来防止褐煤的有机质过度损失。在300℃(120 min)或400℃(30 min)热解条件下,褐煤的亲水性含氧官能团(羧基或酯基)裂解逸出,且疏水性芳香核尺寸增大,从而使其亲水性显著减弱,接触角由原煤的44.00°分别增大为87.50°和85.75°。然而,在400℃(热解时间大于30 min)和500℃条件下,褐煤的有机质过度损失,导致矿物质或无机质的相对含量增加,使其亲水性仍然较强。

淮南煤与内蒙古煤配煤煤灰熔融特性及气化反应性研究

淮南煤煤灰熔融温度高导致其无法直接在气流床气化炉上使用,将淮南煤ZA煤分别与低灰熔融温度内蒙古煤ZB煤和ZC煤按照1∶9,2∶8,3∶7,4∶6,5∶5,6∶4,7∶3,8∶2,9∶1的质量比进行配煤,利用智能灰熔点测定仪(封碳法)对单煤及其配煤煤灰熔融温度进行测定,探究配煤比对煤灰熔融温度的影响,基于热力学平衡计算结果(利用FactSage 8.1软件计算)探讨了配煤煤灰熔融温度变化机理;利用热重分析仪(TGA)对单煤煤焦和配煤煤焦的CO_(2)气化反应性进行测定,并对反应动力学进行分析。结果表明:ZA煤灰在高温下生成莫来石是其熔融温度高的主要原因。ZA煤分别与ZB煤和ZC煤相配后,煤灰中莫来石含量降低,低熔点的钙长石、镁堇青石含量增加,使得配煤煤灰熔融温度降低。ZA煤焦、ZB煤焦和ZC煤焦三种煤焦的平均CO_(2)气化反应速率分别为2.54%/min,3.49%/min和4.19%/min,ZA煤焦与CO_(2)的气化反应最难发生,平均气化反应速率最小,ZC煤焦的CO_(2)气化反应最容易,平均反应速率最大。与单煤煤焦相比,配煤煤焦气化反应过程呈现先促进后抑制的作用。三种单煤煤焦CO_(2)气化反应活化能位于336.8 kJ/mol~405.0 kJ/mol之间,AB2(ZA煤与ZB煤的质量比为2∶8)煤焦和AC3(ZA煤与ZC煤的质量比为3∶7)煤焦的CO_(2)气化反应活化能与ZB煤焦的CO_(2)气化反应活化能和ZC煤焦的CO_(2)气化反应活化能基本一致,表明配煤降低了配煤煤焦中ZA煤焦的CO_(2)气化反应活化能。

煤基半焦对重金属土壤中铬和镉的原位钝化及作用机制分析

工业化和城市化的快速发展对土壤造成严重的重金属污染,其中由于铬、镉的毒性强,对环境的危害极大。以资源丰富的石河子煤和乌鲁木齐煤为原料经热解制得半焦,将其作为铬和镉污染土壤的钝化材料,以实现重金属污染土壤的修复和改良。利用热重分析得到两种煤样热解的特征温度;采用N_(2)等温吸附法对半焦的孔隙结构进行了表征。通过重金属浸提实验,研究了半焦钝化剂作用时间和添加量对单一污染土壤及复合污染土壤中重金属有效态含量的影响。结果表明:乌鲁木齐煤基半焦具有较适宜重金属钝化的表面特征,孔径主要集中在1.8 nm~4.0 nm,单位面积酸性官能团和碱性官能团数量较多,分别为0.0026 mmol/m^(2)和0.0164 mmol/m^(2);在其添加量为5%,粒径为300μm~500μm,与土壤作用时间为90 d的条件下,铬和镉的有效态含量分别下降了78%和21%。相比于单一污染土壤,竞争作用使得复合污染土壤中铬和镉的钝化效果略有下降。此外,土壤中添加半焦后,土壤的pH值保持在稳定的弱碱性范围内,其有机质含量和阳离子交换量均有提高,改善了土壤的理化性质,可增强土壤肥力。