基于二次分数低阶协方差的时延估计方法

针对强脉冲噪声背景下基于分数低阶统计量时延估计方法性能退化且需要噪声先验知识的问题,提出了一种基于二次分数低阶协方差的时延估计新方法。所提方法首先利用有界非线性Sigmoid函数对含有脉冲噪声的信号进行预处理,使其在不影响有用信号时延信息的基础上对附加脉冲噪声进行充分压缩;然后对处理后的收发信号进行二次分数低阶协方差运算,即求得发射信号的自分数低阶协方差和收发信号的互分数低阶协方差之后,再次计算二者的互分数低阶协方差,以期更大程度上抑制脉冲噪声的影响。通过模拟仿真实验对所提方法进行了有效性验证,结果表明所提方法突破了分数低阶矩阶次需小于Alpha稳定分布噪声特征指数的限制,并且比分数低阶协方差方法具有更高的估计精度。仿真实验结果表明在广义信噪比-10 dB情况下,时延估计用时为0.0560 s,准确率达到97.76%。

基于分数低阶协方差的阵列式超声波测风方法

考虑到当前基于时差法的超声波测风方法是间歇式测量,并且在脉冲噪声背景下测风精度较差,提出一种基于分数低阶协方差的阵列式超声波连续测风方法。该方法采用由一个发射超声波换能器和4个接收换能器组成的超声波测风阵列结构,依托该阵列结构通过对其连续采样并进行分数低阶协方差运算处理以抑制脉冲冲击噪声的影响,然后结合多重信号分类算法即可实现风速风向的高精度连续测量。通过仿真对比实验和实际测量实验验证了所提方法的有效性及优越性,与其他超声波测风方法相比具有更强的噪声抑制能力及测风精度,在实测实验中风速和风向的测量误差分别为1.2%和2°,基本达到了超声波风速风向测量的精度要求。

矿物分选中低阶多孔煤的药剂吸附及表征实验设计

该实验以低阶多孔煤为实验材料,首先采用工业和元素分析、扫描电镜和孔隙测试等方法分析煤样基础性质,然后使用复配药剂W-1对其进行吸附改性,再通过红外光谱、X-射线光电子能谱和接触角对改性机理进行表征,并借助等离子体发射光谱测试方法计算药剂在煤样表面的吸附量。实验结果表明,实验煤样表面极性基团丰富、孔隙结构发达、亲水性强、不易分选;药剂吸附改性后的煤样疏水性得到大幅优化。该实验设计遵循逐步深化原则,帮助学生强化思维训练,提升基础理论知识掌握和实践操作能力。

烟气干法熄焦在低阶煤热解工艺中的应用研究

以烟气为干法熄焦介质,可以回收半焦热量用于原煤的干燥,从而提高热解系统热效率。通过中试考察了烟气流量、停留时间对半焦温度的影响,分析了热解工业装置冷却段运行数据。结果表明,采用烟气干法熄焦,半焦显热回收率达到93.8%,影响冷却效果的主要因素是烟气流量,其次是半焦入口温度。

基于热重-质谱分析的榆木/低阶煤共热解特性研究

为了研究烘焙对共热解行为的影响,以榆木(E)、250℃烘焙后榆木(E_(T250))和低阶煤(L)为原料,利用热重-质谱联用分析仪(TG-MS)进行榆木/低阶煤不同质量比例下(1∶1、1∶3、3∶1)的共热解实验。TG分析结果表明,相比E和E_(T250),L热解需要更高的温度和更长的时间;但当将生物质与低阶煤共热解后,共热解所需的温度和时间都随着生物质质量比的增加而减小;在共热解过程中,E与L的失重特性曲线相互影响,而E_(T250)在热解过程中与L的失重特性基本一致,说明经250℃烘焙后榆木与低阶煤的品质相似。

高、低阶煤孔隙结构差异性及其对甲烷吸附特性的影响研究

采集沁水盆地高阶煤、二连盆地低阶煤,采用氮气、二氧化碳吸附法对煤基质纳米级吸附孔隙进行测试,分析高低阶煤的储气特征,从而确定影响高、低阶煤煤层气开发的关键因素。研究结果发现,高、低阶煤的比表面积相似,高阶煤的比表面积均值为215.33 m~2/g,可吸附甲烷49.53 cm~3/g;低阶煤的比表面积均值为212.17 m~2/g,可吸附甲烷48.96 cm~3/g。高、低阶煤储气主要为吸附气,占总储气量的99%以上,高阶煤储气主要是微孔吸附气,占总储气量的99.71%;低阶煤不同孔隙均有贡献,微孔最多,占比47.33%,其次是中孔,占比32.644%,大孔最少,占比19.69%。地层水侵入对低阶煤储气量影响大于高阶煤,平衡水条件下,高阶煤可储气量43.46 cm~3/g,低阶煤可储气量33.89 cm~3/g;受微孔特性影响,高阶煤储层储气量较高,但易储难逸,因此煤层气开采的关键问题是疏导微孔吸附气;受中、大孔及亲水性强影响,低阶煤储气量较低,且易储易散,勘察储气聚集区是低阶煤煤层气开发的首要工作。

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。

低阶煤不同宏观煤岩组分孔隙发育特征及甲烷吸附/解吸性能差异

目的针对煤储层非均质性较强,不同宏观煤岩组分由于物质成分和孔隙结构差异导致煤层气吸附解吸性能和气水运移特征迥异的问题,方法以黄陇煤田彬长矿区延安组低阶煤为研究对象,采集并分离镜煤和暗煤组分,综合运用显微组分测定、元素分析、压汞、低温液氮吸附、吸附解吸试验等测试方法,研究低阶镜煤和暗煤的孔隙发育特征差异和对甲烷吸附/解吸性能的影响。结果结果表明:(1)镜煤的镜质组质量分数、挥发分及H,O,N,S元素质量分数高于暗煤的,而惰质组、壳质组、矿物、灰分、固定碳和C元素质量分数低于暗煤的。(2)煤样孔隙度为2.92%~10.29%,总体孔隙较发育,暗煤孔隙度略高于镜煤的,孔喉更粗,大孔更发育,连通性更好。镜煤BET比表面积和BJH总孔容均略大于暗煤的,微孔更发育,且多以半封闭型和墨水瓶型孔隙为主。(3)镜煤微小孔更发育,比表面积更大,吸附能力更强。结论煤中甲烷吸附/解吸过程普遍存在解吸滞后现象,暗煤孔隙连通性相对较好,解吸滞后程度低于镜煤的,理论解吸效率高于镜煤的。研究结果可为彬长矿区低阶煤煤层气储层物性认识提供参考。

类地行星低阶重力场、自转与内部圈层结构研究进展

低阶重力场和自转参数是类地行星内部结构的函数且指示着其物质成分与演化,一直是深空探测的首要目标.行星自转状态能够直接揭示行星核的密度和大小.随着深空探测数据的逐渐积累和精度的不断提高,低阶重力场和自转观测在行星内部结构,尤其是行星核方面的研究取得了一系列重要进展.本文首先介绍行星主惯性矩张量的基本理论与计算方法,接着介绍行星自转动力学基本理论以及与行星内部结构密切相关的行星自转简正模,并介绍利用低阶重力位系数求解行星主惯性矩张量的方法.本文还总结了利用有限的自转观测和低阶重力场观测确定行星平均密度和平均惯性矩的研究现状,以及反演行星内部结构的基本方法.最后,本文对目前利用低阶重力场、自转观测反演行星和小行星等内部结构方面存在的问题进行了总结与展望,希望为我国未来的深空探测计划提供科学参考与理论支持.

基于ReaxFF MD模拟的低阶煤热解产物演化规律及反应机理

热解是实现煤炭资源清洁高效利用的重要途径,深入认识煤热解过程中挥发分自由基的变化规律对调控热解产物至关重要,但实验方法难以捕捉其细节。本文选用经典的褐煤分子模型,结合反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟探究了低阶煤热解过程中挥发分自由基的演化规律及反应机理。ReaxFF MD模拟结果表明,挥发分产物的收率随升温速率的增大而增加,较高的升温速率抑制了气体产物的生成、提高了焦油产物的收率,但焦油的重质化严重。含氧官能团的裂解是煤热解的触发机制,热解过程主要分为活化(800~1200K)、热解(1200~2400K)和缩聚(2400~2800K)三个阶段。在高温缩聚阶段,焦油片段之间更容易交联,进而发生缩聚反应形成焦炭,并伴随着气体生成,导致焦油收率降低,气体和焦炭产率增加。因此,改善焦油收率和品质的关键是促进焦油片段的裂解,抑制其缩聚。分析了气相产物的形成机理,CO_(2)主要来自羧基和酯基的裂解;甲氧基侧链和桥键裂解形成·CH_(3)和·CH_(2)自由基并捕获·H,最终形成CH_(4)分子;焦油的二次热解和缩聚释放大量·H和H_(2),·H之间进一步反应生成H_(2);而煤中的硫醚结构与含氮支链裂解后,进而被·H自由基稳定为H_(2)S和NH_(3)。这些从分子层面获得的机理认识,可为实验或工业调控热解产物提供重要的参考依据。

低阶煤热溶萃取物的配煤炼焦性能

目前,使用黏结性添加物进行配煤炼焦,降低焦/肥煤的使用比例,是焦化行业降本增效的重要途径。国内外学者已经在实验室阶段初步证明了低阶煤热溶萃取物替代焦/肥煤炼焦的可行性,工业化应用需要开展大规模的萃取物炼焦实际验证。基于此,本文搭建了低阶煤热溶萃取装置,并与多家焦化厂展开合作,完成了萃取物替代焦/肥煤的小焦炉实验验证。结果表明:萃取物取代20%肥煤或10%焦煤时能够明显降低焦炭的灰分,保持焦炭冷热性能基本不变。并且萃取物在炼焦过程中有72%~77%的留存率,不会造成焦炭产量的明显降低。因此,本研究明确了低阶煤热溶萃取物取代焦/肥煤炼焦方案的可行性,为焦化行业的降本增效提供了新选择,并进一步推动了低阶煤热溶萃取技术的工业化进展。

低阶煤基炭材料研究进展

低阶煤因其储量丰富、富含多环芳烃有机物、含碳量高、成本低等特点,被认为是炭材料的优质前驱体。然而,由于不同低阶煤的灰分、微观结构、界面的差异,导致了煤基炭材料结构、性能难以有效调控的问题。近年来,研究人员提出了低阶煤基炭材料微观结构、表界面调控的有效方法。本文重点总结了低阶煤制备吸附活性炭、电容炭、硬炭、石墨和纳米炭材料的差异化策略,进一步讨论了煤种和工艺对煤基炭材料的微观结构、界面特性和官能团种类等的影响。同时介绍了煤基炭材料在吸附、超级电容器和碱金属电池中的应用。最后,展望了低级煤基炭材料未来研究的方向和挑战。

低阶煤热解挥发分热催化重整研究进展

低阶煤清洁高效利用是我国的重大战略需求之一。在煤热转化技术中,煤热解挥发分催化重整可将复杂热解产品定向轻质化制备化学品,具有广泛应用前景。改变工艺条件是提高热解转化率和产品收率的重要手段,优化反应器设计以及开发高活性和稳定性催化剂是该技术发展的重要方向。本文首先介绍了低阶煤及其挥发分的催化重整方式,在此基础上综述了温度、气氛、停留时间等反应条件的影响以及固定床和流化床反应器应用的策略和挑战,然后对金属类、炭基和沸石类催化剂的后处理及原位控制等改性方法与作用原理进行了分析,阐述了热解挥发分的催化裂解机理。此外,指出了煤热解挥发分催化重整技术在工业化生产中的瓶颈,明确了挥发分中低碳烃类与大分子化合物的催化转化路径对煤热解过程中二次反应定向调控的关键作用,深入探究了催化剂中酸催化质子化作用对催化剂失活机制的影响。

二连盆地富气凹陷低阶煤煤层气成因及成藏机制

内蒙古低阶煤煤层气资源丰富,煤层气成因与成藏机制研究对低阶煤煤层气资源选区评价至关重要。以二连盆地重点富气凹陷低阶煤煤层气为研究目标,利用煤层气组分、碳/氢同位素、煤层水水质、氢/氧同位素及放射性同位素^(3)H和^(14)C测试等多种实验手段,分析煤层气、水地球化学特征,揭示低阶煤煤层气成因来源及成藏机制。结果表明,二连盆地煤层气组分以甲烷为主,均为干气,其中甲烷体积分数随埋深增加而增大,CO_(2)体积分数随埋深增加呈先增加后降低趋势,在300~500 m范围出现高值区。甲烷碳、氢同位素普遍偏轻,δ^(13)C(CH_(4))分布在-70.3‰~-48.0‰,δD(CH_(4))分布在-285.5‰~-189.0‰,δ^(13)C(CO_(2))在-37.6‰~1.94‰变化。煤层水化学类型主要为HCO_(3)-Na型和Cl·HCO_(3)-Na型,现今煤层水体环境较为稳定,水动力较弱,煤层水表观年龄在1020~47490 a,主要来源于第四纪大气降水,没有或较少有现今地表水补给。二连盆地煤层气主要为原生生物成因气,混有少量早期热成因气,随着埋深加大,地层环境和产甲烷古菌类型发生变化,生物甲烷生成途径发生转变。其中吉尔嘎朗图凹陷早期以乙酸发酵产气为主,晚期转变为CO_(2)还原产气为主,并混有少量低熟热成因气;巴彦花和霍林河凹陷微生物产气途径均以乙酸发酵为主,其中霍林河凹陷还混有少量甲基发酵型生物气。研究区具有适合生物气生成的低地温、低矿化度和低热演化程度的“三低”煤层条件,其中,吉尔嘎朗图凹陷属于地堑式浅部厚煤层生物气成藏模式,巴彦花和霍林河凹陷属于半地堑式中深部承压区水力封堵生物气成藏模式。寻找适合生物成因气形成和富集的有利目标区,应是二连盆地煤层气未来勘探开发的重点方向,也是二连盆地低阶煤煤层气增储上产的现实保障。

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。

内蒙古自治区东部低阶煤层气地质力学特征与勘探开发技术

内蒙古自治区东部低阶煤层气资源丰富,具备规模开发的潜力,但区内煤层气勘探开发尚处于摸索阶段,特别是低阶煤层气地质力学特征、储层工程品质等研究程度不够,制约了煤层气资源的有效开发。为此,对内蒙古自治区东部霍林河盆地3口煤层气试验井的开发效果进行系统分析,明确了低阶煤层气资源评价及勘探开发中的关键问题,形成了一种低阶煤层气地质力学评价与勘探技术选择模式。研究结果表明:①煤储层渗透性低是该区低阶煤层气开发的关键制约地质因素,但煤层具有硬度高,刚度大,断裂韧度适中,脆性显著的力学品质,适合开展煤储层大规模体积压裂改造。②由于煤岩坚硬,洞穴完井造穴困难,不适合作为煤层气勘探开发主体技术;由于煤储层渗透性低,双U型井井控泄流面积小,试采效果差;直井水力压裂能沟通更多天然裂缝,增大了泄流面积,试采效果好。③低阶煤层气开发的关键是煤储层体积改造,水力压裂除实现储层增渗外,还具有渗吸驱替等功能,因此长水平井+体积压裂是内蒙古自治区东部低阶煤层气勘探开发的关键技术。结论认为,地质力学评价与勘探技术模式的形成为内蒙古自治区东部低阶煤层气资源的高效动用提供了科学依据。

低阶煤和生物质水热碳化特性及水热炭功能化改性研究进展

低阶煤中大量含氧官能团赋予其强亲水性,导致孔隙表面吸收大量水分,从而增加运输成本,能源转化效率降低,因此低阶煤的清洁低碳高效转化备受关注。水热碳化反应能耗较低,可直接处理高含水率有机固体物质,是一种绿色低碳高效经济的低阶煤提质技术;而生物质作为可代替化石燃料的可再生能源,水热碳化也可大幅提高其利用率。低阶煤与生物质共水热碳化时,二者会产生一定的协同效应,相较于单一水热碳化具有更高的产率和碳保留率。对水热炭进行功能化改性,可以进一步丰富其孔隙结构,增加材料表面的官能团,进而制备出性能优异的功能性炭材料,用于CO_(2)和SO_(2)等气体吸附。综述了低阶煤和生物质单独水热碳化及共水热碳化特性,分析生物质水热碳化主要影响因素;同时对水热炭活化改性和掺杂改性方法进行了总结,比较了氮、硫掺杂及硫氮共掺杂方式、掺杂机制及改性水热炭应用范围。此外,还对改性水热炭对CO_(2)和SO_(2)吸附性能等进行了综述,探讨了多孔炭表面吸附CO_(2)和SO_(2)的机理;最后对低阶煤和生物质共水热碳化以及水热炭低成本制备气体吸附剂等未来发展方向进行了展望。

甲烷气氛下铁基催化剂对低阶煤温和液化的影响

针对煤直接液化的高温高压苛刻反应条件和高昂的氢气成本问题,通过降低煤液化反应温度、压力和更换供氢气氛等方法来优化工艺过程。选用四种铁基催化剂研究低阶煤在甲烷气氛下温和液化的反应特性,研究结果表明:神华黑山长焰煤HS在温度350℃、初始压力3 MPa的甲烷气氛下液化产物为轻质气体、液化油和沥青质;以FeSO_(4)为催化剂时沥青质的产率最高达到8.03%,并将煤液化的转化率提升了6.10%;以FeS为催化剂时油气产率提升了3.48%;助剂硫元素的加入对煤液化反应总转化率的提升有着重要作用;Fe粉、Fe+S和FeS催化剂的加入有助于提升煤液化油中单环芳烃的含量。

K_(2)CO_(3)活化低阶煤和污泥共水热炭制备多孔炭及其对CO_(2)和SO_(2)吸附性能

我国低阶煤储量大,低阶煤材料化利用是当前国家重大需求。另外,我国城市污泥排放量逐年增加,高含水率污泥资源化利用至关重要。低阶煤和污泥水热碳化可有效资源化利用原料内的硫氮元素,制备硫氮掺杂水热炭。水热炭孔隙较不丰富,对其进行活化造孔可丰富其孔隙结构,制备得到硫氮掺杂多孔炭。选用较为温和K_(2)CO_(3)作为活化剂,探究K_(2)CO_(3)活化不同次烟煤与污泥水热炭制备多孔炭材料的性质,并研究多孔炭对CO_(2)和SO_(2)的吸附性能。结果表明,次烟煤和污泥水热炭经K_(2)CO_(3)活化改性后,硫氮元素含量相较于原来的水热炭均有所减少,多孔炭的比表面积由原水热炭的23.92m^(2)/g增至331.77m^(2)/g,孔体积由原水热炭的0.07cm^(3)/g增至0.23cm^(3)/g。制备的多孔炭对CO_(2)和SO_(2)具有一定的吸附效果,次烟煤与污泥质量比为7∶3,水热碳化温度为160℃时,经700℃K_(2)CO_(3)活化所制备的多孔炭在25℃下,对CO_(2)吸附量为1.56 mmol/g;次烟煤与污泥质量比为1∶1,水热碳化温度为160℃时,所制备的水热炭经活化后,其在吸附温度为120℃时,对SO_(2)的吸附量为52.2 mg/g,且随着水热碳化温度升高,其吸附量有所下降,共水热炭相比于单一水热炭对CO_(2)和SO_(2)的吸附性能更好。研究结果可为低阶煤和污泥清洁高效利用和低成本CO_(2)、SO_(2)吸附剂开发提供理论依据。

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。