改性天然沸石对煤化工废水中高浓度NH_(4)^(+)的吸附和再生研究

针对目前常用的蒸氨法和吹脱法去除煤化工废水中高浓度氨氮带来的能耗高、处理成本高、操作复杂等实际问题,对天然沸石进行改性,探究改性沸石对煤化工废水中高浓度氨氮的吸附性能和化学再生性能。结果表明,相较于未改性天然沸石,经300℃热处理与1.5 mol/L NaCl溶液协同改性后,沸石的比表面积由18.541 m^(2)/g增加至32.198 m^(2)/g,吸附容量提升了74%,NH_(4)^(+)去除率达88.94%。吸附动力学和等温线分析表明,改性沸石对煤化工废水中高浓度NH_(4)^(+)的吸附过程符合化学多层吸附过程。0.100 mol/L NaClO溶液对改性沸石再生效果最好,再生率高达94.5%,且可将再生NH_(4)^(+)转化为无毒、无害的N_(2),实现了沸石的高效、可持续再生,且无二次污染。

高压注入条件下N_(2)对含水煤中CH_(4)置换效应的影响

为了揭示高压注入条件下N_(2)对不同含水率煤中CH_(4)置换效应影响,基于含水率为0.75%、1.5%和3%的3种煤样,开展了高压注N_(2)置换CH_(4)实验。实验结果表明:随着煤含水率的增加,煤吸附CH_(4)和N_(2)的能力表现出逐渐减弱的趋势,N_(2)的吸附量始终小于CH_(4)的吸附量,且N_(2)置换CH_(4)的能力逐步下降;在本实验压力条件下,CH_(4)预吸附平衡压力超出0.75 MPa越大,其N_(2)利用率越低。同时随煤含水量的增加,CH_(4)置换率、N_(2)注置比均出现逐步减小的趋势,因此可得CH_(4)置换率、N_(2)注置比均与煤的含水量呈负相关关系。实验含水煤样更好的还原井下处于潮湿环境中的原煤,通过CH_(4)置换率和N_(2)注置比的反馈得出,过大的注气压力并不能得到良好的注气效果,反而会降低该置换源气体的利用率,因此对井下注N_(2)置换煤层CH_(4)的工程技术来说,为避免盲目提高注气压力而造成N_(2)的置换效率下降的现象,建议井下煤层注N_(2)置换CH_(4)时,CH_(4)吸附平衡压力控制在0.75 MPa最佳。

低温阶段煤吸附C_(2)H_(4)的吸附特性研究

为研究煤矿采空区封闭区遗煤吸附C_(2)H_(4)的演化特征,以宁夏灵新煤矿不粘煤为研究对象,采用容量法进行煤吸附C_(2)H_(4)试验,分析温压与粒径对煤吸附C_(2)H_(4)过程中的吸附量、吸附速率和吸附热力学等特征变化的影响。研究表明:当温度为30~60℃、压力为0.15~0.45 MPa、粒径为20~120目时,无论是温度降低、压力升高还是粒径减小,C_(2)H_(4)的吸附量均增加;吸附过程随时间由快变慢,进而趋于平衡,吸附速率快速趋于0;温度与粒径不变,平衡压力越大吸附速率越大;温度与压力不变,粒径越小吸附速率越快。吸附量相同,粒径越小等量吸附热越低;各粒径煤样吸附C_(2)H_(4)的等量吸附热为0.69~40.23 kJ/mol,属于物理吸附。引入压力修正系数进行拟合,温度不变,压力和粒径与吸附自由能降低值呈正比关系;粒径不变,温度与吸附自由能降低值呈反比关系。各粒径煤样吸附C_(2)H_(4)的吸附熵均为负值,吸附量增大,温度降低,吸附熵值均增大;吸附量相同条件下,粒径越大,吸附熵值越大。

宁武盆地4#和9#煤岩坍塌机理

近年来随着煤层气开发规模的不断扩大,钻井时煤层井壁垮塌、失稳甚至井眼报废等问题日益突出,严重制约了煤层气规模化开发。通过对宁武盆地4#煤岩和9#煤岩的综合力学参数和理化性能等进行研究,得出了宁武盆地的坍塌机理,提出了宁武盆地煤层气井段安全快速钻进对钻井液的要求,并优选出了一套具有防塌和储层保护效果的封堵型成膜钻井液体系,该钻井液在山西煤层气井武15-1和武15-2等6口井进行了成功试验。

CH_(4)/H_(2)O/CO_(2)在煤大分子中自扩散的分子模拟

通过巨正则蒙特卡罗和分子动力学方法,计算不同系综条件下CH_(4)、CO_(2)、H_(2)O在煤分子中的扩散系数,并考察了温度和压力的影响。结果表明:在NPT系综下,随着温度的升高,CH_(4)和CO_(2)的扩散系数逐渐增大,H_(2)O的扩散系数呈现波动式增加;在每个温度下,H_(2)O扩散系数均大于CH_(4)和CO_(2);扩散活化能表现为E(H_(2)O)<E(CO_(2))<E(CH_(4)),表明CH_(4)的扩散最难发生,CO_(2)的扩散更容易发生;随着压力的升高,各种气体分子的溶胀率逐渐越大;高压时,分子溶胀作用显著,预示着H_(2)O和CO_(2)吸附在提高煤层气采收率过程中可以引起显著的煤基质溶胀,从而导致气体传输通道变窄,不利于煤层气的产出;CH_(4)、H_(2)O和CO_(2)扩散活化能均随着压力的升高而逐渐升高,且增幅有增大的趋势,预示着在压力较高时激活CH_(4)、H_(2)O和CO_(2)扩散需要克服更高的分子结构能垒,CO_(2)应以较快的速度注入煤体中,从而提高煤层气采收率。

准格尔煤田串草圪旦煤矿4#煤煤相研究

运用煤岩学方法和地球化学方法,探讨了内蒙古准格尔煤田南部串草圪旦煤矿4#煤的煤岩特征和煤相类型。研究发现,4#煤层的显微组分富集镜质组,煤相类型主要为潮湿森林沼泽相,在沼泽的整个演化过程中,还偶尔出现了开阔水域沼泽相和覆水森林沼泽相,沼泽的演变可划分为2个阶段。4#煤层从下到上覆水程度总体上呈现强-弱-强变化的特点,4#煤层的沼泽水流表现为滞留沼泽和活水沼泽周期性交替出现。

煤电基地CO_(2)和CH_(4)遥感监测及时空特征分析

【目的】CO_(2)和CH_(4)是煤电基地能源生产活动中的主要温室气体排放种类,其监测与时空分布是研究区碳监测体系建设的重要内容。【方法】以安徽淮南市为例,利用GOSAT、OCO-2和Sentinel-5P这3种卫星数据进行研究区CO_(2)和CH_(4)浓度监测,得到CO_(2)、CH_(4)柱浓度(XCO_(2)和XCH_(4))变化和分布情况,采用源清单法分析CO_(2)行业和区域排放特征,同时采用Pearson相关系数和多元回归方法分析影响研究区XCO_(2)和XCH_(4)浓度的主控因素。【结果和结论】结果表明:(1)基于GOSAT和OCO-2卫星融合数据分析显示,淮南市2016-2020年XCO_(2)和XCH_(4)浓度整体呈增长趋势,期间XCO_(2)浓度增加12×10^(-6)、XCH_(4)浓度增加23×10^(-9);XCO_(2)浓度和累计发电量的Pearson相关系数为0.98,XCH_(4)浓度和累计煤炭产量的Pearson相关系数为0.99,均呈极强相关。(2)利用Sentinel-5P卫星搭载的对流层观测仪(TROPOMI)高分辨产品数据分析淮南市各区域XCH_(4)浓度分布时空特征发现,研究区秋季XCH_(4)浓度高于夏季,XCH_(4)浓度受能源生产和农业生产两方面的影响。(3)源清单法得出淮南市一级源分类CO_(2)排放最多的为化石燃料固定燃烧源,占全市CO_(2)总排放量的89.59%,化石燃料固定燃烧源中电力供热占比99%以上;主要为淮南市潘集区和凤台县燃煤电厂CO_(2)排放;源识别显示集中分布在淮南市北部的火力发电厂为研究区CO_(2)最主要排放源。(4)影响研究区XCO_(2)浓度的主控因素为地区生产总值、累计发电量和第二产业产值,影响XCH_(4)浓度的主控因素为累计煤炭产量、第一产业产值、播种面积。研究结果对我国“双碳”目标下煤电基地碳监测体系构建与完善具有重要的参考意义。

龙亭矿区中深部4#煤层煤质特征及聚煤规律

在收集研究区最新勘查资料的基础上，对4#煤层的煤质特征及聚煤规律进行研究，为建设高产高效煤矿及下一步煤炭资源勘查提供地质依据。结果表明：4#煤原煤总体属中灰煤，由南向北灰分逐渐变高，南部以低灰煤为主，北部以中灰煤为主；原煤总体属低硫煤，硫分等值线呈“哑铃”型，具有中间低、东西两侧高和西南高东北低的基本特征；研究区南部乔8孔～乔11孔附近聚煤期后古河流冲蚀作用强弱控制煤层厚度及沉积范围，其它区域聚煤期同沉积构造控制煤层厚度及沉积范围。

C_(2)H_(4)在烟煤中吸附的分子模拟研究

C_(2)H_(4)作为评价煤自燃过程的标志气体,煤对C_(2)H_(4)的吸附会使得矿井空气中C_(2)H_(4)气体体积分数的降低,进而影响对煤自燃过程评估的准确性。为了揭示C_(2)H_(4)在烟煤中吸附的微观机理,构建Wiser烟煤分子模型,利用蒙特卡洛方法,模拟温度为293.15~313.15 K、压力为0.1~3.0MPa时,C_(2)H_(4)在烟煤分子模型中吸附过程,并对吸附过程中吸附热、吸附势能和吸附熵的变化进行分析。结果显示:C_(2)H_(4)在烟煤分子中的吸附量随压力的升高先迅速增加,然后趋于平缓;压力相同时,温度越高,C_(2)H_(4)的吸附量越低;Langmuir-Freundlich模型对C_(2)H_(4)吸附过程拟合效果最好,C_(2)H_(4)的最大吸附量a值随温度的升高而减小;不同温度条件下,C_(2)H_(4)的平均吸附热为35.29~37.65 kJ/mol,表明C_(2)H_(4)在烟煤中的吸附为物理吸附;C_(2)H_(4)的吸附势能和吸附熵随吸附量的增加而减小。

鄂尔多斯盆地转角地区延安组4-2#低阶煤储层特征

为了查明鄂尔多斯盆地转角地区延安组低阶煤储层特征,促进该区低阶煤煤层气勘探开发。通过煤岩组分鉴定、孔渗测量、低温物理吸附、高压压汞、扫描电镜等实验手段进行延安组4-2#低阶煤储层特征表征。实验结果为:延安组4-2#煤属长焰煤弱粘煤范畴;压汞孔隙度分布在7.0%10.9%之间,平均值为8.89%,排驱压力较低分布在0.00340.015MPa之间,中值压力较高分布在53.9113.2MPa之间,中值半径分布在0.00650.01μm之间,分选系数1.913.30,歪度系数-0.540.12,变异系数0.120.23。结果表明,延安组4-2#煤层孔隙较发育且孔隙类型多样,溶蚀孔、微裂缝发育,主要以微孔和小孔为主,可为吸附气提供良好的储集场所。4-2#煤层孔喉大小不一,孔缝连通性较差,不利于煤层气的运移扩散,后期煤层气开采需要进行人工压裂改造。

小庄煤矿4~#煤层瓦斯赋存规律研究

为了准确掌握小庄煤矿4~#煤层的瓦斯赋存规律,依据小庄煤矿现有的地质钻探和实际生产资料,运用线性回归分析的方法研究了矿区4~#煤层瓦斯含量与煤层埋深、厚度、煤的变质程度、煤的破碎程度、地质构造、围岩条件等之间的关系,结果表明:煤层厚度和褶曲地质构造类型是影响瓦斯赋存的决定性因素,其他地质条件对瓦斯赋存的控制作用相对较弱,有的甚至很不明显。

石炭二叠纪山4~#煤层煌斑岩侵入及对现场生产的影响分析

通过采取坑道透视、钻孔资料及实际巷探等方法对石炭二叠纪山4#煤层煌斑岩侵入区域进行研究并预测侵入范围,有效地解决了工作面布置及提高资源回收率。并通过煌斑岩侵入区域分析,提前制定应对措施,保证工作面按照设计进行掘进及开采。

CaSO_(4)载氧体在煤气化化学链燃烧中的脱汞

为了研究载氧体在煤气化化学链燃烧中的脱汞机理,选择CaSO_(4)载氧体作为研究对象,900℃的反应温度下,在还原反应器中通入CO_(2)气体和水蒸气作为气化介质进行实验。结果表明:以CaSO_(4)作为载氧体的煤气化化学链燃烧中,CaSO_(4)载氧体本身促进Hg~0的氧化,但CaSO_(4)分解产生的SO_(2)抑制Hg^(0)的氧化。CaSO_(4)促进煤气化化学链燃烧产生S单质,会进一步与Hg^(0)反应生成多种复杂的HgS_(n),降低了烟气中Hg^(0)含量,提高了脱汞效率。同时CaSO_(4)载氧体在还原-氧化的循环反应中具有良好的循环特性,是一种优良的化学链载氧体。

化学链气化中准东煤灰对CaSO_(4)载氧体改性及其作用机理

以CaSO_(4)为载氧体,采用机械混合法制备了将军庙煤灰修饰的CaSO_(4)-Ash复合载氧体。借助TG-MS考察复合载氧体CaSO_(4)-Ash与将军庙煤的化学链气化反应特性,并对将军庙煤灰改性CaSO_(4)载氧体的作用机理进行了研究。结果表明:将军庙煤灰对CaSO_(4)载氧体有一定的改性作用。900℃时,与纯CaSO_(4)载氧体相比,CaSO_(4)-Ash复合载氧体表现出良好的反应活性和稳定性,CaSO_(4)-Ash复合载氧体化学链气化产生的CO量明显增多,产率也更加稳定。X射线衍射分析表明,CaSO_(4)-Ash复合载氧体中存在少量的Ca_(2)Fe_(2)O_(5)和Fe_(2)O_(3),它们附着在CaSO_(4)表面,作为CaSO_(4)晶格氧传输的中介,起到促进CaSO_(4)晶格氧迁移的效果。通过Jade软件计算纯CaSO_(4)载氧体和改性后的CaSO_(4)载氧体的晶格常数和晶格体积,并结合拉曼光谱和电子顺磁共振光谱表征,证明了煤灰中Na+改性CaSO_(4)载氧体的机理。通过扫描电子显微镜测试,发现改性后的CaSO_(4)载氧体表面孔径结构更加清晰。

事故致因“2-4”模型在煤矿安全投入指标体系构建中的应用

构建合理的煤矿安全投入指标体系,是进行科学的煤矿安全投入决策的前提。在分析现有的安全投入指标研究的基础上,结合事故致因2-4模型,对该模型应用在煤矿安全投入体系构建进行有效性分析,探究煤矿安全投入对事故的作用路径,从个人和组织2个层面分析煤矿安全投入结构和内容,明确各项安全投入定义;建立了个人投入、组织投入2个二级指标,一次性投入、习惯性投入、运行性投入、指导性投入4个三级指标和15个四级指标的多层次指标体系。通过分析确认该指标体系结构清晰、层次分明,可为煤炭企业安全投入决策提供理论依据。

金家庄煤矿4~#煤层11盘区大巷锚杆支护参数选定分析

本文以煤矿巷道围岩锚杆强度强化理论为依据,分析金家庄煤矿11盘区4#煤层的围岩地质条件为基础,通过数学模型的建立,确定锚杆的一般参数以及支柱的其他参数,最后进行了锚杆支护效果检验,得出不存在偏帮现象,支护成功。

CuFe_(2)O_(4)改性脱硫渣氧载体与褐煤的反应特性

基于烟气脱硫渣采用改进的提纯工艺和优化参数获得高纯度和反应活性的CaSO_(4),以此作为模板剂结合溶胶凝胶燃烧合成法制备了CuFe_(2)O_(4)改性活化并具有“核-壳”结构的CaSO_(4)-CuFe_(2)O_(4)混合氧载体。在固定床反应器上研究了还原反应温度和循环次数作用下自制CaSO_(4)-CuFe_(2)O_(4)混合氧载体与煤化学链燃烧特性,系统研究了CaSO_(4)副反应与CuFe_(2)O_(4)交互作用下不同气相硫的释放和演化。研究表明,改性脱硫渣与煤反应时,CuFe_(2)O_(4)还原产物Cu、FeO通过未反应CaSO_(4)及已还原的CaS形成的熔融界面获得了其中未能利用的晶格氧,实现了本身的原位氧化,不仅明显提高了改性脱硫渣的反应活性,促进了煤的转化,同时也促进了未反应CaSO_(4)中晶格氧的定向传递和梯级利用。进一步,综合考虑煤的碳转化率以及气相硫的释放特性,确定了改性脱硫渣与煤的最佳反应条件为900℃。而循环实验发现,CaSO_(4)-CuFe_(2)O_(4)氧载体在多次循环中CaSO_(4)副反应不能完全抑制,少量气相硫的逸出加之还原氧载体的部分烧结导致反应活性衰减。

化学链燃烧中原位改性CaSO_(4)载氧体的反应性能

制备低成本且反应性能优良的载氧体是化学链技术进步的关键,CaSO_(4)作为载氧体携氧能力强、价格便宜,但其反应性能较弱。利用高碱准东煤作为燃料,CaSO_(4)作为载氧体在流化床中进行载氧体的制备,旨在使用煤灰及其碱金属元素对载氧体进行原位改性,并使用TG-MS(热重-质谱联用)对原位改性后的CaSO_(4)进行反应性能测试。结果表明,高碱准东煤灰在一定程度上对CaSO_(4)载氧体的反应性能有积极影响。当灰钙质量比为5%、还原温度900℃时,经原位改性的CaSO_(4)相比未原位改性的CaSO_(4)反应性能即CO_(2)的产量提高66%。使用EPR(电子顺磁共振光谱仪)、SEM(扫描电镜)进行表征测试,发现原位改性使得载氧体表面的氧空位数目增加,且原位改性后的CaSO_(4)表面出现多孔结构,气体反应时的扩散阻力减小,易于燃烧反应的进行,从而增加CO_(2)的产量。

C_(4)烃类资源综合利用及增产丙烯技术

本文分析了C_(4)烃类的主要来源、组成及综合利用现状,综述了C_(4)烃类增产丙烯的主要技术,结合国内煤制烯烃项目副产C_(4)资源的利用技术,探讨了C_(4)资源综合利用的可行方案,指出C_(4)烃类裂解增产丙烯技术更具有竞争力。

降雨pH对煤矸石中重金属和SO_(4)^(2-)释放行为的影响

以高硫煤矸石为研究对象,采用静态淋溶试验探究在模拟降雨pH分别为2、3、5、7的条件下,煤矸石中重金属Mn、Cu、Zn和SO_(4)^(2-)的释放规律及动力学行为。结果表明,酸性条件更有利于重金属和SO_(4)^(2-)释放,随时间增加表现为先快速释放后逐渐稳定的趋势。在降雨pH为3时,重金属Mn、Cu、Zn的累积释放量最大,分别达到60.40、29.11、5.86 mg/kg。在降雨pH为2时,SO_(4)^(2-)的累积释放量最大,达到了25027.27 mg/kg。动力学结果表明,重金属释放由界面化学反应控制,而SO_(4)^(2-)由固体膜层界面和扩散混合控制,且在重金属与SO_(4)^(2-)释放的过程中产生大量H^(+),使淋出液pH<1.52。本研究结果可以从污染物源头释放的角度为煤矸石堆场重金属及SO_(4)^(2-)污染防控和监管提供理论依据。