产学研融合的煤化工专业学位研究生培养模式改革——以太原理工大学为例

定向提升专业学位研究生的职业能力,是当前我国研究生教育的重要目标。针对煤化工专业学位研究生培养现状及存在的问题,太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室在对煤化工专业学位研究生特点进行综合分析的基础上,从专业学位研究生培养理念、模式、平台、导师队伍以及培养过程管理与评价等方面入手,深化培养模式改革,构建了以产学研用为支撑的多维度专业学位研究生教育质量管理体系,以期提升学生的工程应用能力和创新实践能力,培养高层次创新型工程技术人才。

新型能源体系发展背景下煤炭清洁高效转化的挑战及途径

当今世界地缘政治风险加剧、气候环境问题凸显,能源转型变革加快。在此背景下,构建更加适应形势变化的能源体系对提高我国能源供应系统的可持续性及安全稳定性意义重大。目前我国化石能源仍占据主体地位。油气资源存在能源安全问题及新能源技术水平有待提升,中国短期内对煤炭能源仍将保持较高依赖性。因此,推进煤炭清洁高效转化对于新型能源体系的构建具有重要意义。首先对新型能源体系的具体内涵与构建方向展开讨论,并在此基础上,对新时代中国煤化工产业的发展现状以及面临的机遇与挑战进行了阐述,以期为煤炭的清洁高效转化技术的进步及煤化工产业的未来发展提供建议。新时代要求赋予新型能源体系更多的内涵。因此从战略上看,未来能源体系应具备“安全高效、清洁低碳、多元协同、智能普惠”多个特征,这也对煤炭产业的清洁高效发展提出了更高的要求。我国的煤炭清洁高效转化已取得显著进步,但多个关键技术仍亟待突破。结合煤炭产业转型发展与“双碳”目标关系的系统性认识,在新型能源体系建设的需求下,推进煤炭清洁高效转化对于社会经济发展、助力“双碳”目标实现具有重要意义,其关键在于加强该领域相关学科专业的基础研究和煤炭清洁高效转化技术的创新开发。

KOH添加方式对煤基活性泡沫炭电化学性能的影响

以强黏性炼焦煤为原料,经常压自发泡法制得的煤基泡沫炭(NCF)为碳基底,KOH为活化剂,采用机械混合、水溶液浸渍、乙醇浸渍三种不同的方式制备煤基活性泡沫炭(HPCs),并将其用作双电层电容器的电极材料,研究了KOH添加方式对其微观结构和电化学性能的影响。结果表明,KOH分散度和附着性对煤基活性泡沫炭孔隙结构的生成、晶体结构、表面化学性质以及电化学性能有显著影响。煤基泡沫炭本身具有三维连通泡孔结构,有利于活化剂(KOH)深入材料的泡孔内部并为其提供大量附着位点,增大活化剂与碳基体的接触面积进而发生高效的活化。KOH水溶液的流动性较好,可以使K+更有效地穿插在NCF的泡孔结构中,在活化过程中作用于缺陷部位,在碳基体内部基质上产生更多的微孔以及介孔结构,有效地放大了活化效果。KOH水溶液浸渍泡沫炭材料制得的ACF-W样品拥有最高的比表面积(3098.35 m^(2)/g)、总孔体积(1.68 cm^(3)/g)、介孔体积比(59.13%),将其用作电极材料表现出优异的比电容(310 F/g)以及循环稳定性。

煤基固废制泡沫陶瓷的发泡工艺研究及应用进展

煤基固体废弃物主要包括采煤和选煤过程中排放的煤矸石、燃煤电厂排出的粉煤灰等,由于无法进行大规模利用并不断堆积造成了严重的环境污染。环保要求的提高使得煤基固废的处理成为煤炭行业的重中之重。泡沫陶瓷是一种具有耐高温特性的新型多孔材料,性能优异,应用范围广。利用煤基固废制泡沫陶瓷,不仅可实现煤矸石和粉煤灰的规模化利用,减少环境污染,还可降低泡沫陶瓷的生产成本。综述了煤矸石和粉煤灰制泡沫陶瓷的主要方法,包括发泡法、添加造孔剂法和有机泡沫浸渍法。不同类型的发泡剂均可在高温下反应或分解产生气体,从而在坯体中产生孔隙,重点阐述了造孔剂的造孔机理,造孔剂添加量对泡沫陶瓷孔分布、孔径大小、孔形貌以及对泡沫陶瓷性能的影响,如气孔率、抗压强度等。对比了不同制备方法的优缺点、应用范围和主要发展方向,其中发泡法可以控制产品的各向异性,但对原材料的要求相对较高,制备工艺条件不受控制;有机泡沫浸渍法可调控泡沫陶瓷的形貌和组成,但需要较长时间排塑;添加造孔剂法可获得形状复杂、气孔结构不同的产品,但造孔剂易发生团聚现象。概述了泡沫陶瓷在不同领域的应用进展,针对不同的应用领域,泡沫陶瓷的性能侧重点也不尽相同,对孔结构要求也不同。由于煤基固废组成成分复杂程度不同,在一定程度上阻碍了泡沫陶瓷的发展,指出了今后煤基固废制备泡沫陶瓷所需解决的问题,即深入研究煤基固废的物料特性和烧结活性,加强对形成过程中孔结构的理论研究,建立煤基固废制不同类型泡沫陶瓷的性能指标体系和性能标准,从而为后续泡沫陶瓷性能的研究和大规模应用提供参考。

高效燃烧制备AC/SWCNTs自支撑薄膜材料及其电化学性能

以无水乙醇为碳源、二茂铁为催化剂前驱体、噻吩作为碳纳米管生长促进剂,通过改变催化剂前驱体的添加量,采用低压预混火焰燃烧法制备了3种不同组分比例的无定形碳(Amorphous Carbon,AC)/单壁碳纳米管(Single-Walled Carbon Nanotubes,SWCNTs)薄膜,随后将其作为自支撑负极材料组装钠离子电池。采用X射线衍射仪、透射电子显微镜、拉曼光谱和热重分析等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和组成进行分析,并通过充放电性能测试分析材料的电化学性能。研究发现,随着催化剂含量的增加,碳材料的层间距逐渐增大,材料的晶化程度降低,无定形碳成分增多,为Na^(+)的可逆储存提供了空间。利用TG分析材料组成,发现当催化剂含量为0.018 g时,样品(AC/SWCNTs-3)具有最大的无定形碳含量,为67.01%。此时,样品的碳层间距最大,实现了Na^(+)的高效嵌入/脱出,而相互交联的SWCNTs网络结构为电子的传输提供通道,作为附着无定形碳的载体延缓了容量的衰退,表现出最佳的电化学性能。经过60圈倍率性能测试,AC/SWCNTs-3表现出良好的可逆性,可逆比容量达到220.7 mAh/g,在50 mA/g电流密度下循环150圈,电极仍可维持146.7 mAh/g的比容量。此外,样品AC/SWCNTs-3的反应过程是扩散控制占主导的储钠机制。在扫速0.1 mV/s下,电容贡献率为19.3%。综上,在AC/SWCNTs复合材料中,无定形碳提供了丰富的活性位点,中空管状结构的SWCNTs可作为电子快速传输的通道,保证了Na^(+)在电池工作过程中的快速扩散和可逆存储,使AC/SWCNTs复合材料在钠离子电池中表现出更好的电化学性能。

静电纺丝纤维对煤基气体污染物脱除研究进展

煤在气化和燃烧过程中产生的气体污染物和颗粒物会转移到合成气和空气中,从而产生设备腐蚀和环境污染等问题。静电纺丝纤维具有可调控的、超细的直径,多孔的结构,超高的比表面积,可设计的形貌以及易于表面修饰等优点,在气体污染物脱除领域有着巨大的应用价值。介绍了静电纺丝的基本原理和发展现状,综述且简要分析了静电纺丝纳米纤维材料在PMs、CO_(2)、NO_(x)、H_(2)S、SO_(2)和VOCs等气体污染物脱除方面的应用及研究现状。最后,对电纺纤维在气体污染物脱除领域中更广泛、更深入的应用前景进行了展望。

煤气化渣特性分析及资源化利用研究进展

我国能源结构特点为富煤、贫油、少气,煤化工行业发展充满机遇和挑战。煤气化技术是现代煤化工的前端支柱,是实现煤炭清洁、高效、绿色、低碳利用的有效途径,具有重要的国家战略意义。煤气化技术规模化应用产生的大量固体废弃物(煤气化渣)的处置,是煤化工基地当前迫切需要解决的问题。分别从国内具代表性煤化工基地的气化灰渣粒度组成、矿物构成、微观形貌、表面性质和持水特性等理化性质入手,对比分析不同炉型、产地、气化工艺等条件下的灰渣特点。灰渣物性特点的差异化与气化工艺、炉型、煤种等因素均相关。灰渣主要组分为硅铝矿物等,其中粗渣粒度普遍偏大;细渣残炭质量分数一般在20%左右,且其表面含氧官能团丰富。此外,细渣因其孔隙率高,含水率较高。基于气化灰渣理化性质,系统归纳了目前报道的气化灰渣提质方法,提出炭-灰分离是实现气化灰渣减量化与资源化利用的重要前提。从高效回收微细粒矿物角度考虑,浮选是最合适的炭-灰分离方法,但由于残炭发达的孔隙结构与含氧亲水性基团的存在导致可浮性差,目前生产成本较高;从降低生产成本、提高处理量角度考虑,重力分选方法是首选,但存在分选下限高的问题;而磁力分选则对铁磁性矿物含量高的灰渣更具有针对性,不具有普遍适用性。综上分选分离方法特点,研制规模化分选设备、研发新型高效浮选药剂与浮选方法及开发高效低耗的气化灰渣分级分选的联合分选工艺是后续炭-灰分离领域的研究重点。此外,系统总结了气化灰渣资源化利用研究进展。建工建材等应用领域可实现气化灰渣的规模化消纳,是提高固废综合利用率的首要利用方向,但需进一步研究气化灰渣干燥脱水、重金属析出等后续问题;生态修复、锅炉掺烧、碳材料制备、吸附/催化剂制备等领域可实现气化灰渣的高值化利用,亦应充分考虑市场容量问题。以下游市场为导向,综合考虑技术现状、成本核算、市场消纳等因素,结合高效分离与分质利用理念,是实现气化灰渣资源化利用的有效途径,保证企业效益和环保效益,同时也是实现煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展的重要补充。

高效析氧反应催化剂Fe-MIL-101的制备及性能研究

近年来,金属有机骨架(MOFs)逐渐用于析氧反应(OER)领域。在以往研究中,MOFs通常作为前驱体在高温下热解制备金属氧化物/多孔碳复合材料以提高OER性能。虽然金属氧化物/多孔碳复合材料显示出较高的催化活性,但是它们需要复杂的制备工艺和高温条件。因此,寻找一种不经过热解处理可以直接用作OER的高效能MOFs催化剂是有意义的。结果表明,以Co-ZIF-67/NF、Ni-MOF-74/NF和Fe-MIL-101/NF为OER的催化剂时,在1 mol/L KOH溶液中电流密度达到10 mA/cm^(2)所需过电位分别为377、383和272 mV。Fe-MIL-101/NF的电荷转移电阻(R_(ct))为1.53Ω,小于Co-ZIF-67/NF(32.40Ω)和Ni-MOF-74/NF(43.78Ω)。因此,随着催化剂的R_(ct)逐渐增大,OER过程中的电荷传递能力降低,即快速的电荷转移速率是Fe-MIL-101/NF具有优异OER活性的主要原因。另外,不经热解处理的Fe-MIL-101/NF(272 mV)的OER活性明显高于商业RuO2/NF(302 mV),说明具有快速电荷转移速率的MOFs可以不经煅烧作为OER的高效催化剂。

利用脱碳气化渣制备水泥基复合材料

为探讨脱碳气化渣用作水泥混凝土矿物掺合料的可行性,将脱碳气化渣粉、粉煤灰和钢渣粉3种灰渣粉分别取代水泥制备混凝土和胶砂试件,对其工作性能和力学性能进行研究,结合X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪和扫描电镜分析了灰渣粉的化学组成、矿物组成和微观形貌。结果表明:粉煤灰和钢渣粉均含有球状玻璃体,有助于提高浆体流动性,脱碳气化渣粉颗粒则粗糙、多孔,需水量大,对混凝土的流动性略有降低,但混凝土拌合物坍落度210 mm、扩展度500 mm,仍满足工作性能要求;随龄期增加,掺不同灰渣粉混凝土的抗压强度呈增长趋势,3 d龄期时,各组强度均达到设计值的70%以上,其中,钢渣粉中的硅酸盐矿物早期水化,使混凝土强度增加明显,粉煤灰中含有一定量的石灰、石膏,有助于激发其中玻璃体的活性,特别是28 d龄期时,脱碳气化渣组强度超过设计值23%,其中的玻璃体水化反应迟缓,形成的产物对后期强度的提高贡献较大;灰渣粉的质量系数越高,其活性越高,胶砂试件的抗压强度相应较高,但灰渣粉的活性并非影响混凝土强度的唯一因素;脱碳气化渣粉表面棱角多,增强了渣粉颗粒与水泥浆体间的黏结力,其胶砂试件的折压比相对最高,7 d龄期时,折压比相对基准组提高了50%,28 d龄期时,同比基准组高出78%,脱碳气化渣粉有助于混凝土(砂浆)韧性的提高。

VOCs高效吸附材料研究进展

随着煤化工行业的不断发展壮大,煤焦化和煤气化等核心煤化工过程相伴的污染物排放问题也越来越严重,其中挥发性有机化合物(VOCs)的大量排放对我国大气环境已造成严重污染。此外,由于VOCs的挥发性大,人和动物吸入或皮肤接触后会引起急性和慢性中毒,因此,对于VOCs的高效吸附净化的意义重大。对VOCs的净化过程和方法,如低温等离子体技术、生物处理法、冷凝吸收法、膜分离法、燃烧法、吸附法以及常用吸附材料现状进行了综述,主要总结分析了静电纺丝纳米纤维、活性炭、金属有机框架材料和分子筛的制备方法和材料特点,并对其发展趋势进行了展望。

煤基氰化物吸附材料研究进展

我国能源资源的赋存特点决定了在今后很长一段时间内,煤都是我国的主要能源。煤炭清洁转化利用以及对煤转化过程中污染物的处理对于我国经济社会的可持续发展和生态环境的保护意义重大。由于煤化工以及诸多煤转化工艺特殊的反应条件和煤特有的元素组成,煤气化煤气、热解尾气和焦炉煤气中都存在氰化物,煤气化、焦化等过程产生的废水和洗涤水同样含有一定量的氰化物,如氢氰酸(HCN)和氯化氰(CNCl)。氢氰酸和氯化氰均为高毒性气体,对含氰气体的吸附净化研究迫在眉睫。论述了净化气态氰基化合物的方法,目前对含氰气体污染源的处理方法主要有:吸收法、燃烧法、催化水解法、吸附法等。以氢氰酸和氯化氰为例,总结了其来源、处理方法和常用吸附材料。分析了活性炭、碳纤维、分子筛、金属有机框架等材料的制备方法和材料特性,目前针对多孔材料吸附剂的研究主要集中在表面改性上,使其在简单物理吸附的基础上增加化学吸附的贡献,提高活性组分负载量和分散程度、调节表面反应活性位点,这样不仅能提高活性炭基吸附剂的吸附容量和性能,且能避免因物理吸附作用力微弱而导致的吸附质脱附。对氰化物吸附材料的发展趋势进行展望,各类材料的研发重点在于:大规模、低成本连续化制备具有均一性和均匀性的吸附材料;提高材料的表面反应活性和结构效能,提高活性组分负载量和吸附容量,防止气相污染物吸附之后脱附;研发高效再生吸附材料,高效回收利用,避免产生有害固废,进而提高吸附材料的综合性能。

利用煤焦油中酚类物质Stöber法制备碳纳米球用于CO_(2)吸附

煤焦油的排放和直接利用会造成严重的环境污染,开发高附加值材料的绿色合成方法及应用是煤焦油利用的关键。本文采用Stöber法以间苯二酚和中低温煤焦油为碳源与甲醛聚合制备了多孔碳纳米球CO_(2)吸附剂,通过扫描电子显微镜、N2吸附-脱附测试、傅里叶变换红外吸收光谱、X射线衍射等手段对样品进行测试和分析。考察了预聚温度、水热温度和煤焦油添加量对碳纳米球的孔结构和CO_(2)吸附性能的影响。预聚温度为60℃、水热温度为200℃时,产物具有最优异的比表面积和CO_(2)吸附性能。C_(1)-R_(1)-RT-200吸附剂的比表面积达到787m^(2)/g,CO_(2)最大吸附量为4.64mmol/g。当煤焦油占总投料质量的50%~76%时,产物的CO_(2)吸附性能较好,优于纯的间苯二酚模型化合物。所制备的多孔碳纳米球的CO_(2)吸附等温线可以很好地吻合Langmuir等温线模型,说明多孔碳纳米球对CO_(2)的吸附为单分子层吸附。

煤基液体燃料加氢脱氮催化剂的研究动态

煤基粗油中氮含量高达4500mg/L左右,采用石油系的NiMoS催化剂很难实现含氮芳香族化合物的脱除。为开发针对性更强、更高效的加氢脱氮催化剂,本文对煤基粗油加氢脱氮的催化剂研究动态进行了综述。首先介绍了煤基粗油中含氮芳香族化合物的组成及特点,接着围绕传统硫化物催化剂和脱氮性能较高的贵金属催化剂,从活性相的构筑与调控、载体在催化剂中的作用等方面进行了分析,最后比较了上述两种催化剂的催化性能。结果表明:贵金属催化剂活性高于传统硫化物催化剂;添加助金属形成合金可提高贵金属耐硫性与稳定性;采用具有一定酸性、与活性中心相互作用适中的载体的催化剂脱氮性能更佳。在综合分析已有文献和工作基础上,得出只有依据反应体系、特定反应过程来设计专一的加氢脱氮催化剂,才能从根本上提高含氮化合物的脱除率。

活性金属Ni d电荷密度对Ni_(2)P/Al_(2)O_(3)催化剂菲加氢性能的影响

高温煤焦油中菲含量高,将菲深度加氢饱和得到全氢菲,可提升菲利用率,且全氢菲密度大,热值高,可作为喷气燃料理想组分。然而,在菲加氢反应过程中菲与中间加氢产物的竞争吸附不利于菲在催化剂上吸附活化,且对称八氢菲进一步加氢是菲加氢饱和过程的速控步骤,其吸附活化困难不易解决,催化剂活性难以满足加氢需求。根据稠环芳烃与过渡金属间π络合吸附机理,在反应物吸附活化过程中,稠环芳烃分子和活性金属分别充当电子供体和电子受体,故Ni基催化剂中活性金属Ni处于缺电子状态时利于生成全氢菲,但关于Ni缺电子量及其电子结构如何影响催化剂菲、对称八氢菲加氢性能的原因需进一步探究。此外,基于负载型Ni_(2)P催化剂稳定性高、耐硫、耐氮性强等优势,采用次磷酸盐歧化法通过调变P/Ni物质的量比制备具有不同Ni d电荷密度的Ni2P/Al_(2)O_(3)催化剂,考察Ni d电荷密度对菲、对称八氢菲吸附和反应性能的影响规律。结果表明,在320℃、5 MPa、空速1 309 h-1反应条件下,Ni-2.5P/Al_(2)O_(3)催化剂转换频率fTO最高(44.64×10^(-3)s^(-1))。通过吸附活化熵描述菲、对称八氢菲与催化剂表面间相互作用强度,发现菲、对称八氢菲在不同Ni-xP/Al_(2)O_(3)催化剂表面吸附强度不同。通过定量计算Ni d电荷密度,明确了Ni2P/Al_(2)O_(3)催化剂用于菲加氢反应时适宜Ni d电荷密度约-0.24 e,对称八氢菲加氢反应适宜的Ni d电荷密度约-0.05 e。

RhCu催化剂中限域环境调控合成气转化生成CH_(x)反应性能

合成气制C2含氧化合物的选择性目前仍面临巨大挑战。本研究基于密度泛函理论计算方法,探究了4种RhCu限域催化剂中Rh活性位限域环境对合成气转化生成CH_(x)反应性能的影响,揭示了RhCu限域催化剂中限域效应调控催化性能的本质。结果表明,RhCu限域催化剂中Rh活性位限域环境能够调控合成气转化生成CH_(x)的活性和选择性。筛选获得RhGCN5.5催化剂具有最高的生成CH_(x)(x=1~3)单体活性,归因于适中的限域效应使得表层原子d带中心远离费米能级,导致CH2OH解离过渡态与RhCu表面之间呈现适当的电子转移,利于CH2OH解离,从而呈现良好的CH_(x)生成活性。本研究为通过调变单原子限域环境实现调控合成气转化生成C2含氧化合物反应的催化性能提供了理论依据,并为单原子限域金属催化剂设计提供了结构线索。

煤气化渣气流分级提炭分质试验

煤气化渣提炭分质是实现其减量化、资源化、高值化利用的关键。基于此,提出研磨破碎-气流分级的干法提炭工艺,利用研磨使气化渣中炭灰结合物解离,再利用气流分级机内离心力和气体曳力作用,将解离所得的细颗粒进行高效分离。通过设计均匀试验并对各影响因素进行回归分析,获取优选试验条件并对该试验条件下的提炭效果进行验证。结果表明,气流分级提炭受多因素耦合作用影响,其中分级机频率和引风机频率是影响提炭效果的关键。均匀试验优选条件为分级机频率175 Hz、引风机频率5 Hz,喂料螺旋频率5 Hz,二次风口全开;该条件下所得富炭产品的收率为25.86%,烧失量49.76%,较原气化渣烧失量提高了26.91%,与试验预测值(49.64%)较一致,且试验效果明显优于未研磨破碎直接气流分级的气化渣。优选条件下气流分级得到的富炭产品的平均粒径(Dav)为5.95μm,满足橡胶补强填充料的粒度要求,其热值为16.73 MJ/kg,亦可作为细粉燃料等使用。同时,气流分级可实现较好的气化渣脱炭效果,所得脱炭渣烧失量低于10%,有利于其在建材等领域应用。研磨破碎-气流分级方法可实现气化渣的提炭分质,有利于其下游利用。

催化剂对煤热解焦油品质的调控及其表面积炭行为的分析

以催化剂为核心和焦油提质为目的的低阶煤热解技术是保障国家能源安全和实现“双碳”目标的煤炭清洁高效转化技术。鉴于煤焦油品质调控和催化剂表面积炭行为的复杂性,阐述了金属、金属氧化物、天然矿物质、分子筛和炭基催化剂对煤和热解挥发物的催化作用及其对热解产物分布和组成的影响,并对比分析了各类催化剂的优缺点。探讨不同催化剂物理化学性质的区别及其与催化性能之间的关系,结合煤及热解挥发物中C—C、C—H、C=C、—OH、C=O、C—O和—COOH等化学键的断键行为,揭示了不同催化剂的作用机制。在此基础上,针对催化过程中存在的焦油产率低及提质效果差的问题,提出了利用金属尤其是过渡金属改性催化剂活化热解体系中的内部小分子氢供体和外部固体/气体氢供体对重质组分裂解碎片原位供氢的方法,实现焦油产率的提高及焦油品质的改善。同时,针对催化剂易积炭失活问题,分析了积炭的物理化学性质和组成以及积炭形成的原因。从催化剂设计及热解反应体系出发,分析了多种有效抑制积炭的途径,如多级孔与金属活性位点的组合效应、双金属改性调控Brønsted和Lewis酸性位点的比例、酸碱双功能催化剂的开发以及引入H_(2)O、CH_(4)、C_(2)H_(6)和CH_(3)OH等富氢小分子调控挥发物组成等,以期为低阶煤催化热解技术的发展提供理论基础。

煤矸石气流分级改性制橡胶补强填料研究

【目的】煤矸石是一种富含硅铝氧化物的煤基固废,对其资源化利用至关重要。【方法】将煅烧活化的煤矸石,采用铝酸酯偶联剂研磨一体化改性,考察了研磨时间、改性剂用量对其表面改性效果的影响规律。进一步利用气流分级对煤矸石灰进行分选,对比分析了改性与否及颗粒粒径对橡胶补强填充性能的影响。【结果】结果表明,球磨30min、铝酸酯偶联剂添加量2%时,综合改性效果最佳,煤矸石灰表面出现铝酸酯偶联剂的特征官能团。相较商用白炭黑填料,气流分级改性所得填料填充橡胶的硬度和交联密度更高,硫化性能更好,橡胶的拉伸强度、拉断伸长率和拉断永久变形降低,定伸应力提高。填料粒度分布对橡胶性能影响明显,硫化性能随填料粒度减小而提高,拉伸性能随之提高,超细煤矸石灰改性作为填料的补强性能与白炭黑接近,具有替代白炭黑的潜力。

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。

水煤浆煤气化粗渣水流分级提炭分质

煤气化渣提炭分质是实现其减量化、无害化、资源化利用的关键。本文以榆林地区气化粗渣为原料,利用自研的水流分级装置,研究了粗渣直接水流分级与先湿法筛分再水流分级组合的提炭分质特性。结果表明:水流分级能够高效实现粗渣中的炭灰分离,通过调整水流速和叶轮转速,所得浮渣烧失量最高可达43.16%,尾渣烧失量则低至6.63%。先湿法筛分再水流分级组合能够进一步提高粗渣中炭的回收,尤其是对于0.5~0.18mm粒级样品,其烧失量可提高至70.05%,该方法相对于直接水流分级其可燃体回收率和综合效率均显著提高。对粗渣及水流分级所得样品微观结构分析发现,残炭颗粒多呈不规则形状,表面粗糙且孔隙发达,灰颗粒则主要为大小不一的熔融球体和不规则的表面光滑且致密的颗粒。密度测定结果表明,分级样品的残炭含量越高,其密度越小。