水热提质对内蒙褐煤物化结构及水分复吸的影响

为探究水热提质过程中褐煤物化结构的演变规律及其对水分复吸行为的影响,选取内蒙褐煤在170~330℃下进行水热提质,然后进行水分复吸实验,运用化学滴定和氮吸附对煤样物化结构进行表征。结果表明:水热提质使褐煤含氧官能团和孔结构发生很大变化,孔体积和比表面积随提质温度升高呈现先增大后降低的趋势,羧基和酚羟基分别在200℃和230℃后发生显著分解而不断减少;含氧官能团和孔结构的共同作用使提质煤平衡含水量先增大后减少。为降低褐煤复吸水分的能力,在保证提质煤后续良好转化行为的前提下,需选择300℃左右的水热提质温度,尽可能破坏褐煤孔结构和含氧官能团,从而抑制褐煤对水分的复吸行为。     

不同热解温度下褐煤焦样物相及其微结构变化

热解是褐煤改性提质的重要手段,为研究不同热解温度制取褐煤焦的物相和微结构变化,采集沈北矿区蒲河煤矿褐煤煤样,选取低中高(400,700,1 000℃)3个热解特征温度制取褐煤焦样,通过SEM、XRD、Raman、FT-IR、XPS、低温N₂吸附实验,对褐煤焦样的物化结构进行分析。结果表明：热解温度提高,焦样芳香性增强,含氧官能团O—H、C=O、C—O大幅减少,表面含碳官能团,C—C结构增加,C—H结构减少;400℃和700℃焦样微晶结构缺陷增加,1 000℃焦样微晶结构趋于有序并向石墨化转变;焦样比表面积和孔容积随热解温度提高先增大后减小,700℃焦样拥有最大的比表面积(117.063 7 m²/g)和孔容积(0.068 134 cm³/g),提高热解温度有利于焦样微孔结构发育。     

中低温热解对褐煤脱硫率及半焦中硫含量的影响

以内蒙古锡林郭勒盟褐煤为原料,借助于煤热解制备出民用洁净低硫褐煤半焦,考察了热解温度、升温速率、恒温时间及煤粒粒径等工艺条件对所制备的褐煤半焦中总硫、有机硫及无机硫含量的影响。实验结果表明:在500～800℃热解温度范围内,褐煤半焦中总硫含量随着热解温度的增加呈现先减小后增加的趋势,热解温度为700℃时褐煤半焦中总硫质量分数达到最低值(0.98%);热解升温速率越慢,越有利于褐煤中硫的释放,升温速率为10℃/min时褐煤中硫释放程度最大(脱硫率为67%);热解恒温时间过短或过长都会影响煤中硫的脱除,最佳热解恒温时间为60 min;随着煤粒粒径的增大,热解过程中传质阻力增加,不利于煤中硫的脱除,粒径≤0.2 mm时褐煤半焦中硫含量最低。     

热解温度对东胜褐煤等温热解的影响

对东胜褐煤进行等温热解试验,分析热解温度对褐煤热解气的组成、产量和热值的影响,并利用FTIR对褐煤及其热解产物半焦的主要分子结构进行分析。结果表明,随着等温热解温度的升高,褐煤热解产物半焦中脂肪烃类结构及含氧官能团减少;热解气中CO和H2的含量逐渐增加,CO2的含量明显降低,CH4和CnHm的含量先增加后减少,热解气的产量和热值明显增加;当热解温度为700℃时可得到较高热值的热解气,此时φ(H2)高达39.5%。     

钙对褐煤热解和煤焦水蒸气气化反应性的影响

我国褐煤资源较为丰富,热解和气化是其重要利用途径,在该利用途径中,碱土金属元素会对其产生影响。通过浸渍法往酸洗褐煤上植入了不同含量的钙,利用固定床石英反应器研究了钙对褐煤热解特性和煤焦水蒸气气化反应性的影响。实验结果表明,钙可降低褐煤热解温度,显著提高煤焦的水蒸气气化反应性。利用X射线衍射和N2吸附对气化30min后的煤焦进行了表征,结果表明,所植入的钙在煤焦中主要以CaO形式存在,其在煤焦水蒸气气化过程中可使煤焦的比表面积增加、平均孔径变小、孔分布变窄,从而影响煤焦的气化反应性。     

干燥时间对褐煤孔结构变化及其复吸行为的影响

为了探讨褐煤干燥过程中孔结构的变化及其与水分复吸的关联,选择平庄褐煤为研究对象,进行了不同温度和干燥时间条件下,褐煤的干燥、干燥煤的复吸及孔结构变化的实验研究。结果表明:干燥时间对褐煤干燥行为及其复吸能力的影响主要与其孔结构的变化有关,该作用在很大程度上也受干燥温度的控制;不同程度干燥煤的复吸结果显示,褐煤在不同温度常压惰性气氛下的干燥存在一相同的最佳时间(本实验条件下为20min)。在褐煤干燥过程中伴随孔结构的变化,比表面积和大孔体积的减小以及中孔体积的增大是一个渐进过程。中孔结构的变化是影响褐煤复吸的主要因素,在干燥过程中通过优化操作条件调控中孔结构的变化是抑制褐煤复吸的一个有效途径。     

不同煤阶煤热解气化特性及机理研究

为探究煤阶形态差异对煤质分级利用的影响,采用热重-质谱联用仪对京隆褐煤、准东煤和阳泉无烟煤进行热解和气化实验,并采用扫描电镜、拉曼光谱仪探究煤焦微观形貌变化.研究结果表明,煤热解可分为3个阶段:水分析出和吸附气体释放、大量挥发分析出、二次脱气;随着煤化程度的升高,热解过程逸出H2、CH4等气体的释放峰向高温处移动,且热稳定性阳泉无烟煤＞准东煤＞京隆褐煤.对煤焦的气化活性评价表明,气化活性随反应温度的增大而升高;且随着煤化程度的增加,煤焦表面杂乱程度降低以及不定型结构和含氧宫能团数量减少,这些表面微观结构的变化导致了高阶焦炭反应活性的降低.此外,本文还探索了煤热解和气化反应机理.     

东北某露天矿褐煤干燥提质对水分复吸的影响

东北某露天矿褐煤因水分含量高,使用前需要进行干燥提质处理,以提高其燃烧热效率.为研究褐煤干燥提质后对水分复吸的影响,利用傅里叶变换红外光谱仪(Fourier transform infrared spectrometer,FTIR)、差热/热重分析仪(differential analysis/thermogravimetric analyzer,DTA/TG)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)等先进分析手段,结合干燥提质工艺,研究褐煤干燥提质对水分复吸的作用.结果 表明:东北某露天矿褐煤所含主要官能团包括:羟基、亚甲基、甲基、羰基、羧基和醚键.干燥提质后褐煤含水率由44.78％降至25.07％.干燥提质后褐煤静置9d后的含水率为25.75％,水分含量随时间增长无明显变化,水分吸附逐渐达到动态平衡.由于褐煤结构中的孔洞和裂隙减少,含氧官能团分解,干燥提质后褐煤对水分子的吸附能减弱,因此水分复吸不明显.干燥提质可以有效的抑制褐煤对水分子的吸附.     

物化结构对胜利褐煤自燃倾向性的影响

选用胜利褐煤为研究对象,在140℃和160℃、空气气氛下氧化不同时间,制得一系列氧化煤样。采用傅里叶变换红外光谱和氮吸附法对煤样的官能团以及孔结构参数进行了分析测试,采用篮热法对氧化煤样的临界自燃温度进行了测定,对自燃动力学参数进行了计算,探讨了褐煤物化结构对临界自燃温度的影响。结果表明:褐煤中活性基团在氧化自燃过程中起主导作用,烷基侧链基团与含氧官能团含量越高,其自燃倾向性越大。煤样孔结构也是影响自燃倾向性的因素,比表面积、孔体积越大,其暴露出的活性位点越多,越容易发生自燃。     

快速热解对褐煤负载氧化锌吸附剂的调变及脱硫性能的影响

以褐煤为载体前驱体,硝酸锌为活性组分前驱体,利用加压浸渍法和快速热解法制备得到一系列褐煤半焦负载氧化锌吸附剂。借助静态氮吸附仪、原子吸收分光光度计(AAS)、X射线衍射仪(XRD)、和透射电镜(TEM)等技术对吸附剂的物化性能进行表征;采用固定床反应装置对其中温(400℃)煤气脱硫活性进行评价,考察快速热解温度、时间和氮气流量等条件与吸附剂组成、结构特性间的关联以及各因素对吸附剂硫化性能的影响。结果表明,快速热解主要通过调变吸附剂的活性组分相对含量、分布状态及其物理化学结构特性而影响其中温脱硫性能;在热解温度为450℃、热解时间为180min和氮气流量为500mL/min的条件下制得的吸附剂脱硫活性最佳,其穿透时间为1 980min,穿透硫容为7.99g。     

不同热解终温和保留时间下污泥生物质炭 孔隙结构特征

通过低温(77 K)氮气吸附/脱附等温实验,结合分形维数的概念,分析生活污水污泥在不同热解终温和保留时间下经热解获得的生物质炭孔隙结构变化特征。实验结果表明,随着热解终温的提高,污泥生物质炭BET的比表面积呈先升高后降低的趋势,在600oC时达到最大,为92.3 m~2/g。在低温(不超过500oC)下,污泥生物质炭中的孔以介孔为主,无微孔出现;在高温(超过500oC)下,则以微孔和介孔为主。随热解终温的升高,孔的形状由狭缝型向开放性和平行板式转变,保留时间的延长不改变孔的形状,但改变孔的容积。污泥生物质炭表面分形维数随热解终温升高呈增大趋势;而保留时间的延长,在中高温(600~700oC)下使污泥生物质炭表面分形维数降低,高温(超过700oC)下又使其提高。     

脱除金属盐的芦苇热解特性实验研究

通过水洗和酸洗制备了脱除金属盐矿物质的芦苇,在热重分析仪中进行热解反应特性研究,考察了金属盐组分、金属盐洗脱率、生物质样品孔径分布、反应升温速率等因素对热解特性的影响。结果表明,不同洗脱方法对芦苇中金属盐矿物质和孔结构有明显影响,酸洗的洗脱效率达到了99.8%,矿物质原始位置在经过洗脱后形成新孔导致洗脱样的吸附量大于原样的吸附量,且随着矿物质的脱除程度增加,中孔所占的比例逐渐减小;提高升温速率,有利于芦苇和洗脱样的热解,加快生物质内的纤维素和半纤维素的热解反应。     

压裂液处理对煤岩孔隙结构的影响

煤层气压裂作业中必然发生压裂液与煤层的相互接触,煤岩微裂隙发育和毛管压力高等特点导致压裂液极易侵入煤层对煤岩孔隙结构造成严重损害,进而改变煤岩对煤层气的吸附能力。选取宁武盆地9号煤和现场用压裂液,采用氮气吸附和扫描电镜(SEM)表征压裂液处理前后煤样孔隙结构,探求不同体系压裂液处理对煤岩孔隙结构的影响,开展压裂液处理前后煤样的等温吸附实验。结果表明:压裂液处理后煤样孔径分布、比表面积及孔隙分形维数都将发生变化;压裂液体系对煤样孔隙结构的影响程度为瓜胶压裂液活性水压裂液清洁压裂液;压裂液处理后煤样比表面积与孔隙分形维数增量越大,其对甲烷气体吸附能力越强,煤岩孔隙结构的变化会改变甲烷气体的吸附能力。     

九龙矿构造煤压力作用下孔隙结构及分形变化特征

为探究邯郸九龙矿构造煤在压力作用下对煤孔隙结构造成产生的影响，选取九龙矿瓦斯突出煤层-山西组2号碎粒煤及碎裂煤为研究对象，对煤样进行加压处理，并利用低温氮吸附仪对加压前后的煤样进行低温氮吸附实验。利用传统低温氮实验数据定性分析和分形理论定量分析的方法，对实验前后煤样孔隙发育规模和结构变化进行对比分析。实验结果显示：压力对煤中的孔隙结构会造成一定的影响，加压后的碎粒煤孔隙结构变化情况较小，碎裂煤孔隙结构变化较为明显。碎粒煤孔容贡献基本不发生变化，碎裂煤孔容贡献度会发生变化，且孔容贡献度占比会更倾向于更小的孔径，表明压力在对煤产生影响时，孔径小的孔径对压力反应比孔径大的孔径反应更明显。碎裂煤和碎粒煤比表面积贡献均为较小的孔径，基本在2~4 nm左右波动，比表面积孔径贡献范围有轻微后移，但幅度不大。碎粒煤和碎裂煤在加压前后，微孔的分形维数高，拟合度均为0.99以上，小孔和中孔的分形维数较高，拟合度均为0.94以上。加压后，碎粒煤的煤样微孔复杂情况具有更简单的趋势，中孔和小孔的复杂情况具有更复杂趋势，但趋势均不明显，而碎裂煤在微孔的孔隙情况有轻微的变简单，在中孔和小孔的孔隙情况有变复杂的趋势，且趋势较为明显。九龙矿2号碎裂煤储层改造可以考虑在本煤层或在顶底板围岩进行水力压裂，而碎粒煤则需要通过水力冲孔出煤卸压或在顶底板围岩进行水力压裂。     

活性炭吸附二氧化碳性能的研究

采用常压流动吸附法研究了活性炭吸附剂在二氧化碳/氮气体系中对二氧化碳的动态吸附性能,比较了其吸附量、吸附穿透曲线和吸附性能的差异,研究了活性炭的比表面积、孔径分布及表面官能团对其二氧化碳吸附性能的影响。结果表明,原料煤的性质影响活性炭对二氧化碳的吸附性能;二氧化碳的吸附量与吸附剂的比表面积、孔径分布有关,但孔径分布是主要的因素。吸附剂的孔径分布在0.5～1.7nm范围内时,有利于对二氧化碳的吸附;经多次循环吸脱附后,吸附剂对二氧化碳的吸附量略有减小并达到恒定值,孔容小和孔径分布窄的吸附剂的吸附量衰减较快。     

煤基高比表面积活性炭的制备研究

以山西阳泉无烟煤为原料,NaOH为活性剂,采用化学活化法对煤基高比表面积活性炭的制备进行实验分析研究,着重考察了碱炭质量比、活化温度和活化时间对活性炭吸附性能的影响。结果表明,在碱炭比为4、活化温度为800℃、活化时间为1 h的条件下,可以制得比表面积为2 637 m2/g、总孔容为1.36 cm3/g、碘吸附值为2 893 mg/g、亚甲蓝吸附值为476 mg/g的煤基高比表面积活性炭。     

煤与页岩低温氮吸附孔隙结构特征与分形特征对比——以阳泉地区山西组15#煤与页岩为例

以山西组高煤级煤与页岩样品为例,通过低温氮气吸附实验研究了样品的孔隙结构特征,并基于FHH分形模型计算了样品的分维值,对页岩与煤层的孔隙分形特征进行了对比研究。结果表明:页岩样品以微孔为主,同时含有一定量的过渡孔,主要的储集空间由微孔和过渡孔提供。高煤级煤样品以过渡孔为主,主要的储集空间由过渡孔提供。在测试孔径范围内,页岩样品的比表面积远大于高煤级煤。页岩的孔隙形态上以四周开放的平行板孔和裂缝型孔为主,具有部分细颈瓶孔,高煤级煤的孔隙形态以封闭型孔为主,反映页岩储层微观渗流能力更强,可能是页岩中游离气比例高于煤层的原因之一。页岩与高煤级煤均具有显著的分形特征,页岩样品分维值高于高煤级煤,说明页岩孔隙的空间结构比高煤级煤更为复杂,非均质性更强;同时二者均具有双重分形特征,页岩渗流孔分维值低于吸附孔,反映页岩吸附孔孔隙结构更为复杂。与页岩相比,高煤级煤渗流孔和吸附孔的分维值均小于页岩,孔径分布集中于过渡孔,有利于煤层气快速到达产气高峰;而页岩孔径分布则集中于微孔和过渡孔,吸附气含量更高,并且过渡孔的孔隙结构以平行板孔为主,孔隙结构特征较微孔简单。     

贵州黔北地区构造煤与原生结构煤孔隙特征及分形

为了研究煤体在构造作用影响下孔隙结构与分形特征,本文采用低温氮气吸附法、压汞实验等方法,并结合分形理论对三甲煤矿突出孔洞内外煤样孔隙分布进行定量分析。通过MIP与N2GA联合分析,软硬煤临界孔径分别为59nm和86nm。硬煤孔容主要分布在100nm以下的孔隙中,构造煤各孔容分布差异不大,其中中孔和大孔孔容明显高于硬煤,并且构造煤比表面积比硬煤增大4倍多,孔容多出24.5%。根据分形理论分析发现,构造煤渗流孔和吸附孔分形维数分别为3.03和3.77均高于原生煤3.01与3.72;构造煤热力学分形维数高达2.916,构造煤具有更加复杂的孔隙结构和更加粗糙的孔隙表面。     

煤与PVC共热解过程中氯的释放机理和表观动力学探索

研究了煤与PVC共热解过程中氯的释放机理，实验蛄果表明，氯的释放率与热解温度、加热速率、恒温时间、PVC的加入量有关．在PVC加入量不大于3％时，如果热解工艺条件达到要求，焦碳中氯的残留量可以接近配煤焦的氯含量．根据实验数据对煤与PVC共热解过程中氯的释放表观动力学进行了分析，发现用一级反应方程处理结果与实验数据非常接近，并通过作图计算出了表观活化能．     

煤层孔隙结构对CO吸附量的影响

针对开滦集团下属3个煤矿CO长期超标的现象,测定了CO在煤层中的吸附量和煤的孔隙结构,分析了不同孔径对煤层中CO吸附量的影响,讨论了煤的孔隙率、分形维数、比表面积与煤层中CO吸附量的关系.研究结果表明,低压条件下,煤层中CO气体的吸附量与微孔体积分数呈二次曲线关系,随着压力的升高CO的吸附量与微孔体积分数成正比关系;过渡孔体积分数的增加不利于煤层中CO的吸附;孔隙率、分形维数与CO的吸附量呈二次曲线关系;CO吸附量与煤样内比表面积呈正比.图5,表5,参11.