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富油煤原位热解安全预控基础理论与技术研究进展
1
作者 罗振敏 周尚勇 +10 位作者 王双明 周安宁 王涛 苏彬 李睿康 孟凡东 李一鸣 王佳璇 张利冬 杨曦 吴刚 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期799-812,共14页
在全球能源危机愈演愈烈的大背景下,立足增加国内油气供给的国家能源安全战略需求,富油煤原位热解技术在我国受到空前的重视,该技术具有污染少、扰动小、规模化潜力高的特点。然而,钻井式富油煤原位热解过程的高度不可视性、人员不可抵... 在全球能源危机愈演愈烈的大背景下,立足增加国内油气供给的国家能源安全战略需求,富油煤原位热解技术在我国受到空前的重视,该技术具有污染少、扰动小、规模化潜力高的特点。然而,钻井式富油煤原位热解过程的高度不可视性、人员不可抵近性以及复杂的地下反应条件给煤炭安全生产带来了新的挑战,是富油煤原位热解技术推广应用中不得不考虑的重要因素。充分掌握油气产出特征及其燃爆特性、原位热解反应调控机制、热解过程裂隙扩展规律及油气运移机制、富油煤原位热解环境影响及其防控技术是保障富油煤原位热解稳定运行和安全风险防控的重要基础。但目前还存在富油煤原位热解油气产出特征及其燃爆风险不明确、原位热解区域热量传递规律及输运模型不完善、多场耦合作用下油气产物迁移规律尚未明晰的问题。在完善上述理论的基础上,开发兼具防止油气外逸和上覆岩体增稳功能的裂隙封堵材料、探索不连续裂隙空间封堵工艺、研发热解反应腔体的屏蔽隔离技术、发展空-天-地一体化多维度监测体系和高效数据汇集处理系统、建立智能化与自动化富油煤原位热解反应控制体系,可为富油煤原位热解技术推广应用提供安全保障。尽管世界各国都已开展了相关理论、技术及装备的研究和探索,但仍未能满足富油煤原位热解过程安全预控的需求。 展开更多
关键词 富油煤原位热解 裂隙发育 热量迁移 油气运移 油气致灾 安全防控
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基于TG-FTIR的不同变质程度煤热解行为及动力学特征
2
作者 宋波波 翟小伟 +2 位作者 林海飞 王凯 马腾 《过程工程学报》 北大核心 2026年第2期203-211,共9页
煤体结构与反应条件是影响煤热解反应的主要因素。为了研究不同变质程度煤的热解反应特性,本工作以三种典型变质程度煤为研究对象,在四种升温速率条件下开展热重测试,分析了不同反应条件下煤的热解行为;结合原位红外测试揭示了热解过程... 煤体结构与反应条件是影响煤热解反应的主要因素。为了研究不同变质程度煤的热解反应特性,本工作以三种典型变质程度煤为研究对象,在四种升温速率条件下开展热重测试,分析了不同反应条件下煤的热解行为;结合原位红外测试揭示了热解过程中官能团的演化规律,并采用改进的Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)法计算了反应活化能的变化规律。结果表明,煤的热解过程可依据不同温度区间的反应行为分为5个特征阶段,变质程度越大,特征温度越高,反应程度越低,无烟煤与褐煤热解温度差值达104.3℃,1000℃下三种煤样剩余质量分别为58.19%,65.90%和89.49%。升温速率主要影响煤样在特定温度下的反应程度,并未改变煤热解过程所发生的反应路径。褐煤、烟煤进入热解阶段后活化能变化较小,分别维持在210和255 kJ/mol左右。无烟煤因芳环缩合程度及分子对称性高、反应活性低,官能团吸光度最低且变化规律滞后于其他煤样,在进入热解阶段后仍需跨越更高的反应能垒。 展开更多
关键词 煤火灾害 热解特性 阶段特征 官能团演化 活化能
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金属氧化物与分子筛串联催化褐煤热解挥发分重整制备轻质芳烃
3
作者 徐敏 姚乃瑜 +3 位作者 蔡士杰 鲁佑 赵小燕 曹景沛 《燃料化学学报(中英文)》 北大核心 2026年第3期124-135,共12页
热解是实现低阶煤分级转化的重要途径,但挥发分中富含含氧化合物和重质组分,直接利用效率低。选择合适的催化剂对挥发分大分子进行催化重整则可以实现产物焦油轻质化,简化焦油加工流程。本研究提出一种金属氧化物/分子筛串联催化体系,... 热解是实现低阶煤分级转化的重要途径,但挥发分中富含含氧化合物和重质组分,直接利用效率低。选择合适的催化剂对挥发分大分子进行催化重整则可以实现产物焦油轻质化,简化焦油加工流程。本研究提出一种金属氧化物/分子筛串联催化体系,通过双催化剂的协同催化作用,将褐煤热解挥发分高效地定向转化为轻质芳烃(苯、甲苯、乙苯、二甲苯、萘、甲基萘等);同时通过预裂解作用,有效脱除含氧组分,从而减少分子筛上积炭沉积,延长催化剂寿命。研究表明,具有较强碱性的金属氧化物MgO对于挥发分的裂解和脱氧有明显的促进作用;相较于单独ZSM-5催化,上层添加MgO后,维持原本液体产物占比的同时大幅提高了轻质芳烃的产率,总轻质芳烃产率提高约20%,达到21.5 mg/g;化物的添加能够有效减少分子筛上的积炭沉积,延长催化剂寿命。 展开更多
关键词 热解 串联催化 轻质芳烃 催化剂寿命
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在陕北小保当富镜煤与富惰煤热解焦中氮的赋存形态及转变规律 被引量：1
4
作者 李焕同 邹晓艳 +2 位作者 张婷婷 张卫国 王俊淇 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第5期1494-1500,共7页
以陕北小保当原煤(XR)、富镜质组煤(XV)和富惰质组煤(XI)为研究对象,在高纯Ar气氛下,以5℃·min^(-1)的升温速率在密闭式高温节能气氛炉中进行热解,热解终温度300~900℃。利用热重-差热分析(TG-DTA)、X射线光电子能谱(XPS)分别研究... 以陕北小保当原煤(XR)、富镜质组煤(XV)和富惰质组煤(XI)为研究对象,在高纯Ar气氛下,以5℃·min^(-1)的升温速率在密闭式高温节能气氛炉中进行热解,热解终温度300~900℃。利用热重-差热分析(TG-DTA)、X射线光电子能谱(XPS)分别研究原煤(XR)、富镜煤(XV)和富惰煤(XI)的热解特性及其热解焦中氮赋存形态。结果表明:小保当煤热解过程中,其结构发生分解、解聚反应生成和排出大量挥发物,在440~450℃时,有明显的失重峰,并且富惰煤(XI)的总失重率和最大失重速率均小于富镜煤(XV),是由于惰质组芳构化程度高以及芳环侧链长度短,结构中化学键的离解键能大,热稳定程度高。小保当煤中氮元素的主要存在形式为吡啶型氮(N-6)、吡咯型氮(N-5)、季氮(N-Q)和氮氧化物(N-X),吡咯型氮(N-5)均高于吡啶型氮(N-6),富镜煤中吡咯型氮(N-5)略低于富惰煤,富惰煤中季氮(N-Q)含量略高,主要是由于其芳环缩合程度较高,较多氮元素嵌入大分子多环芳香结构。热解焦中氮元素的主要存在形式为吡啶型氮(N-6)和吡咯型氮(N-5);热解温度在300℃时,吡啶型氮(N-6)和季氮(N-Q)的相对含量明显减少;随温度的升高,吡咯型氮(N-5)向吡啶型氮(N-6)转化;在700℃时,富惰煤中吡啶型氮(N-6)出现拐点,呈现由升转降,可能为芳环化、缩聚作用所致;在900℃时,氮氧化物(N-X)消失。热解焦的表面氮元素多于体相氮元素,富镜煤(XV)和富惰煤(XI)中表面氮元素脱除率分别为53.49%和31.86%;体相氮元素脱除率分别为33.72%和15.84%,在600℃时,N/C出现拐点,呈现由降转升,可能为结构中桥键或烷基侧链的化学键不稳定而发生断裂导致。 展开更多
关键词 X射线光电子能谱 富镜煤 富惰煤 热解 氮迁移
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基于热模拟实验的煤化作用跃变分子结构演化规律研究
5
作者 李鹏鹏 王安民 +7 位作者 冯一乙 王盛剑 何文婷 曾培林 冯思锦 鲍政宇 宾祥慎 初奕然 《煤质技术》 2026年第1期12-19,共8页
为从分子层面揭示煤化作用跃变特点,以新疆伊犁低阶煤样为实验样品,在250~600℃温度区间开展热模拟实验,运用傅里叶变换红外光谱(FTIR)与X射线衍射(XRD)技术,系统分析热模拟实验前后的煤分子结构演化特征。结果表明:热模拟实验共模拟出... 为从分子层面揭示煤化作用跃变特点,以新疆伊犁低阶煤样为实验样品,在250~600℃温度区间开展热模拟实验,运用傅里叶变换红外光谱(FTIR)与X射线衍射(XRD)技术,系统分析热模拟实验前后的煤分子结构演化特征。结果表明:热模拟实验共模拟出煤化作用的前3次跃变。第一次跃变发生于R_(o)≈0.6%附近,其特征为脂肪族侧链长度(CH_(2)/CH_(3))降低,多类含氧官能团(芳香醚C—O—C、酚醚C—O、酯C—O—C、脂肪醚C—O—C和醇类C—O)含量占比升高,而羟基(—OH)与羰基(C=O)含量显著下降。与此同时,芳香片层间距(d_(002))、延展度(L_(a))、堆砌高度(L_(c))与堆砌层数(N_(ave))均出现不同程度的降低,反映出大量脂肪族侧链和不稳定含氧基团发生热解脱落,推动煤进入第一次煤化跃变阶段,与生烃起始点一致。第二次跃变出现在R_(o)≈1.4%左右,此阶段含氧官能团含量有所增加,而—OH、C=O以及脂肪族CH_(2)和CH_(3)则持续减少。对应的d_(002)明显减小,而L_(a)与L_(c)稳步上升,表明芳构化反应开始占据主导地位,脂肪结构向芳香结构的转化加速。第三次跃变位于R_(o)≈2.3%附近,其特征为多类含氧官能团含量下降,而—OH、羰基C=O及脂肪族CH_(2)、CH_(3)含量占比相对上升;同时d_(002)、L_(a)、L_(c)与N_(ave)均出现下降。该阶段反映煤化作用进入以缩聚反应为主的高级演化阶段。 展开更多
关键词 煤化作用跃变 分子结构 跃变节点 热模拟 含氧官能团
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高温煤焦油-焦油渣复合黏结剂制备高收率优质净水用煤质柱状活性炭的研究
6
作者 吴雷 王嘉伟 +6 位作者 杨茸茸 周军 邹冲 朱瑞玉 宋永辉 张秋利 刘田田 《煤炭转化》 北大核心 2025年第6期27-40,共14页
煤质柱状活性炭大多使用高温煤焦油作为黏结剂,不仅制备成本高,而且在炭化和活化过程中会影响收率和质量。以无烟煤煤粉为原料、煤焦油与焦油渣为复合黏结剂,制备了兼顾收率和吸附性活性炭。采用单因素实验和响应面分析法,研究了复合黏... 煤质柱状活性炭大多使用高温煤焦油作为黏结剂,不仅制备成本高,而且在炭化和活化过程中会影响收率和质量。以无烟煤煤粉为原料、煤焦油与焦油渣为复合黏结剂,制备了兼顾收率和吸附性活性炭。采用单因素实验和响应面分析法,研究了复合黏结剂配比、复合黏结剂添加量、成型压力和炭化温度对煤质颗粒活性炭收率和吸附性能的影响。结果表明:结合单因素实验和响应面分析法获得了兼顾收率和吸附性能的煤质柱状活性炭制备最佳工艺条件,即在煤焦油和焦油渣质量比1.8:1、黏结剂添加量23%、成型压力34 MPa和炭化温度为620℃条件下,煤质柱状活性炭收率为57.81%±0.87%,其碘吸附值和亚甲基蓝吸附值分别为(918±18)mg/g和(196±4)mg/g,满足净水用煤质颗粒活性炭国家标准(GB/T 7701—2008)相关要求。在上述四个影响因素中,复合黏结剂配比对煤质颗粒活性炭收率影响最为显著,其次为炭化温度、复合黏结剂添加量和成型压力。最优工艺条件下制备的煤质柱状活性炭的比表面积为1136.9 m^(2)/g,平均孔径为2.2882 nm,孔容为0.6504 cm^(3)/g,展现出优异的水处理应用潜力。 展开更多
关键词 煤质柱状活性炭 煤焦油 焦油渣 收率 吸附性能
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温和条件下Ni/TiN催化大黄山褐煤加氢裂解及其产物组成结构特征研究
7
作者 柳方景 张寒冰 +5 位作者 仇乐乐 别蕾蕾 夏磊 王梦杰 赵云鹏 魏贤勇 《煤炭转化》 北大核心 2025年第6期3-16,共14页
金属催化剂催化的加氢裂解(CHC)是裂解褐煤中C—O桥键生成高值芳香族化合物的有效途径。本文研究了温和条件下新疆大黄山褐煤(DL)及其相关模型化合物(2-苯氧基苯乙醇)在Ni/TiN催化剂作用下的CHC反应。在250℃和1 MPa氢压下,2-苯氧基苯乙... 金属催化剂催化的加氢裂解(CHC)是裂解褐煤中C—O桥键生成高值芳香族化合物的有效途径。本文研究了温和条件下新疆大黄山褐煤(DL)及其相关模型化合物(2-苯氧基苯乙醇)在Ni/TiN催化剂作用下的CHC反应。在250℃和1 MPa氢压下,2-苯氧基苯乙醇CHC反应的主要产物为苯酚和乙苯,无加氢饱和产物生成。在300℃下,以乙醇为溶剂,CHC可以显著促进褐煤中C—O桥键的断裂。CHC所得可溶组分的收率(54.3%)远高于非催化加氢裂解(31.1%)。利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、气相色谱/质谱联用(GC/MS)和四极杆轨道肼质谱(Oribtrap MS)技术对可溶组分、轻质组分和重质组分的详细分析表明,Ni/TiN促进了C—O桥键的断裂和芳香族化合物特别是酚类化合物的生成,芳香族化合物的相对含量达到46.3%。CHC所得的重质组分含有较多的—OH/—C=O基团和较少的低缩合度、较长烷基侧链的芳环结构。根据产物组成分布推测了模型化合物和褐煤加氢裂解生成芳香族化合物的反应路径。本研究提供了一种温和条件下褐煤催化加氢裂解制备芳香族化合物的策略,为褐煤高值化利用提供了理论基础。 展开更多
关键词 褐煤 加氢裂解 Ni/TiN C—O 桥键 芳香族化合物
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高导热硅砖在焦炉中的应用效能分析
8
作者 王玉明 余国普 朱彤 《宝钢技术》 2025年第1期20-25,共6页
分析高导热硅砖和普通硅砖的性能,对使用高导热硅砖焦炉相关指标进行了对比解析,结果表明:高导热硅砖在提高热导率后,其他性能指标与传统焦炉硅砖一致。焦炉炭化室墙面厚度每减薄10 mm,普通硅砖和高导热硅砖炭化室墙砖表面温度将分别升... 分析高导热硅砖和普通硅砖的性能,对使用高导热硅砖焦炉相关指标进行了对比解析,结果表明:高导热硅砖在提高热导率后,其他性能指标与传统焦炉硅砖一致。焦炉炭化室墙面厚度每减薄10 mm,普通硅砖和高导热硅砖炭化室墙砖表面温度将分别升高33 K和28 K。同等条件下,高导热硅砖将使燃烧室直行温度降低;在同样炉型同样装煤水分和较高单孔装煤量条件下,高导热硅砖焦炉炼焦煤炭化时间要少于普通硅砖焦炉。高导热硅砖焦炉因煤料水分蒸发时间少,煤料升温速度快,煤料传热温度梯度高,散热损失低,整个炼焦过程的工序能耗要低于普通硅砖焦炉。在有煤调湿的条件下普通硅砖焦炉工序能耗要低于高导热硅砖焦炉,高导热硅砖的使用可以降低烟气中氮氧化物含量,利于环保。 展开更多
关键词 煤热解 高导热硅砖 炭化时间 工序能耗
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基于ReaxFF的神府煤的分子模型构建及热解特性模拟研究 被引量：2
9
作者 司徒友珉 朱云锋 +4 位作者 韩晨 许建良 沈中杰 代正华 刘海峰 《化学工程》 北大核心 2025年第1期54-59,共6页
基于热解的煤炭分级分质利用是煤炭清洁高效利用的重要途径之一。通过多种仪器分析和表征,构建由5 450个原子组成,相对分子质量达到40 500的神府煤分子体系,并使用反应分子动力学进行热解过程模拟。研究表明:神府煤的有机结构骨架中芳... 基于热解的煤炭分级分质利用是煤炭清洁高效利用的重要途径之一。通过多种仪器分析和表征,构建由5 450个原子组成,相对分子质量达到40 500的神府煤分子体系,并使用反应分子动力学进行热解过程模拟。研究表明:神府煤的有机结构骨架中芳香碳在总碳中质量占比最大,其脂肪碳结构中含有大量分支结构。热解模拟结果显示,随着模拟温度的升高,半焦收率先减少再增加,焦油收率变化趋势与之相反,热解气收率则随着温度的升高而升高,在2 600 K时趋于稳定。在较低温度区间内,升高温度有助于碳元素从半焦向焦油和热解气中迁移;在全温度段内,氢、氧元素主要迁移至热解气中。 展开更多
关键词 分子动力学模拟 正则系综 煤 热解
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基于二次反应修正的富油煤快速热解过程模拟 被引量：2
10
作者 杨盼曦 郭伟 +4 位作者 俞尊义 王晶 李红强 杨伯伦 吴志强 《煤炭学报》 北大核心 2025年第8期4066-4078,共13页
富油煤具有产油潜力大的资源属性,与粉煤快速热解焦油收率较高的工艺特点相匹配。将富油煤作为快速热解原料可以获得较高的焦油收率,但依旧面临着焦油中重质组分较高的挑战。挥发分之间的二次反应是影响快速热解焦油品质的重要因素,深... 富油煤具有产油潜力大的资源属性,与粉煤快速热解焦油收率较高的工艺特点相匹配。将富油煤作为快速热解原料可以获得较高的焦油收率,但依旧面临着焦油中重质组分较高的挑战。挥发分之间的二次反应是影响快速热解焦油品质的重要因素,深入分析热解二次反应的机理与特点是解决焦油低品质问题的前提与基础,然而目前缺少描述在反应器高温环境内气相挥发分之间二次反应的有效动力学模型,及其与计算流体力学进行结合以模拟真实热解反应器中二次反应作用的应用案例。从化学渗透脱挥发分(Chemical Percolation Devolatilization,CPD)模型出发,在简化煤分子结构及一次反应网络的基础上进一步构建焦油及轻质气体内部组分相互转化、焦油歧化生成气固产物的二次反应体系。采用OpenFOAM开源软件计算考虑二次反应修正的固定床快速热解过程中产物演变规律,探究了热解载气温度、颗粒粒径以及挥发分停留时间对富油煤热解产物分布的影响。结果表明:考虑二次反应修正的热解动力学模型能描述焦油产率随温度升高先增加后减小的趋势,焦油产率在载气温度为873 K下达到最高值10.1%。颗粒粒径主要影响热解的升温速率与挥发分的停留时间,从而间接影响焦油产率与品质。当粒径减小为48μm(300目),焦油产率可以进一步提升至12.4%。随着停留时间的缩短,二次反应进行的程度减小,焦油总产率与品质也会有所提高,焦油产率相对增加将近20.1%,焦油轻组分质量分数由0.621提升至0.677。研究结果有望为富油煤快速热解焦油产物的品质调控提供理论指导。 展开更多
关键词 富油煤 二次反应 快速热解 网格动力学模型 计算流体动力学
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宁东典型中低阶煤热解过程中氮和硫元素赋存形态与其变迁规律的关联性研究 被引量：1
11
作者 崔明果 陈慧君 +3 位作者 申岩峰 鲍卫仁 常丽萍 王建成 《煤炭转化》 北大核心 2025年第1期12-26,共15页
作为分级转化比较理想的中低阶煤,认识和理解宁东典型中低阶煤在热转化过程中氮、硫元素迁移转化行为对污染物的调控至关重要。目前,煤热转化工艺多以气化为主,其中热解作为气化的基础阶段,在煤热转化过程中至关重要,因此在深入认识煤... 作为分级转化比较理想的中低阶煤,认识和理解宁东典型中低阶煤在热转化过程中氮、硫元素迁移转化行为对污染物的调控至关重要。目前,煤热转化工艺多以气化为主,其中热解作为气化的基础阶段,在煤热转化过程中至关重要,因此在深入认识煤质特性的基础上,研究宁东地区典型中低阶煤所含硫、氮元素在热解过程中的迁移与转化规律,不仅有望为宁东中低阶煤的热转化工艺条件优化及污染物控制提供理论参考,也可为目前的气化工艺过程污染物调控提供基础数据。基于此,以宁东地区的羊场湾煤(YCW)、上湾精煤(SW)与梅花井煤(MHJ)为研究对象,使用固定床反应器,探究三种不同硫含量的煤在热解过程中HCN,NH_(3)与H_(2)S的释放规律,主要考察元素的赋存形态、热解温度(300℃~900℃)与升温速率(3℃/min~10℃/min)对氮、硫元素迁移转化的影响。结果表明:HCN的释放量随着温度升高而逐渐增加,NH_(3)的释放主要集中在500℃~900℃,最大释放峰温为700℃,H_(2)S的释放主要集中在400℃~900℃,最大逸出峰温为600℃和800℃(分别对应于硫铁矿硫与部分不稳定有机硫的分解);较高的灰分含量能够阻止自由基间相互结合,使更多的含氢自由基与含氮自由基结合生成HCN,季氮含量越高,NH_(3)的释放量越大,不稳定有机硫占比越高的煤样,H_(2)S的释放越多;适宜的升温速率有利于HCN发生二次反应生成NH_(3),随着升温速率增大,产生热滞后现象,当升温速率由3℃/min提高至10℃/min时,MHJ的HCN,NH_(3)和H_(2)S转化率均呈明显下降趋势,HCN转化率由4.02%降至1.28%,NH_(3)转化率由13.80%降至3.91%,H_(2)S转化率由38.33%降至26.04%。综上,元素赋存形态、热解温度与升温速率对热解过程中氮、硫元素迁移影响均较大。灰分含量、季氮含量与不稳定有机硫含量较低的煤样在10℃/min热解条件下,氮、硫污染物的释放量较低,对环境影响较小。 展开更多
关键词 煤热解 氮迁移 硫迁移 热解温度 升温速率 元素赋存形态
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生物质与石油焦非等温共气化反应特性及动力学 被引量：1
12
作者 王晓蕾 张乾 +2 位作者 杨宇晶 白慧 黄伟 《太原理工大学学报》 北大核心 2025年第4期631-638,共8页
【目的】利用热重分析仪,采用程序升温法,研究CO_(2)气氛下生物质直接与石油焦共气化反应特性,并考察生物质掺混比例的影响。【方法】通过石油焦掺混生物质灰及脱灰生物质共气化实验,探讨了生物质中矿物质与有机质对石油焦气化的影响。... 【目的】利用热重分析仪,采用程序升温法,研究CO_(2)气氛下生物质直接与石油焦共气化反应特性,并考察生物质掺混比例的影响。【方法】通过石油焦掺混生物质灰及脱灰生物质共气化实验,探讨了生物质中矿物质与有机质对石油焦气化的影响。【结果】结果表明,生物质的添加大幅度提高了石油焦气化反应活性,其促进作用随生物质掺混比例增加而增强。共气化反应过程中,生物质中的矿物质而非有机质起着催化气化石油焦的作用,且其催化作用随着矿物质量的增加而增强,而石油焦的存在对生物质热解过程的失重特性则几乎没有影响。生物质脱矿后气化反应活性大幅降低,亦充分证明了生物质中矿物质的催化作用。采用比气化速率对共气化反应分析可得,比气化速率随气化温度升高而单调增加,可利用其评价不同掺混比例共气化原料反应活性高低。以程序升温过程中不同温度下的比气化速率作为对应恒温条件下的速率常数进行动力学计算。结果表明,生物质气化的活化能显著低于脱矿物质生物质活化能,生物质中的矿物质存在大幅降低了反应的活化能。随着生物质掺混比例的增加,石油焦与生物质混合物的活化能逐渐降低。利用获得的动力学方程,可较好地拟合生物质与石油焦混合的共气化反应特性,并可以推测混合物在更高温度条件下的气化反应规律。 展开更多
关键词 共气化 动力学 生物质 石油焦 矿物质
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基于ReaxFF MD模拟的煤加氢热解有机Ca转化机制研究 被引量：2
13
作者 王小令 王绍清 +2 位作者 赵云刚 常方哲 穆瑞峰 《化工学报》 北大核心 2025年第8期4297-4309,共13页
为揭示煤中有机Ca在煤加氢热解过程中的迁移转化机制,构建了含羧酸Ca的煤大分子结构模型,采用反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟手段,基于不同升温模式从原子水平追踪了Ca在煤加氢热解过程中的运动轨迹;通过人为加载Ca型煤进行加氢热解实验... 为揭示煤中有机Ca在煤加氢热解过程中的迁移转化机制,构建了含羧酸Ca的煤大分子结构模型,采用反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟手段,基于不同升温模式从原子水平追踪了Ca在煤加氢热解过程中的运动轨迹;通过人为加载Ca型煤进行加氢热解实验,采用电感耦合等离子体光谱仪(ICP-OES)测定了产物中Ca元素的含量。模拟结果表明,在升温模拟过程中,有机Ca在高温下向无机Ca、气态烃Ca、焦油Ca迁变。原子Ca很难单独从焦炭中释放,并且极易和生成的H_(2)O分子结合。在恒温模拟过程中,随着温度的升高,煤加氢热解过程中有机Ca迁变行为加剧,焦炭Ca大量向无机Ca和气态烃中的Ca转化。在较低温度下(1600~2200 K),需要持续一定时间有机Ca才会发生迁变,而在较高温度下(2500~2800 K)相应发生迁变过程需要的时间更短。通过分析热解实验中Ca的演化规律,初步验证模拟结果。此外,还探讨了显微组分对有机Ca迁移行为的影响,镜质体含有较多脂肪链,能热分解更多小分子碎片与Ca结合,而惰质体因芳香结构致密且活性位点较少,有机Ca的结合能力略弱。最终,从原子水平揭示了有机Ca在煤加氢热解的迁变机制:有机Ca的结合能力很强,极易与分解后的小分子物质结合。有机Ca可以直接向无机小分子、气态烃与焦油分子中转化。其中,Ca首先倾向于进入无机小分子,其次是气态烃,最后是焦油。同时,赋存在三者之间的Ca会在高温下持续迁移转化。研究结果可为高碱煤在中低温热解产业中污染控制与产物优化提供科学参考和理论支持。 展开更多
关键词 有机Ca 准东煤 加氢热解 迁移转化 分子模拟 实验验证
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炼焦煤的结构性质及同类煤种替代对焦炭质量的影响 被引量：2
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作者 王雷雷 赵丹 +2 位作者 刘丹丹 申岩峰 王美君 《煤炭转化》 北大核心 2025年第1期45-54,共10页
炼焦煤是生产冶金焦的直接原料,而配煤成本占炼焦总成本的85%以上。随着优质稀缺炼焦煤资源不断减少,合理利用不同种类煤炭资源,同时基于煤质特点将更多的煤种引入炼焦配煤,对实现降本增效及保证连续稳定生产具有重要意义。煤分子结构... 炼焦煤是生产冶金焦的直接原料,而配煤成本占炼焦总成本的85%以上。随着优质稀缺炼焦煤资源不断减少,合理利用不同种类煤炭资源,同时基于煤质特点将更多的煤种引入炼焦配煤,对实现降本增效及保证连续稳定生产具有重要意义。煤分子结构决定了煤在成焦过程中表现出的性质,最终影响焦炭质量,以焦化厂实际生产使用的炼焦配煤为基础,引入四组同类煤,通过Raman光谱分析、^(13)C NMR分析、基式流动度测定、固定床热解实验等深入分析了煤种特性,利用40 kg焦炉进行了同类煤替代的配煤炼焦实验,探讨了分别添加气煤、肥煤、焦煤和瘦煤等不同煤种的炼焦煤对配煤成焦过程和焦炭质量的影响,进而为焦化厂基于煤质特性进行同类煤替代炼焦提供理论参考。结果表明:对于两种焦煤(JM1,JM2),JM1较小的芳香团簇支链(S.C.)可能是导致其流动度低和塑性温区窄的主要原因,JM1所得焦炭的质量劣于JM2所得焦炭的质量,JM2替代JM1后,焦炭质量变好;两种肥煤(FM1,FM2)的黏结性能好,化学结构都有着相当一部分的缺陷结构(A_(G_(R)+V_(L)+V_(R))/A_(D)大),有利于塑性体流动性的发展,FM2更好的黏结性使配煤所得焦炭冷态强度更高;两种气煤(QM1,QM2)的黏结性较差,QM2较小的S.C.限制其流动性的发展,流动度较低;所有煤种中贫煤(PM)的黏结性最差,PM的引入使焦炭质量发生劣化。 展开更多
关键词 炼焦煤 煤质特性 化学结构 成焦特性 焦炭质量
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多孔褐煤焦选择性吸附CO_(2)/CH_(4)分离性能的研究
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作者 周思宇 刘全生 +2 位作者 周华从 李娜 班延鹏 《燃料化学学报(中英文)》 北大核心 2025年第5期808-818,共11页
褐煤制备碳基吸附材料可以用于气体吸附分离领域,因此,受到研究者的广泛关注。本研究在立式管式炉上对芒来褐煤进行热解(600、700、800和900℃)处理获得焦样,利用多组分竞争性吸附分析仪对所制样品进行CO_(2)/CH_(4)(模拟含CO_(2)天然气... 褐煤制备碳基吸附材料可以用于气体吸附分离领域,因此,受到研究者的广泛关注。本研究在立式管式炉上对芒来褐煤进行热解(600、700、800和900℃)处理获得焦样,利用多组分竞争性吸附分析仪对所制样品进行CO_(2)/CH_(4)(模拟含CO_(2)天然气)吸附分离性能测试。测试结果表明,在25℃、0.1 MPa条件下,800℃恒温2 h处理所得焦样(ML-8002)在单位质量条件下对CO_(2)和CH4吸附量分别达到0.48和0.70 mmol/g、分离系数为6.12、单位质量的分离时间可达418 s/g,具有较好的分离效果;提高压力可大幅度提高其吸附分离效果,其中,在25℃,1 MPa压力条件下,单位质量的样品对CO_(2)和CH4吸附量分别达到1.98和6.63 mmol/g,选择性吸附分离效果最好。热力学分析及Langmuir-Freundlich模型动力学拟合结果表明,CO_(2)/CH_(4)以物理吸附为主,ML-8002焦样因形成了对CO_(2)具有更好选择性吸附能力的微孔(0.6−1.0 nm)为主的结构,更有利CO_(2)/CH_(4)的选择性吸附分离。 展开更多
关键词 褐煤 热解 多孔炭材料 选择性吸附 CO_(2)/CH_(4)分离
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Ni/Mo/P改性双功能生物炭催化低阶煤微波热解定向制备轻质芳烃
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作者 易骞 王晴东 +3 位作者 张鹏 王国成 徐敏 王光华 《煤炭学报》 北大核心 2025年第S1期563-571,共9页
低阶煤高效热解对于国家实现节能减排至关重要。这一过程不仅提高了能源的绿色利用和转换效率,还为能源结构的优化升级提供强有力的支持。采用浸渍法制备镍、钼和磷改性的兼具化学催化和物理吸波的双功能生物炭(BAC)催化剂,考察了该催... 低阶煤高效热解对于国家实现节能减排至关重要。这一过程不仅提高了能源的绿色利用和转换效率,还为能源结构的优化升级提供强有力的支持。采用浸渍法制备镍、钼和磷改性的兼具化学催化和物理吸波的双功能生物炭(BAC)催化剂,考察了该催化剂、微波和供氢溶剂对低阶煤热解过程中轻质芳烃生成的促进作用。结果表明:通过对传统生物炭进行改性,成功引入含磷基团,不仅增加了催化剂的酸性活性位点,而且在负载镍和钼之后,催化剂能够显著降低低阶煤裂解反应的活化能,有效提高低阶煤的转化率和轻质芳烃的选择性,促进了低阶煤裂化和芳构化反应定向制备轻质芳烃;过渡金属钼的添加不仅提高了镍基催化剂的耐热性,有效防止了催化剂的烧结,还增强了镍和钼与生物炭之间的界面结合强度,显著提高了微波场中的催化剂稳定性和使用寿命;且所制备的Ni/Mo/P-BAC双功能催化剂在具有优良化学催化作用的同时也展现出良好的吸波性能,显著提升反应区内的微波电场强度,从而有效促进低阶煤分子自身的快速极化断键,进而提高低阶煤热解过程中轻质芳烃的选择性,初步实现低阶煤微波热解定向制备轻质芳烃;通过引入供氢溶剂进一步促进低阶煤热解,轻质芳烃产率最高可达58.42%。 展开更多
关键词 低阶煤 微波热解 轻质芳烃 双功能催化 模型化合物
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微−介孔Y型分子筛对煤热解气态焦油催化改质的影响
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作者 李雪琴 闫伦靖 +3 位作者 刘玉洁 王美君 鲍卫仁 常丽萍 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第1期59-67,共9页
为了实现煤炭的洁净高效利用,提高煤热解过程中焦油中轻质芳烃的产率,采用高温水蒸气对Y型分子筛进行孔道结构调控,并探究其对不同煤阶煤样焦油中轻质芳烃产率及其分布的影响。通过采用高温水热处理方法对Y型分子筛进行脱铝处理,形成微... 为了实现煤炭的洁净高效利用,提高煤热解过程中焦油中轻质芳烃的产率,采用高温水蒸气对Y型分子筛进行孔道结构调控,并探究其对不同煤阶煤样焦油中轻质芳烃产率及其分布的影响。通过采用高温水热处理方法对Y型分子筛进行脱铝处理,形成微−介孔结构。试验中,通过改变水热处理温度,研究其对分子筛孔结构的影响,并将其应用于煤热解挥发分的催化提质过程中。试验选取了3种不同煤阶的煤样,分别在600℃处理后的Y型分子筛催化下进行热解。结果表明:随着水热处理温度的升高,Y型分子筛的介孔数量和比表面积逐渐增大,但对分子筛结构的破坏也更加严重。600℃被认为是Y型分子筛水热脱铝的最佳处理温度。与直接热解相比,3种煤样经600℃处理后的Y型分子筛催化提质后,苯、甲苯、二甲苯、萘等轻质芳烃的总产率分别增加了4.2倍、5.2倍和2.3倍。微−介孔Y型分子筛显著降低了对焦油重质大分子物质的传质限制,提高了分子筛酸性位的可利用性,从而显著提高了催化剂对焦油的改质效果。为煤热解焦油的资源化利用提供了新的技术途径,对煤炭的高附加值利用具有重要意义。通过优化催化剂的孔结构和酸性位,可以有效提高煤热解产物的品质和产率,为煤化工产业的发展提供技术支持。 展开更多
关键词 Y型分子筛 介孔结构 煤热解 催化改质 轻质芳烃
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基于TG–DSC探究煤热解热效应最佳测定条件
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作者 王子昂 王政 +1 位作者 王涛 周萍 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第S2期207-213,共7页
现有研究对煤热解热效应的关注不足,且相关研究结果存在较大差异,这可能与热效应测定方法、测定条件及DSC基线热流处理方法的不同有关。为建立更普适、准确、标准化的煤热解热效应测定方法,基于热重-差示扫描量热法(TG-DSC),研究了主要... 现有研究对煤热解热效应的关注不足,且相关研究结果存在较大差异,这可能与热效应测定方法、测定条件及DSC基线热流处理方法的不同有关。为建立更普适、准确、标准化的煤热解热效应测定方法,基于热重-差示扫描量热法(TG-DSC),研究了主要测定条件对煤热解热效应的影响,以确定最佳测定条件。在此基础上,对兖矿烟煤的热解热效应进行探究,根据TG/DSC/DTG曲线进行热力学分析,采用经验法处理DSC基线热流,划分热解过程并对热解热效应进行定性定量分析。结果表明,煤热解热效应的最佳测定条件如下:坩埚类型为70μL铂金坩埚内套50μL氧化铝坩埚,加盖;煤颗粒粒径<75μm;煤样重量10 mg;煤样装填方式为不压实;热解气氛为Ar;气体流量80 mL/min;热解终温1 100℃;升温速率10℃/min。在最佳测定条件下,采用经验法以样条曲线作为基线对DSC热流曲线取峰,将兖矿烟煤热解过程划分为5个阶段:热解前期分为3个吸热段,后期分为2个放热段。全过程吸热-160.13 J/g,放热+641.05 J/g,总热效应为+480.92 J/g (放热)。 展开更多
关键词 煤热解 热效应 TG–DSC 热流基线 最佳测定条件
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低阶煤热解-气化耦合一体化技术进展 被引量：1
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作者 任文君 代飞 隋军 《当代化工》 2025年第5期1202-1211,共10页
具有较高挥发分特性的低阶煤占我国煤炭总储量的半数以上,是当前煤炭能源的重点开发对象。低阶煤热解-气化耦合一体化技术是低阶煤高效清洁低碳利用的前景技术之一,能够充分实现低阶煤的综合梯级利用。从方法、反应器及工业化等方面系... 具有较高挥发分特性的低阶煤占我国煤炭总储量的半数以上,是当前煤炭能源的重点开发对象。低阶煤热解-气化耦合一体化技术是低阶煤高效清洁低碳利用的前景技术之一,能够充分实现低阶煤的综合梯级利用。从方法、反应器及工业化等方面系统性梳理了近年来国内煤热解-气化耦合技术的研究进展和成果,对目前该技术的研究现状和存在的问题进行了分析和评价,并对未来该技术的应用发展方向进行了梳理和展望。 展开更多
关键词 低阶煤 煤热解 煤气化 耦合 反应 反应器 合成气
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Ti_(3)C_(2) MXene负载Cu基催化剂的草酸酯加氢制乙醇酸甲酯催化性能
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作者 石晓丹 赵江涛 +2 位作者 张雨 艾培培 黄伟 《低碳化学与化工》 北大核心 2025年第3期47-57,共11页
乙醇酸甲酯(MG)作为生产可降解塑料聚乙醇酸的关键原料,具有广阔的市场空间和较高的经济价值。草酸二甲酯(DMO)加氢制MG是实现煤炭和天然气资源转化与增值利用的途径之一。但MG是DMO不饱和加氢的产物,现有催化剂难以实现其高效制备。Cu... 乙醇酸甲酯(MG)作为生产可降解塑料聚乙醇酸的关键原料,具有广阔的市场空间和较高的经济价值。草酸二甲酯(DMO)加氢制MG是实现煤炭和天然气资源转化与增值利用的途径之一。但MG是DMO不饱和加氢的产物,现有催化剂难以实现其高效制备。Cu基催化剂虽在DMO加氢反应中应用广泛,但其更倾向于催化DMO深度加氢。选用二维层状Ti_(3)C_(2) MXene为载体,对其进行碱处理制备了alk-Ti_(3)C_(2) MXene,进而通过超声浸渍法制备了alk-Ti_(3)C_(2) MXene负载Cu基催化剂。结果表明,碱处理不仅可以增大载体的层间距(由1.02 nm增大至1.25 nm左右)和比表面积(由3.61 m^(2)/g增大至7.10 m^(2)/g以上),同时也能增加载体表面—OH数量,进而调控载体表面—OH和Cu物种之间的相互作用,最终影响Cu物种的粒径以及价态组成。NaOH处理后的Na-Ti_(3)C_(2) MXene载体负载Cu催化剂(Cu/Na-Ti_(3)C_(2) MXene)表现出良好的催化性能和稳定性,其MG收率高达60.63%(反应26 h),且230 h内未出现失活现象。相对适宜的Cu粒径(43.4 nm)、较高的n(Cu^(0))/n(Cu^(0)+Cu^(+))(71.17%)以及Cu物种与载体表面—OH间的强相互作用,使Cu/Na-Ti_(3)C_(2) MXene具有良好的催化性能和稳定性。 展开更多
关键词 Ti_(3)C_(2)MXene 草酸二甲酯加氢 Cu基催化剂 乙醇酸甲酯 金属-载体相互作用
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