一种复合液体速凝剂的研究

本文试验中Al(OH)3、Na OH、Na2Si O3等合成了一种铝酸盐型改性复合液体速凝剂,并对其性能进行了评估。试验表明,速凝剂掺量为5.6%时,基准水泥初凝时间缩短至2min50s,终凝时间为6min30s;1d抗折强度为2.9MPa,1d抗压强度为10.0MPa,28d抗压保留率为94%。另外还探究了钠铝比对速凝剂性能的影响规律和速凝剂与不同水泥的相容性。     

气流床气化炉的原料反应性评价、过程强化及环境影响

"富煤、贫油、少气"的能源赋存特点决定了在相当长的时期内我国煤化工与石油化工相互依存、互为补充的必要性,发展煤化工是发挥我国煤炭资源优势、降低石油对外依存度、保障我国能源安全的重要途径。论文首先对气流床气化炉的原料煤反应活性评价方法做了综述性分析,着重阐述了煤在气流床气化炉内高温、高压环境下组成、结构及性质的变化规律,并深入探讨了工艺强化带来的新的环境问题。结果表明,现有的评价方法难以真实反映出原料性质是否与气流床气化工艺相匹配,有必要对化工生产过程中气流床气化炉内的生产环境进行模拟,建立起合适的原料性质评价体系,重点探究对生产过程影响最深的气化反应活性;对气化工艺参数的强化是有限度的,一味的强化无益于化工生产,寻找工艺和技术经济指标的最优点是工艺强化的研究方向;高温、高压的气化条件下煤中的大分子有机物大多分解,使得酚类、焦油、COD、BOD等传统污染物含量大幅下降,但煤中部分微量元素在高温高压下易挥发、易活化特征以及现代煤化工规模利用煤的累积效益,使得煤中微量有害元素或造成不可忽视的环境影响,其中以Hg、As等微量元素造成的危害最大。为气流床气化工艺寻求合适原料的评价体系、寻求过程强化的限度、对新型污染源的污染进行调研并建立可能的防治方法是现代煤化工进一步发展必须解决的瓶颈问题。     

高碱低阶煤热解及热解半焦研究进展

我国碱金属、碱土金属(AAEM)含量高的低阶煤储量丰富。高碱含量造成锅炉受热面结渣沾污及气化炉结块腐蚀等难题,低阶煤内水高、氧含量高、挥发分高、发热量低以及易氧化自燃等特性为其储、运、用带来极大的难题。热解可生产优质燃料和高附加值化工原料,也是燃烧、气化、直接液化等过程的起始阶段和/或伴随反应,煤在热解阶段发生的反应、经历的变化,对煤转化利用的效率和清洁程度起重要、甚至决定性作用。笔者对煤热解与热解半焦研究及进展进行综述性评价,着重探讨煤中AAEM对热解过程及半焦的影响。结果表明,热解研究装置模拟的工况与现代煤化工过程中煤热解所处环境相差甚远,半焦样的代表性不强使热解研究成果的指导意义不大;对煤中不同赋存形态AAEM的分离方法有待完善,还需筛选、尝试新的萃取试剂;基本掌握了煤热解过程中AAEM的变迁行为,但尚缺乏控制煤中AAEM危害的有效方法。高碱低阶煤的安全高效洁净转化利用技术仍待突破。     

“双碳”目标下煤炭企业绿色矿山建设路径探究

基于我国以煤炭为主的能源结构特点,指出,煤炭企业建设绿色矿山是践行和实现“双碳”目标的基础与关键。综合评价了“双碳”目标下煤炭企业的发展前景:煤炭生产基地将逐渐北移和西移,将发生跨省区之间的企业重组与融合,绿色矿山建设和绿色开采是未来煤炭企业的发展方向。分析了“双碳”目标下,煤炭企业绿色矿山建设的重要意义。提出,要加大科技支撑力度、立足“双碳”目标、推动清洁生产工艺升级,推进煤矿区生态治理,强化矿井水、烟气、粉尘、噪声处理,加强矿区复垦,推进生态光伏产业建设,提高煤层气综合利用效率,建设零碳矿区示范工程。     

TG-DSC测定煤热解反应热过程中确定基线热流的技术方法

利用差示扫描量热仪测定煤热解反应热,仪器输出的总热流信号是由反应热热流和基线热流组成,故基线热流的确定成为测定反应热的关键。论文分析了TG-DSC测定煤及其他非均质有机物热解反应热过程中基线热流的构成,比较了经验法和测定法确定基线热流的优缺点,评估了基线热流各组分的测定方法,尤其关注这些方法对煤热解反应热测定时获取基线热流的可借鉴性。结果表明,TG-DSC测定煤热解反应热时,基线热流是由显热热流和辐射热流差组成;显热热流可借助Merrick模型、灰分比热容经验公式及混合物模型计算求出,辐射热流差则通过研究提出的辐射校正因子λ,将煤热解过程与煤焦热解过程关联后计算确定。最终,由显热热流和辐射热流差之和确定热解过程的基线热流。     

煤中碱(土)金属形态在煤转化过程中的作用及不同形态间转化的研究进展

煤中的碱（土）金属（alkali/alkaline earth metals,AAEM）既可导致设备结渣、腐蚀,对燃烧、气化等反应也有显著的催化作用。识别煤中AAEM的形态,揭示其在煤转化过程中的作用与产生机制,明晰不同形态间的迁移转化规律,是减缓或消除设备玷污、腐蚀,强化催化作用的前提和基础。论文对煤中AAEM赋存形态和分离方法、造成设备积灰腐蚀的机制以及对煤炭燃烧、气化等催化机理的研究做了较为系统的综述性评介,着重探讨AAEM不同形态间相互转化的可能性。结果表明,借助逐级萃取法可将煤中AAEM划分成水溶型、离子交换型、酸溶型和不溶型4种形态,但现有方法存在缺陷,可通过筛选萃取溶剂和规范操作流程进行完善,达到准确分离的目的;AAEM是造成设备玷污、腐蚀,还是催化燃烧、气化,取决于AAEM的物种,对AAEM所起作用与其形态间的关系尚不清晰,需通过研究进一步验证;采用水洗、酸洗、添加剂、混配煤等方法来缓解或消除AAEM有害影响具有局限性,基于不同形态的AAEM可以相互转化,促使有害形态的AAEM向有益形态转化,可为高碱低阶煤洁净高效利用提供新的思路。     

基于分子模拟的多孔炭材料结构模型构建方法研究进展

结构模型的构建是多孔炭材料结构表征、“构效”关系探究、吸附模拟研究等的前提和基础。本文对基于分子模拟的多孔炭材料结构模型构建方法、应用及特点进行了综述性评介,以挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs）吸附净化用活性炭的选型需求为导向,分析各种模型构建方法的适用性。结果表明,由片段单元组装构成多孔炭结构的早期模型,能展现多孔炭材料的部分表观性质,但对多孔炭吸附性能的解析与机理阐释尚缺乏指导意义。多孔炭结构模型构建方法可归为仿真过程法和结构重建法,前者适于炭材料微观结构演变的研究,但所需算力高;后者通过拟合多孔炭的实验、表征数据、在一定约束条件下重建模型,其中的随机填充法可以针对性地调控模型的孔结构和官能团,应用于吸附模拟研究时有助于确定吸附特定VOCs的最优孔结构、筛选合适的活性炭,进而指导多孔炭材料的制备。然而,对包括随机填充法在内的结构重建法,尚需掌握量化调控结构模型孔结构、表面官能团的方法与关键参数,发展能够进行多参数、多指标“构效”关系研究的多尺度化模型,才能对多孔炭材料的实际应用提供指导。     

煤基活性炭定向制备:原理·方法·应用

依托丰富的煤炭资源,我国成为世界上最大的煤基活性炭生产国。简要回顾了我国煤基活性炭工业的起源和发展历程,介绍了煤基活性炭的制备方法、生产工艺及应用现状,分析影响活性炭合理应用的因素,着重讨论了活性炭定向制备的概念、原理、方法及应用,提出了我国活性炭工业发展面临的重要问题和亟待研究的课题。结果表明:活性炭具有发达的孔隙结构,依据其对气、液相中微量成分选择性吸附的能力,在国防、医药、食品、化工行业得到广泛应用,近年来在能源、环境领域发现极大的应用前景;物理活化法是煤基活性炭制备的基本方法,原煤破碎活性炭、柱状活性炭及压块活性炭工艺是目前煤基活性炭的主要工业生产工艺,尤其是压块活性炭工艺,由于产能大、产品质量高且稳定并适于配煤、添加剂调孔,已成为新建、扩建活性炭企业的首选;孔结构、表面化学、形状、机械强度、流体力学性能等是影响活性炭应用的主要因素,"活性炭定向制备"即以用途对活性炭组成、结构和性能的要求为导向,制备具有适宜组成、孔结构、应用性能的活性炭产品,按照煤基活性炭定向制备涉及的指标及相互关系、影响因素、调控方法及难度,以孔结构调节为中心开发煤基活性炭定向制备技术成为主要策略;孔结构调控是在保证活性炭孔隙充分发育的前提下根据应用需求调节活性炭不同尺寸孔在总孔容中的比例,筛选原料煤、配煤、添加剂、优化工艺参数等措施,可以在不同程度上控制炭化过程,使炭化向生成各向同性、非石墨化、反应活性高、初生孔隙发达炭化物的方向发展,为活化阶段活化剂-炭基质间反应速度的调变打下基础,易于孔结构调控;煤基活性炭定向制备技术已应用于低灰高比表面积活性炭、磁性活性炭及兼有双电层电容和法拉第电容的高容量电极炭的研制,此外,在单种活性炭难以满足应用途径对活性炭提出的综合性能指标要求的情况下,配炭或是一种有效的解决途径。活性炭孔结构的精准量化调控、中孔活性炭的制备、配炭等研究尚待进一步深入;活性炭应用研究,利用西部高碱煤中内源性碱(土)金属调控煤基活性炭孔结构,开发洁净活性炭生产工艺,是煤基活性炭定向制备面临的新课题。     

泥炭基活性炭水蒸气活化过程孔结构演化的碳烧失特征

孔结构调控是活性炭制备研究的核心,碳烧失伴随并决定着孔结构的演化。为研究泥炭基活性炭孔结构演化过程中碳烧失特征,将贵州毕节泥炭样品破碎、粉磨,在氮气氛围进行热重分析,并采用无黏结剂压块成型,再破碎后、炭化,在不同活化温度、时间下水蒸气活化制得活性炭,测定活性炭样品的碘值、亚甲蓝值和焦糖脱色率吸附性能指标,利用气体吸附仪、拉曼光谱和扫描电子显微镜表征其孔结构、碳结构和微观形貌,研究吸附性能、孔结构、碳结构间的关系。结果表明:泥炭基活性炭的孔结构演化随活化温度的升高分为造孔(750～800℃)、扩孔(800～850℃)、孔塌陷(850～900℃)和炭表面烧蚀(900～950℃)4个阶段,分别以无序炭(D_3)及散乱石墨层结构(D_1)、散乱石墨层结构(D_1)及平行的石墨层间的不规则层(D_2)、活性位点碳(D_4)、规则的石墨微晶结构(G)的烧蚀为主;随活化时间的增加分为充分发育期(60～120 min)和过度发育期(120～150 min)2个阶段,分别以无序炭(D_3)和活性位点碳(D_4)的烧蚀为主。炭表面烧蚀或孔结构过度发育之前有效的调孔以全程清除无序炭、部分消耗缺陷微晶炭、少量激活活性位点碳来实现。随活化程度的加深,活性炭的碳烧失由颗粒内表面为主转为由内向外、再转为由外向内,表面孔依次呈现出生成、融并和坍塌的形貌特征。     

TG-DSC同步联用测定煤热解反应热

选取5种不同变质程度的煤样,利用TG-DSC同步联用仪测定煤热解过程的热流,并分别采用经验法和实验测定法确定热流基线,解析获得了煤热解反应热。此外,还考察煤阶及热解温度对煤热解反应热的影响,对比、分析两种基线确定法测定煤热解反应热的准确性。结果表明,1 100 ℃热解温度下胜利褐煤、神木长焰煤、神东烟煤、大同烟煤以及太西无烟煤基于实验法确定热流基线所测得的热解反应热分别为-5 743.11,-13 888.42,-16 246.20,-21 433.89,3 097.79 J/g,基于经验法确定热流基线所得的煤热解反应热分别为-5 963.81,-13 839.86,-17 792.50,-22 871.74,3 536.47 J/g;除无烟煤外的其他煤样,随着煤变质程度的增大,煤热解过程中放出的热量总的来说呈现出增加趋势,有热解反应热随温度的升高先增大后降低再增大的规律;太西无烟煤在各温度下的热解反应热均大于零,一直表现为吸热反应,净吸热量也随温度的升高而增加;除神东烟煤和大同烟煤外,经验法确定热流基线和实验测定热流基线两种方法所测的煤热解反应热较为接近,神东烟煤和大同烟煤出现较大差异的原因是经验基线法依赖主观经验过高地预测了放热区间的反应热。在测定煤热解反应热过程中实验测定法具有操作简单、测定准确、实验可重复性强等优势。