俄罗斯炼焦炼显微组分热解过程中气体的析出特征

决定炼焦煤性质的主要显微组分是镜质组和丝质组。因此，为更好了解炼焦煤炭化过程中的热化学反应，研究了4个镜质组富集试样和4个丝质组富集试样热解过程中气体产物的析出特征。这些显微组分富集试样取自煤化度（镜质组油浸平均最大反射率，R0）为0．80％－1．54％的俄罗斯炼焦煤。显微组分富集物通过离心力作用下的反复浮沉分离而得，其热重分析过程中析出的气体产物用气相色谱分析其中的CH4、H2、CO及CO2含量。气体产物中的主要组分是CH4、H2和CO，而CO2含量较低。对不同的显微组分富集物，通过绘制上述气体组分的析出速率与温度的关系曲线，来研究气体产物的析出特征。研究发现，各种镜质组富集物和丝质组富集物的CH4、H2和CO的析出量有明显差别。其中，镜质组富集物析出的气体产物中，CH4为29％－37％，H2为55％－65％，CO为6％－12％；丝质组富集物析出的气体产物中，CH4为19％－22％，H2为57％－70％，CO为11％－22％。文中还讨论了初次脱挥发分（260－550℃）和二次脱挥发分（550－850℃）过程中气体产物的析出行为。通过数学分析，确定影响气体产物数量与组成的关键因素和回归方程。本研究具有以下明显特点：（1）所用炼焦煤样的煤化度范围宽；（2）在5℃／min的升温速率下研究镜质组富集物和丝质组富集物的气体析出模型。该升温速率与实际生产中的3℃/min标准升温速率相近；（3）温度范围为从室温到900℃。该温度与高温炭化的1000℃终温也很接近；（4）研究了初次脱挥发分和二次脱挥发分过程中气体的析出行为。     

中国主要矿区煤的显微组分分布特征

以中国不同矿区、不同成煤时代、不同类别的４００余个煤样的显微组分鉴定结果为基础，分别研究了镜质组、惰质组和壳质组等组分的分布特征，发现不同时代、不同煤种和不同矿区煤的显微组分均有显著差异。     

不同炼焦煤显微组分特点及其对结焦性能的影响

对8种不同变质程度的烟煤进行了工业分析和部分工艺性质分析;采用金相显微镜测定了各煤样的镜质组平均最大反射率Re_(max)和煤岩显微组分,并在隔绝空气的加热过程中动态观察了其胶质体形成过程;通过实验室炼焦试验,对所得的8个煤焦的冷强度和热稳定性指标进行了测试。     

炼焦煤的热解过程研究

通过模拟炼焦过程对不同变质程度的炼焦煤加热至不同温度,运用HD型偏光显微镜及红外分析技术对加热后的固体产物进行分析。结果表明：炼焦煤受热时其镜质组首先产生破碎现象,然后软化熔融,同一种炼焦煤中的镜质组受热变化并不均一,不同变质程度炼焦煤中的镜质组破碎程度和软化程度也不相同;炼焦煤加热到固化温度时,热解固体产物全部呈现出焦炭光学特征,随温度的升高,固体产物的光学组织组成继续发生改变;试验样品中的肥煤和1/3焦煤在热解过程中有机质分子结构随温度的升高,其变化规律相似。     

基于煤岩显微组分对各类主要炼焦煤性质的分析

选取常用炼焦用煤(1/3焦煤、肥煤、焦煤)测定其显微组分,活惰比,最大流动度,镜质组反射率,结果表明,1/3焦煤相对于其他焦煤含稳定组组分最多,肥煤矿物质含量最多;焦煤和1/3焦煤的镜质组反射率值界线分明,焦煤和肥煤的活惰比与镜质组反射率成正比,与最大流动度成反比,而对于1/3焦煤,该趋势不明显。     

神木煤显微组分半焦的气化特性和气化动力学研究

在高压热天平上考察了神木煤显微组分半焦在不同温度和压力下的气化行为，利用DAEM（分布活化能模型）研究了显微组分半焦的气化动力学，结果表明：在相同条件下，镜质组半焦比丝质组半焦有较高的气化反应性，随气化温度和压力升高，镜质组和丝质组半焦的气化反应性都增加，利用DAEM（分布活化能模型）对镜质组和丝质组半焦的气化活化能的计算结果表明：显微组分半焦气化的活化能随反应的进行逐渐升高，镜质组半焦的气化速率高于丝质组半焦，气化活化能较低。     

低阶烟煤中显微组分含量与CO扩散量的关系

从煤显微组分方面对不同煤化程度的22种煤样进行了CO的扩散试验及煤显微组分的鉴定。通过分析试验可知,中低变质程度的烟煤中镜质组含量相对惰质组含量较高;对数据进行关联分析发现CO扩散量与煤中镜质组含量成正比关系,与惰质组含量成二次曲线关系。从惰质组与镜质组之比对CO扩散量的影响分析可得出,惰质组对CO的扩散的影响大于镜质组对CO的影响,并用QM(Quantum Mechanics)软件对试验数据进行了分析处理,为进一步研究CO在煤层中的扩散机理提供了理论基础。     

生物质的热解过程及其动力学规律

采用热重分析法（TGA）对几种常见天然生物质（稻秆、麦秆、玉米秆）和其衍生物木质素、造纸废液颗粒等的热解过程及其动力学规律进行了研究.实验中加热速率分别为10,20,30 ℃/min,终温为850 ℃.热解在氮气气氛下进行,并用高纯氮气作为保护气体.实验结果表明：天然生物质的非等温热解只有1个剧烈失重阶段,而木质素和造纸废液颗粒存在2个剧烈失重阶段.生物质比煤的热解起始温度低,热解速度快.随升温速率的提高,生物质的最大热解速度提高,对应的峰值温度升高,最终失重率呈下降趋势.生物质的热解机理满足三维扩散Jander方程,即f(α)=32(1-α)2/3［1-(1-α)1/3］-1,且随着升温速率的提高,其活化能增大.     

生物质与煤混合热解时硫化氢的析出特性

采用热重分析和色谱、质谱偶联技术,对3种秸秆类生物质(稻秆、麦秆、玉米秆)与一种烟煤混合慢速热解中产生的H₂S气体进行了在线检测,研究生物质对煤热解析出H₂S气体的影响.研究表明：生物质与煤混合热解时,对析出的H₂S气体有明显影响.煤单独热解时H₂S在300～480 ℃范围内析出;生物质的加入,使煤热解析出H₂S提前,析出在200～490 ℃范围内.这种规律源于生物质提前热解,释放出活性甲基和氢,使其与硫反应的氢量增多,在混煤热解过程中起到了加氢的作用,促使H₂S析出提前,析出量增加.从H2S析出总量上看,生物质对H₂S的析出量影响可分为小比例时的抑制作用和大比例时的促进作用,这种规律来源于生物质的加氢作用和碱金属矿物质固硫作用的综合结果.     

煤中矿物质对热解过程的影响研究

以烟煤为对象,研究其与矿物质掺混时的热解特性。利用热重天平TGA-601分析了各种样品在不同温度时的质量损失及质量损失一阶导数。按照美国SOP-CR-007标准提供的方法,得出了当原煤与矿物质掺混时,混合物的性质与原煤比较发生了变化。指出煤中矿物质对热解过程有抑制作用,这种作用随矿物质增加而增加。     

基于40 kg试验焦炉对炼焦煤中最佳活惰比研究

通过测定11种不同炼焦煤的煤岩性质和40 kg试验焦炉所炼焦炭抗碎强度分析,确定了基于炼焦煤镜质组最大反射率的活性权函数方程,根据其活性权函数对各炼焦煤的活惰比进行了计算.分析可知,焦炭抗碎强度M40最大时所对应的活惰比为2.17,为优化配煤提供了技术依据.     

煤岩理论配煤在开滦的研究与应用

为合理高效利用开滦矿区优质炼焦煤,在分析开滦矿区各矿井煤层特征与分布规律的基础上,研究了各煤层煤间的配煤规律,并预测了配合煤镜质组反射率直方图。同时,借助Microsoft SQL Server 2005,开发了开滦矿区煤质煤岩系统,不仅实现了煤炭资源的动态管理,并且优化了矿区各煤层煤的配采和配选。     

煤热解特性及热解动力学的研究

采用热天平对不同煤种在同一升温速率下的热解特性进行了试验研究,同时对其热解动力学特性进行了分析。试验结果表明,煤的热解过程主要分为干燥脱气阶段、主要热分解阶段和二次脱气3个阶段。在热重试验的基础上,用Doyle积分法求取动力学参数的处理方法获得了有关煤热解反应的动力学参数。     

炼焦煤中碳、氧、氮、硫赋存特征的XPS研究

采用X射线光电子能谱解析山西炼焦煤中碳、氧、氮和硫的赋存特征。结果表明,山西炼焦煤中碳的主要赋存形式为芳构碳和脂构碳,醚基氧和羟基氧占煤中氧总量的近80%,氮绝大多数分布于煤分子结构单元的边缘,有机硫是炼焦煤中的主要硫形态,硫醇、硫醚占煤中有机硫含量的48.65%。     

低阶煤自燃指标气体与氧化特征温度实验研究

以4种低阶煤为研究对象,通过程序升温氧化实验和热重分析实验,研究煤升温氧化过程中各指标气体浓度及煤样质-热与温度的关联性。对比同一温度下不同煤样产生指标气体浓度,发现煤变质程度越低,氧化越剧烈,得出以CO为主,H_2、C_2H_4和C_2H_2为辅来进行预测预报的自然指标气体体系;同时确定各煤样特征温度,对煤自燃过程进行阶段划分,提高现有煤层自然发火宏观特性的认识。     

伊宁长焰煤热解特性的TG-FTIR研究

采用热重分析仪研究热解温度、升温速率、粒径和气流量对伊宁长焰煤热解特性的影响,同时利用与其联机的傅立叶变换红外光谱仪在线检测热解析出的气体规律。     

煤自燃指标气体与特征温度的对应关系研究

对兖州矿区煤样进行热重分析,划分出相应的7个特征温度区,并利用15 t特大型煤自然发火试验台对煤样自燃过程进行试验模拟,得出煤自燃过程中相应的指标气体,建立了煤自燃指标气体与特征温度的对应关系,为井下煤自燃的早期预测预报奠定了基础,并能对煤自燃机理进行更深一步的研究.     

基于原位开采工艺的油页岩热解特性研究

基于煤炭地下气化原位开采油页岩的工艺特征,采用热重分析仪对桦甸油页岩进行了热解特性的实验研究,研究了桦甸油页岩有机质大幅热解的温度范围、热解产物及不同升温速率对热解特性的影响,分析了热解特性对原位开采油页岩工艺的指导作用。研究结果表明:桦甸油页岩热解失重可以分为3个阶段,其中第2阶段(300℃～550℃)为有机质热解的集中阶段,析出物主要为CO、CO2、CH4同系物及不饱和烃类等油气;随着升温速率的提高,最大失重速率升高,失重峰值温度后移,有机质初始及终止热解温度呈现出规律性,升温速率从5℃/min提高到20℃/min,最大失重速率提高近5倍,失重峰值温度提高28℃,但第2阶段的失重比例受升温速率影响不大。