碳新篇：女性科学家的能源探索专辑_中国煤炭行业知识服务平台

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碳新篇：女性科学家的能源探索专辑

来源：中国煤炭行业知识服务平台

近些年，“她力量”已撑起科研“半边天”，在煤炭领域做出卓越贡献的女性科学家们，她们的力量为学术领域的海洋激起的不平凡的浪花，于期刊发展的道路上也在贡献自己的力量。

煤炭行业知识服务平台聚焦煤炭行业中的女性科学家，盘点2022—2025年部分女科学家的论文。

行业视野: 其他
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专家; 267篇
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中低温煤焦油沥青组分的热解特性及动力学研究

作者(Author)：仝曜暄, 张玉柱, 赵振宁, 何继良, 朱亚明, 程俊霞, 赵雪飞

摘要：中低温煤焦油沥青(MLP)为人造炭材料的重要原料,研究其组分的热解特性及动力学对高品质中低温煤焦油沥青基炭材料的制备具有重要意义。以中低温煤焦油沥青为原料,分别采用正丁醇(BA)和二甲基亚砜(DMSO)为萃取剂以获得4种沥青组分,通过热重分析仪对中低温煤焦油沥青和4种族组分的热解行为进行研究,利用Flynn-Wall-Ozawa法、Kissinger-Akahira-Sunose法和Satava-Sestak法计算热解活化能以及热解动力学参数。结果表明:MLP、DMSOS、BAI组分的热解反应机理符合随机成核及其后续增长模型,最佳热解机理函数分别为G(α)=[-ln(1-α)]4/3、G(α)=[-ln(1-α)]4、G(α)=[-ln(1-α)]2,活化能分别为73.99、180.20、46.09kJ/mol,lgA分别为5.82、13.57、3.32;BAS组分的热解反应机理符合二维扩散模型,最佳热解机理函数为G(α)=α+(1-α)ln(1-α),E=85.36kJ/mol,lgA=6.18;DMSOI组分的热解反应机理符合二维扩散或三维扩散模型,最佳热解机理函数为G(α)=[1-(1-α)1/3]2,E=64.42kJ/mol,lgA=4.00。

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煤质技术

2024年第01期

97

12
深部煤炭地下气化制氢先进能效分析

作者(Author)：刘淑琴, 刘欢, 郭巍, 纪雨彤

摘要：深部煤炭地下气化制氢不仅可以利用我国丰富的深部煤炭资源，将传统采煤方法难以开采或开采不经济的深部煤层转化为氢气，而且有望成为一种理想的煤基低成本制氢路线。基于位于加拿大天鹅山的世界上唯一千米级深部煤炭地下气化试验数据，结合Aspen Plus过程模拟，以先进㶲为先进能效指标，对深部煤炭地下气化制氢能量利用情况进行分析。与商业化的Lurgi地面煤气化制氢路线作对比，以产出单位质量氢气的积累㶲消耗为指标，比较了2种制氢路线的能量消耗水平。结果表明，在氢气生产能力为12亿Nm3/a情形下，深部煤炭地下气化制氢从原料到产品的总㶲损失为451.79 MW。先进㶲分析可以有效量化气化过程可以避免的㶲损失，其中39.9%为不可避免㶲损失。甲烷重整单元的内部可避免㶲损$mathop Enolimits_{{mathrm{dest}},k}^{^{{mathrm{AV,;EN}}}} $和外部可避免㶲损$mathop Enolimits_{{mathrm{dest}},k}^{^{{mathrm{AV,;EX}}}} $分别为96.63和81.58 MW，具有最大能效提升空间，如能利用转化气、烟道气的热量副产蒸汽，可将其内部可避免㶲损失减少38.5%。地下气化单元的$mathop Enolimits_{{mathrm{dest}},k}^{^{{mathrm{AV,;EN}}}} $和$mathop Enolimits_{{mathrm{dest}},k}^{^{{mathrm{AV,;EX}}}} $分别为4.38和62.73 MW，表明降低其㶲损失的重点应放在提高其他单元的能量效率，从而降低外部可避免㶲损。其余单元改进空间均比较小可不予考虑。以积累㶲消耗量为标准衡量能量消耗水平时，产出1 kg氢气，深部煤炭地下气化制氢的积累㶲消耗为376.1 MJ，仅为Lurgi地面煤气化制氢的83.6%，表明深部煤炭地下气化制氢能够显著降低能量消耗水平。敏感性分析显示，2者积累㶲消耗的差距随着生产规模的扩大而增加。研究结果可为深部煤炭地下气化制氢的过程优化及技术可行性定量化提供科学依据。

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煤炭学报

2024年第02期

181

11
ML-QSPR方法预测煤基液体的燃料性能

作者(Author)：李文英, 王香玲, 范欢欢, 范鸿霞, 冯杰

摘要：煤基液体混合物如煤焦油、煤直接液化油的分子结构描述和性质预测是开发煤基液体产品高值化工艺和技术的重要基础。由于煤基液体主要由C、H、O、N、S元素构成数量庞杂、芳环结构各异的混合物，因此，使用Python中的RDKit工具包，利用简化分子线性输入规范(Simplified Molecular Input Line Entry System，SMILES)语言构建煤基液体中物质分子描述符，描述符包含样品元素信息、环数与环结构信息、原子数及分子量信息等共计115个分子描述符。对比人工信息提取方法，将所构建的分子描述符能够体现煤基液体分子结构碎片、分子量及原子个数信息等作为机器学习的特征输入变量，用于建立预测煤基液体的燃料性能的分子机器学习−定量结构性质关系方法(ML-QSPR)，实现对燃料低位热值(LHV)、液体密度(ρ)、闪点(FP)、十六烷值(CN)4个关键燃料性能参数的快速预测。模型验证分析表明LHV、ρ、FP模型的R2分别为0.996、0.988、0.987；CN预测中加入混合物数据进行预测，R2=0.959。与已公开报道的预测LHV、ρ、FP、CN性质方法对比，笔者提出ML-QSPR方法在预测4个关键燃料性能参数准确度方面有提升，在获取结果速度方面有显著优势。利用ML-QSPR模型预测得到的煤基液体制特种燃料性能参数数据库中的信息，分析增加不同族组分物质的碳原子数量时4个燃料性能参数的演变趋势，发现LHV、ρ、FP、CN四个燃料性能参数均受碳数(n)影响显著。由于LHV主要由n决定，不同族组分物质的LHV差距小；而不同族组分物质的ρ、FP和CN性质差距明显。此外，本研究训练好的模型可用于预测新的分子，为新型燃料分子设计提供参考；ML-QSPR方法作为迁移学习模型可在今后用于煤基液体其他场景相关理化性质的分析。

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煤炭学报

2024年第02期

253

1
西部煤矿区微生物修复促进植物水分高效利用策略

作者(Author)：毕银丽, 武超, 彭苏萍, 田乐煊, 张延旭

摘要：西部煤矿区生态环境脆弱，叠加高强度开采致使水土流失、土壤退化、根系受损，植物水分利用效率低，生态恢复困难，提高水分利用效率成为西部矿区生态修复或重建的关键。土壤水是限制干旱半干旱煤矿区生态修复的关键因素，它连接大气水、地表水、地下水与植被生长，是水分循环与养分运输的重要载体。土壤水分的高效与合理利用关系到生态修复的成败，因此探究植物根系水分利用策略对于西部煤矿区生态修复具有重要作用。分析了国内外植物水分利用的主要研究方法，比较了不同方法之间的优缺点及相应研究进展。在干旱半干旱煤矿区受损生态环境中，采用植物−微生物联合的微生物修复技术，能提高植物水分利用效率，改善植物水分利用策略。同时，接种微生物降低了植物从浅层土壤吸收水分的比例，有效地增加植物从深层土壤中吸收和利用水分，提升了植物水分利用效率，使接菌植物在干旱半干旱煤矿区表现出更高的生态适应性。分析了目前西部煤矿区植物水分利用的研究进展和存在的问题，探讨了煤矿区微生物修复对水分利用策略的改善，提出了西部干旱煤矿区生态修复中不同植物组合对水分利用策略的影响及其研究重点，为实现矿区绿色可持续、高质量发展奠定了扎实的基础，具有重要的生态应用价值。

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煤炭学报

2024年第02期

224

1
黄河流域煤炭−煤电−煤化工场地特征精准智能识别方法及应用

作者(Author)：董霁红, 王立兵, 冯晓彤, 王蕾, 刘峰, 翟文, THOMAS Kienberger

摘要：黄河流域是“能源流域”，兼具生态环境治理和经济社会发展的重任，涉煤产业场地类型、数量及特征的精准智能识别是流域能源资源−低碳发展−生态保护的关键基础问题。研究融合多源数据与深度学习算法，从流域−基地−场地尺度对黄河流域13个大型煤电基地的煤基场地特征精准解析，获得煤电基地高精度、高质量的本底信息，提出一种实时实景智能识别涉煤产业空间特征的新方法。① 筛选Google image、GF-6影像、Sentinel-2影像等多源数据，采集13个大型煤电基地煤基场地样本，构建煤炭场地(露天)、煤炭场地(井工)、煤电场地、煤化工场地4类数据集，涵盖21种样本类型。按照每种样本六面体设定6×10个样本，共计1 260个场地样本，分析得出最适样本数量−最高识别效率−最优识别模型的置信区间为80%～86%。② 建立了煤基场地类型量化模型(Coal-based Site Classification Quantitative Model, CSCQM)和煤基场地范围特征模型(Coal-based Site Range Characteristic Model, CSRCM)，模型平均精准度为0.837。明析了黄河流域涉煤产业场地本底信息，提出Google image底图叠加场地智能识别模型解算结果的高精度场地智能识别方法。③ 解析了流域神东煤炭−煤电产业集聚区精准本底数据，依据遥感生态指数(Remote Sensing Based Ecological Index，IRSE)分析，煤基场地分布2 km核心区地表生态质量受煤炭、煤电产业影响明显，5 km缓冲区则影响不明显，而8 km控制区基本不受煤炭、煤电产业影响，从而给出了“动态修复”与分区域、分阶段重点治理等低碳路径。④ 解析了流域宁东煤炭−煤电−煤化工产业集聚区精准本底数据，2022年煤炭场地17.81 km2、占比34.1%，煤化工场地22.3 km2、占比42.6%，煤电场地12.2 km2、占比23.3%，煤化工场地 > 煤炭场地 > 煤电场地。进而采用PSR(Pressure-State-Response)模型得到风险管控综合得分53.93分，较2003年提高了27.2%。划分生态维护区、生产监测预警区、损毁修复重建区、其他调控区的分区管控模式。研究为涉煤产业煤基场地潜在污染控制、场地治理及区域生态修复提供技术方法与实践支撑。

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煤炭学报

2024年第02期

322

10
低碳化现代煤基能源技术体系及开发战略

作者(Author)：葛世荣, 樊静丽, 刘淑琴, 宋梅, 鲜玉娇, 王兵, 滕腾

摘要：煤炭为人类社会工业化进程做出了重要贡献，为保障我国能源安全和经济平稳发展发挥了关键支撑作用。从19世纪中期开始，煤炭、煤油、煤气、煤电共生的煤基燃料逐步进入规模化使用时代。但是，传统的煤炭利用产生高碳排放，成为能源转型的重大难题。面向生态文明社会发展，煤炭清洁高效利用迫在眉睫，现代煤基能源技术创新势在必行。首次提出现代煤基能源技术体系定义及内涵，将其定义为基于煤炭原料的创新转化而生产具有低碳属性的煤基气、煤基油、煤基氢和煤基电等能源产品，并在矿区原位消纳二氧化碳，形成具有碳中和能力的清洁低碳能源生产系统，其技术内涵包括煤基气、煤基油、煤基氢、煤基电和矿区动态碳中和，共有5个技术模块、19个技术单元和61项关键技术。现代煤基能源技术体系在未来新型能源体系中将发挥“一主体三支撑一突破”的重要作用，即煤基电在我国电力保障中的“以煤稳电”主体作用，煤制油在我国油品安全的“以煤增油”支撑作用，煤基气对我国燃气安全的“以煤补气”支撑作用，煤基氢气对我国氢能发展的“以煤助氢”支撑作用，实现煤基能源动态碳中和技术的“以煤固碳”重大突破。当非化石能源与低碳化煤基能源之比保持在2.5～3.0，煤基能源及油气能源与风光水核能源可实现合理融合，组成具有强互补性、高可靠性、低碳排放的新质能源系统。研究预测，基于现代煤基能源技术实现重大突破和实际应用，2060年我国低碳化煤基能源产量可达10.2亿～14.6亿t标准煤，相当于全国能源需求量的18%～24%，二氧化碳排放量控制在5亿t以下，与目前基于“去煤化”的能源转型规划路径相比，煤炭在我国能源体系中的占比从10%提高到20%以上，二氧化碳排放量降低了50%。届时，现代煤基能源体系对我国能源安全保供和二氧化碳减排具有重大技术创新意义，助力我国走向能源自主独立强国。

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煤炭学报

2024年第01期

196

37
低碳化现代煤基能源技术体系及开发战略

作者(Author)：葛世荣, 樊静丽, 刘淑琴, 宋梅, 鲜玉娇, 王兵, 滕腾

摘要：煤炭为人类社会工业化进程做出了重要贡献，为保障我国能源安全和经济平稳发展发挥了关键支撑作用。从19世纪中期开始，煤炭、煤油、煤气、煤电共生的煤基燃料逐步进入规模化使用时代。但是，传统的煤炭利用产生高碳排放，成为能源转型的重大难题。面向生态文明社会发展，煤炭清洁高效利用迫在眉睫，现代煤基能源技术创新势在必行。首次提出现代煤基能源技术体系定义及内涵，将其定义为基于煤炭原料的创新转化而生产具有低碳属性的煤基气、煤基油、煤基氢和煤基电等能源产品，并在矿区原位消纳二氧化碳，形成具有碳中和能力的清洁低碳能源生产系统，其技术内涵包括煤基气、煤基油、煤基氢、煤基电和矿区动态碳中和，共有5个技术模块、19个技术单元和61项关键技术。现代煤基能源技术体系在未来新型能源体系中将发挥“一主体三支撑一突破”的重要作用，即煤基电在我国电力保障中的“以煤稳电”主体作用，煤制油在我国油品安全的“以煤增油”支撑作用，煤基气对我国燃气安全的“以煤补气”支撑作用，煤基氢气对我国氢能发展的“以煤助氢”支撑作用，实现煤基能源动态碳中和技术的“以煤固碳”重大突破。当非化石能源与低碳化煤基能源之比保持在2.5～3.0，煤基能源及油气能源与风光水核能源可实现合理融合，组成具有强互补性、高可靠性、低碳排放的新质能源系统。研究预测，基于现代煤基能源技术实现重大突破和实际应用，2060年我国低碳化煤基能源产量可达10.2亿～14.6亿t标准煤，相当于全国能源需求量的18%～24%，二氧化碳排放量控制在5亿t以下，与目前基于“去煤化”的能源转型规划路径相比，煤炭在我国能源体系中的占比从10%提高到20%以上，二氧化碳排放量降低了50%。届时，现代煤基能源体系对我国能源安全保供和二氧化碳减排具有重大技术创新意义，助力我国走向能源自主独立强国。

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煤炭学报

2024年第01期

196

37
西部干旱半干旱煤矿区生态环境损伤特征及修复机制

作者(Author)：彭苏萍, 毕银丽

摘要：我国煤炭开发重点已战略西移，实现煤炭资源绿色开采与生态协调发展，成为保障国家能源安全的重要举措之一。西部煤层大多数埋藏浅、上覆基岩薄、煤层厚，有利于一次采全高大规模井工开采或露天开采。但该地区气候干旱少雨、生态条件脆弱，大规模高强度对矿区及周边生态环境造成的损伤大。由于对开采过程中生态损伤演变机制及采后修复机理尚不清楚，没有成熟的修复理论和方法作指导，成为制约该地区煤炭高质量发展的重大难题。针对上述难题开展系统研究，认为精准勘测煤炭开采全周期工作面地质−水文地质条件和矿区生态演化特征，有助于阐明开采诱致上覆土岩破损机理、水资源散失富集与循环调运规律、生态损伤演变机理和承载力，并揭示采后矿区土岩层、水资源循环、生态自适应机理。采用植物−微生物组合修复方法，初步构建井工和露天矿山人工与自然协同的水−土−生立体耦合修复理论，提出了生态修复机制的新思考，在浅埋深矿区开采形成的裂缝发育犹如农田松土一般，成为生态修复新的契机，促进水−土−生再分配，并利用微生物修复技术，可促进矿区生态环境的正向协同发展，实现西部煤矿脆弱生态区开发“金山银山”，再造“绿水青山”的思维转变。

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煤炭学报

2024年第01期

82

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