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2023封面文章（《煤质技术》）

来源：煤质技术

《煤质技术》创刊于1986年，双月刊。封面文章涵盖了煤炭发展的节能减排、生态保护、信息采集监控与管理、性能评价及研究等领域的最新研究成果。

行业视野: 封面文章
类别; 77个
关键词; 53位
专家; 10篇
论文; 1741IP
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煤沥青球预氧化的热转化机理及热力学特性研究

作者(Author)：满梦瑶, 吴秋萍, 宋帅超, 程俊霞, 赖仕全, 朱亚明, 赵雪飞

摘要：煤沥青球主要用于制造机械强度与负载密度高、孔径分布可控的球形活性炭,球形活性炭已在环保、医疗等领域得到广泛应用,因而探索煤沥青球的氧化不熔化特性将对球形活性炭的产品性能产生影响以及指导后续炭化、活化操作,对煤沥青球预氧化的热转化机理及热力学性质研究可为利用煤沥青球制备球形活性炭提供重要的理论依据。在氧气气氛中对不同粒径的煤沥青球进行不熔化处理,采用热重分析检测方法,运用KISSINGER法和Satava-Sastak分析法及其41种机理函数模型对煤沥青球的预氧化过程进行化学动力学参数的计算与反应机理分析,探寻其粒径的大小对各参数以及热转化过程中能量需求的影响。研究结果表明:煤沥青球的预氧化过程主要分为2个阶段,第1个阶段属于预氧化不熔化的热分解过程,粒径的大小影响氧分子在沥青球内的扩散,球体粒径越大则预氧化反应能量需求越高;但不同粒径的沥青球体与氧分子发生交联反应的本质相同,活性位点数目不多,指前因子的大小几乎不受粒径的影响。进入第2阶段的热缩聚过程后,沥青球发生剧烈的氧化反应,受第1个阶段不熔化处理的影响,球径越小则表面氧原子交联官能团越多、沥青球越稳定、高温下热分解反应需求能量越多、活性位点越少,导致第2个阶段的反应活化能随着粒径增大而减小,指前因子随着粒径的增大而减小。煤沥青球整个预氧化反应过程为非自发的吸热反应,粒径对焓变(ΔH)、熵变(ΔS)有较大影响;2个阶段中尽管吉布斯自由能变(ΔG)的变化很大,但同一反应阶段下,粒径对ΔG的影响并不明显。煤沥青球热转化过程的第1个阶段符合第18号机理函数,机理函数模型为随机成核模型,随后生长;第2个阶段符合第2号机理函数,机理函数模型为随机成核模型,随后扩散。

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煤质技术

2023年第05期

134

40
基于多种动力学模型的焦炭溶损反应机理解析

作者(Author)：周璐, 史含放, 张诏民, 于海静, 李佳霖, 黄浚宸, 汪琦, 杨松陶

摘要：焦炭在高炉内与CO2发生溶损反应而导致其劣化,对焦炭溶损反应机理的动力学解析可为焦炭热性质评价及高炉顺行提供理论依据。在1100~1300℃范围内对2种不同反应性焦炭(Coke1、Coke2)进行等温、等溶损率的溶损反应实验,利用3种不同动力学模型(VM模型、GM模型、RPM模型)对其溶损反应机理进行动力学解析,得到2种焦炭在各个温度下的反应速率常数及其发生溶损反应的活化能。根据失重率计算值与实验值的平均偏差对比可知,Coke1、Coke2在同一温度下采用3种动力学模型的反应速率常数由高到低的排序为VM模型、GM模型、RPM模型,确定RPM模型为可靠性最高的动力学模型,Coke1、Coke2的溶损反应活化能分别为85.91、90.04kJ/mol,由此为焦炭在高炉内的溶损反应动力学机理研究提供理论基础和支撑。

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煤质技术

2023年第05期

133

70
活性焦超低温催化脱硝及原位热再生实验研究

作者(Author)：杨石, 王乃继, 王实朴, 李婷, 王志强

摘要：超低温催化脱硝是具有烟气成分简单、能耗低、阻力小等优点的新型脱硝工艺,而活性焦在超低温催化脱硝方面发挥重要作用,因而针对活性焦在不同气氛下的超低温催化脱硝及原位热再生实验研究,可为提升超低温催化脱硝性能提供技术支撑。利用微型固定床实验装置研究超低温(≤130℃)下不同气氛(氧化和还原)对活性焦脱除NO性能及热再生中NOx气体的影响规律与原位热再生机理。结果表明:活性焦在实验条件下脱除NO过程中,出口NO体积分数曲线随时间延长呈逐渐上升趋势,表明活性焦样品中的活性位不断被占据。其他条件不变,还原气氛下NO吸收量是氧化气氛的数倍,说明还原气氛更有利于活性焦对NO的脱除;温度越低,还原气氛与氧化气氛的NO脱除量差距越大,活性焦对NO的脱除性能越强。超低温氧化气氛下,活性焦对NO的脱除过程除存在吸附作用外,还存在催化氧化作用,可将NO氧化为NO2,并将NO2吸附于活性焦孔隙表面,吸附态NO2发生歧化反应,生成NO3。催化氧化脱硝后的活性焦在原位热再生过程中,氧化生成的高阶NOx受热又分解为NO。超低温氨气还原气氛下,除了发生NO催化氧化反应外,在还原剂NH3的作用下,活性焦表面还发生NO催化还原反应,推测有部分NO的氧化产物与NH3进一步反应生成硝酸铵,该3种反应是相互影响促进的关系。催化还原脱硝后的活性焦经原位热再生,催化氧化产物以NO形式释放,同时硝酸铵盐产物部分分解为N2和H2O。因此,还原气氛脱硝后热再生气中NO释放量与吸收量的比值比氧化气氛脱硝后的要小。随脱硝温度升高,数值随之增大,说明在实验条件下温度越高,催化还原占比越大。

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煤质技术

2023年第05期

137

56
低阶煤快速干馏焦油渣中的煤沥青提取及其表征

作者(Author)：岳佳兴, 朱亚明, 谷紫硕, 彭立春, 刘惠美, 程俊霞, 赵雪飞

摘要：高品质煤沥青是制备炭材料的优质原料,从低阶煤快速干馏焦油渣(DDTR)中提取高品质煤沥青对提高低阶煤的清洁、高附加值利用具有重要意义,而煤沥青分子结构信息的准确获取则可有效指导其高附加值利用。为了回收DDTR中的富碳有机物(煤沥青),分别以洗油(WO)、四氢呋喃(THF)和正丁醇(BA)作为溶剂对DDTR进行萃取后得到WOS、THFS和BAS共3种煤沥青。结合煤沥青的工业分析、元素分析结果,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合分峰拟合、核磁共振氢谱(1H-NMR)、气相色谱联用质谱(GC-MS)、热重分析(TGA)和热重红外联用(TG-FTIR),分别对3种煤沥青的基团组成、芳香性、分子结构、热解行为和氧化行为进行详细研究。结果表明:煤沥青的芳香性和分子量是影响软化点(SP)、结焦值(CV)、甲苯不溶物(TI)和热解行为的重要因素,且呈正相关。其中,WOS的着火点较高且氧化过程强烈,适合氧化改性,而THFS则相反。萃取得到的3种煤沥青几乎都不含喹啉不溶物(QI)且芳香性指数(fa)均大于0.70,属于高品质的煤沥青。

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煤质技术

2023年第04期

128

47
煤焦油深加工技术分离提取高值化学品研究进展

作者(Author)：常秋连, 何国锋, 陈明波, 孙海勇, 刘烨伟, 柳金秋, 严建

摘要：基于煤焦油深加工生产高附加值化学品成为当前煤化工企业实现升级转型的重要路径之一,以煤焦油为原料制取α/β-甲基萘、喹啉、吲哚、苊、氧芴、芴等化学品并已将其广泛应用于光刻胶、封装材料、电子发光材料等领域,采用煤焦油深加工技术提取高值化学品目前成为先进能源与电子材料行业亟需开发的关键技术之一,有必要对目前我国煤焦油深加工技术研发与应用现状进行归纳总结,以期为煤焦油深加工技术的发展和相关技术落地提供支撑。综述煤焦油提取高附加值化学品的现状,梳理煤基高值化学品市场应用情况和相关研究进展,总结制取煤基高值化学品的关键技术路线,通过分析煤焦油深加工技术及市场现状提出煤焦油洗油馏分制取研究的重要性和必要性,并提炼煤焦油洗油馏分制取高值化学品的研究意义和发展前景。综述研究表明:煤焦油深加工提取高值化学品是目前煤焦油加工利用的重要途径,而目前我国煤焦油深加工技术积累薄弱,无核心专利产品,分离精制设备低端,难以生产高附加值化学品,主要以技术含量较低的中间体和单体粗品为主,产品作为高端产品的工业原料出口至国外厂商进行下游深加工;开发煤焦油洗油馏分制取电子级化学品并将其作为光刻胶、LED/OLED显示器发光材料、密封胶固化剂、柔性显示器基底材料等衍生物中间体的原料,可突破我国在煤基电子级化学品方面的核心难题;开展洗油馏分深加工制取高附加值化学品研究是提高煤焦油附加值的重要技术路线之一,可满足在煤焦油洗油馏分中提取的芴、β-甲基萘等产品的市场需求;以国内现有的洗油深加工技术为基础进行创新升级,开展洗油馏分制取高附加值化学品技术的研究开发,可得到低成本、低能耗、高附加值的煤基电子级化学品并实现产业化、规模化,具有广阔的发展前景。

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煤质技术

2023年第04期

156

54
微纳米气泡与臭氧催化氧化联用技术的应用进展

作者(Author)：王冠宇, 寇丽红, 刘敏, 李兰廷, 王昊, 王亚强

摘要：臭氧催化作为1种高级氧化工业废水处理技术,因其廉价、高效、无二次污染、操作简便等优势被广泛应用于工业废水处理中。在臭氧催化氧化中,常规曝气使臭氧气泡平均粒径在毫米级以上,该种大粒径气泡会直接导致臭氧气泡稳定性差、臭氧利用率及氧化能力降低,而微纳米气泡-臭氧催化氧化联用技术能保证臭氧气泡粒径分布在200nm~60μm,可延长气泡停留时间、促进臭氧溶解及增强氧化能力。根据微纳米气泡产生的原理,阐述了微纳米气泡产生方法,包括加压减压方式、汽水循环方式、射流曝气方式等。此外,从提高臭氧溶解率和加强臭氧氧化能力2个方面论述了臭氧微纳米气泡的性质,并从难降解工业废水处理、地下水修复、杀菌消毒3个方面剖析了微纳米气泡在臭氧催化氧化中的应用。微纳米气泡-臭氧催化氧化联用技术作为一种绿色环保新兴技术,相较于传统臭氧催化氧化工艺具有明显优势,然而臭氧微纳米气泡作用于目标去除物的传质过程尚不明确,国内生产的微纳米气泡发生器质量还有待改善,需提高纳米级气泡的产出率与质量,并将臭氧微纳米气泡技术与光催化、电催化、超声催化等技术相结合以拓展其应用领域。

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煤质技术

2023年第04期

136

63
油煤浆黏度变化规律及流变特性研究进展

作者(Author)：王光耀, 赵渊

摘要：煤制油技术是国家能源安全战略的重要组成部分及推进煤炭消费转型升级的战略性举措,而油煤浆黏度变化规律及流变特性研究是煤制油技术开发中涉及的重要基础科学问题,可为油煤浆配制、输送、加压和加热过程的优化设计和操作条件优化提供理论指导和技术支持。从原料性质与工艺条件对油煤浆黏度变化规律及油煤浆流变特性研究进行综述,系统介绍溶剂性质、煤变质程度、煤显微组分、煤中矿物质、溶胀作用、煤粉添加量、煤粉粒度、煤中含水率、制浆温度和反应产物对油煤浆黏度变化规律的影响,梳理油煤浆流变特性研究进展,总结其研究方向以期为煤制油行业发展提供参考。目前关于油煤浆黏度变化规律研究已取得一定进展,油煤浆黏度受溶剂性质、煤自身性质和制浆条件等综合条件影响,通过优化煤粉粒度体系可有效降低油煤浆黏度,建立油煤浆黏温特性曲线有助于指导工业装置运行。常温常压下油煤浆黏度变化规律研究较为充分,而在反应过程的升温与高温段相关研究较为欠缺,有必要对升温段和高温段油煤浆黏度变化规律及油煤浆黏温特性机理展开进一步研究。油煤浆的流变特性与原料性质有重要关系,其流变类型受煤种、温度、粒度分布、剪切速率等因素影响,即油煤浆体系在不同剪切速率范围内表现不一样的流体特征,添加煤粉使浆体具有明显的结构化特征,从而导致浆体表现出一定程度的屈服应力或弹性。但当前关于油煤浆流变特性的研究仍较为宏观,需开发先进的实验技术与表征方法,实现油煤浆微观结构的原位动态表征,进而解释其宏观物理化学变化规律。未来需进一步推进高温高压油煤浆黏度测试标准与标准设备开发,系统研究溶剂组成与结构特征对油煤浆黏度的影响及流变特性规律,开发新型油煤浆降黏提浓技术,构建基于原料组分特点的油煤浆黏度预测模型,重点开展油煤浆输送稳定性、管道输送特性和抑制高温壁面结焦倾向研究。

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煤质技术

2023年第03期

197

55
我国煤基活性炭应用研究现状与发展趋势

作者(Author)：陈文凯, 胡子晗, 白效言, 熊银伍, 李小亮, 郭昊乾

摘要：煤基活性炭应用是煤炭清洁高效利用的重要组成部分,基于煤基活性炭具有孔隙结构发达、物理化学性质稳定、吸附性能优良、催化性能佳、易再生等特点而被广泛应用于众多领域,因此研究和归纳我国煤基活性炭的应用研究现状与发展趋势具有重要意义。对近年我国煤基活性炭的应用研究进行归纳分析,阐述煤基活性炭在我国主要应用领域的研究特点,具体探讨其在液相吸附(如水处理、食品加工、贵金属回收、医药领域等)、气相吸附(如烟气净化、挥发性有机物处理等)、催化领域(如催化剂、催化剂载体等)以及超级电容器、电极材料、土壤改良、气体分离、香烟滤器等其他方面的应用研究现状,并展望我国煤基活性炭的研究发展趋势。煤基活性炭可广泛用于市政自来水净化、生活污水与工业污水处理、医药废水处理等水处理领域,同时广泛应用于食品的脱色、除味、纯化等食品加工领域,也已将其大量应用于使用活性炭提取黄金等贵金属及与药物合成中间产物提纯和脱色精制等领域。煤基活性炭在气相吸附领域应用主要体现在烟气净化、挥发性有机物处理等,其技术应用具有较高的竞争力与较大的发展空间。煤基活性炭在催化领域应用现状主要体现在煤基活性炭自身对氧化、还原、卤化、脱氢、裂解、异构化等多种反应具有催化作用,也可作为催化剂的载体,另外还可与其负载的其他物质结合形成络合物催化剂从而达到协同催化的效果。未来需重点关注按应用需求分类生产不同类型的煤基活性炭、优质原料煤的可替代性研究、柱状活性炭新型黏结剂开发、活性炭改性新型技术研究与活性炭产业标准体系建立研究等方向。煤基活性炭作为新材料与碳素材料的重要分支,将会在我国经济的可持续发展中发挥着越来越重要的作用。

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2023年第03期

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