- 张玉柱;张慧超;伍定虎;朱亚明;程俊霞;王莹;赵雪飞;
基于焦炭是高炉炼铁中的重要炭源且在熔炉熔化区和滴落区起到不可替代的支撑、渗透和间接还原铁矿石的作用，因而通过添加芳香族重质物与炼焦煤共炭化制备焦炭为实现焦炭提质降本的重要途径之一。为了实现低阶煤快速干馏残渣(CRDR)的高附加值利用以及拓宽炼焦原料的来源，研究以CRDR为热塑性添加剂并分别与3种不同变质程度的炼焦煤共炭化处理，从而制备系列焦炭。利用转鼓强度、显微强度、偏光显微镜、扫描电镜(SEM)、XRD和Raman光谱等方法探讨共炭化过程中CRDR分别与3种不同变质程度炼焦煤之间的相互作用，探究CRDR对共炭化焦炭的结构性能和微晶结构的影响。结果表明：添加CRDR对共炭化焦炭性能的影响，随煤变质程度的升高而愈加明显；1/3焦煤中添加CRDR后，共炭化焦炭的转鼓强度和显微强度无明显变化，添加量提升至7%时，共炭化焦炭的光学各向异性指数(OTI)达到82.61,炭微晶结构更加规整；焦煤和瘦煤中添加CRDR后，共炭化焦炭的转鼓强度和显微强度有较大的提升，但添加量超过3%后，共炭化焦炭的OTI指数减小、石墨晶体含量降低，不利于晶体结构的生长。
2025年03期 v.40;No.260 1-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 1148K] - 罗云红;刘超雷;李金泽;孙章;
研究相近煤阶中的镜质组在热解过程中的相互作用有利于深入认识煤的炭化成焦机理，可为完善配煤理论和炭化机理提供实验基础和理论依据。选用相近煤阶的唐山和鹤岗1/3焦煤为试样，富集纯化的镜质组按照不同比例混合炼焦，采用TG、XRD、SEM考察所得焦炭气化反应性、微晶结构及表面形貌的变化。研究表明，随着TS镜质组含量的增加，焦炭的最大气化速率(DTG_(max))呈现先降低后增高的趋势，2种镜质组在炭化过程中存在相互作用，基于速率差值提出以交互作用因子(α)表征相互作用的程度(α=4.93%)。XRD和SEM分析结果表明TS∶HG=1∶1配煤时所得焦炭的石墨化程度更高，焦炭表面形貌相对光滑，晶格缺陷较少。2种煤的镜质组在热解中的相互作用可促进焦炭中微晶的生长，焦炭微晶结构更加有序，抵御CO_2侵蚀能力更强。
2025年03期 v.40;No.260 12-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 533K] - 徐申;战丽;盖云峰;王钟欧;刘思彤;
近年来随着“双碳”目标的实施及计算化学技术的发展，我国煤炭的三维分子模型构建研究迎来新机，但无烟煤的分子模型研究与烟煤相比则尚显匮乏，基于无烟煤三维分子模型构建有利于系统地了解现有国内无烟煤的结构特点并为其加工利用研究提供一定的理论基础，需对中国无烟煤三维分子模型构建研究进展进行归纳总结。汇总分析基于统计平均法构建的无烟煤三维分子模型以及基于非统计平均法构建的无烟煤大分子模型，重点介绍模型构建方法、无烟煤的二维分子结构、不同地区无烟煤的分子结构特点、分子模拟软件及参数设置，并对比分析国内外无烟煤分子模型构建研究，剖析无烟煤分子模型的应用概况。目前无烟煤三维模型主要是由统计平均获得的二维模型通过分子模拟软件转化得到，较大的三维分子模型中含15个单分子，接近6 000个原子。无烟煤的单分子中芳香结构主要由2～4个苯环构成，脂肪侧链基本都以甲基的形式存在，占总碳3%～5%。氧原子以—O—、—C=O—、—COO—等形式存在；氮原子主要以吡啶、吡咯等结构出现；大部分模型忽略了硫原子。不同无烟煤中官能团的类型、数量和连接位点存在差异，分子模拟参数设置也存在差异。随着辅助分子设计软件、人工智能及分子模拟等技术的发展，开发科学可靠的特定于煤分子的构建方法捕捉多样性结构信息，有助于构造更贴近真实煤分子复杂多样及不均一多种组分组成的无烟煤分子。
2025年03期 v.40;No.260 19-33+41页 [查看摘要][在线阅读][下载 1665K] - 樊丽华;谢家浩;程欢;安占来;肖璐颖;梁英华;
煤热解作为煤炭清洁高效转化的关键路径且能够生产煤气、焦油等多种高附加值产品，热重分析技术因在程序控温条件下精确测量物质质量与温度关系而成为煤热解研究领域的核心手段之一，即热重分析技术在煤热解领域的应用可有效缓解能源危机与降低环境污染。从煤热解的特征温度与阶段划分、煤种差异对热解特性的影响阐述热重分析在煤热解特性研究中的应用，从反应动力学模型概述、动力学参数的计算与分析、动力学模型对煤热解过程的模拟与预测剖析热重分析在煤热解反应动力学研究中的应用，聚焦热重分析技术在煤热解领域的应用与研究动态，阐述热重分析的基础原理及实验影响7个因素。在煤热解特性研究方面，其过程分3个阶段，可依TG、DTG曲线确定起始、最大质量变化速率、终止温度等参数，且不同煤种及岩相组成热解特性有别。反应动力学研究中的单一反应、分布活化能等模型及积分法、等转化率法等计算方式以及煤质特性与反应条件对动力学参数的影响研究均可用于模拟预测热解过程。通过梳理现有热重分析技术在煤热解领域研究现状，指出热重分析与其他技术联用仍存在数据处理和分析方法不够完善的不足之处，未来发展趋向包括构建具有类似工业反应器物料流动特性的热重装置、研究不同动态条件下煤热解的特性以提高热重实验结果对工业热解过程的适用性和指导价值、构建更精确的自由基反应动力学模型、结合分子动力学模拟等先进理论计算方法研究煤热解的化学键断裂形成和分子的相互作用等。
2025年03期 v.40;No.260 34-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 177K] - 寇丽红;王冠宇;刘红;刘敏;李兰廷;
煤气化工程作为现代煤化工产业发展的核心领域，其为煤炭清洁高效的主要利用途径之一，即各种煤气化技术随着经济发展应运而生，但也导致大量煤气化渣的产生，因而需对煤气化渣中未经气化的碳、无机矿物以及重金属等资源利用深度处理，从而促进工业固废根据元素的价值进行综合开发和利用，以期提高工业固废在各个领域的高价值利用程度。介绍煤气化渣的产生、分类和其理化属性，结合煤气化渣具有独特的物理和化学属性，分析煤气化渣制备催化剂的优势，并深入讨论成功制备的催化剂在各领域应用中所面临的挑战和潜在机会。在煤气化渣的催化剂制备过程中，需考虑原煤的产地、炉型、气化工艺不同而使不同煤气化渣的理化性质存在差异，根据不同煤种考虑不同的制备工艺以探索理化性质对催化剂制备的影响规律，充分发挥其高含碳量、多孔结构和高活性的优势，开发过程简单、适应性强的煤气化渣催化剂制备路线。选择合适的碳灰分离或炭灰同步利用方式，加强组分转化和改性，高效实现煤气化渣中无机矿物和残炭组分的分级利用以减少其对环境的影响。利用由煤气化渣制备的催化剂以处理多种污染物，可实现废物再利用的目标，促进其被大规模消纳和资源再利用，从而实现绿色、低碳的循环利用。
2025年03期 v.40;No.260 42-50+62页 [查看摘要][在线阅读][下载 406K] - 李恒;毛学锋;李军芳;钟金龙;孙莹;谢闯;
Friedel-Crafts酰基化反应为有机合成中形成碳-碳键的重要反应之一，其中Lewis酸具有较高活性并在促进酰化反应中发挥关键作用，可大幅促进Friedel-Crafts酰基化绿色催化及资源利用化技术的发展。综述Lewis酸催化剂在Friedel-Crafts酰基化反应的应用进展，将不同类型的Lewis酸催化剂分类为金属卤化物lewis酸催化剂、三氟甲磺酸盐lewis酸催化剂、复合lewis酸催化剂、非金属lewis酸催化剂，揭示Lewis酸催化剂在促进芳香酮合成方面的独特优势和潜在应用，就各类催化剂存在的实际问题提出优化方向，并对更高效率、选择性和环境可持续性催化剂的开发前景进行展望。以AlCl_3为代表的传统金属卤化物Lewis酸催化剂具有催化能力强、能活化不同的亲电底物、反应选择性好、价格便宜且易于实现工业化生产的优点，但其最大的缺点为无法实现多次使用。三氟甲磺酸盐Lewis酸催化剂适于在水相、含水有机相、有机相以及无溶剂体系进行催化合成，具有条件温和、用量少、高效、易于回收利用且活性不减等优势，符合绿色化学原子经济性的要求，能活化包括羧酸在内多种的酰化剂，但其生产成本较高、催化剂腐蚀性强，同时对各类反应物不具有普遍适用性，对惰性亲电底物的活化能力较弱，对特定反应位点的区域选择性较差。复合lewis酸催化剂是将金属卤化物、三氟甲磺酸盐、Br?nsted酸耦合参与传统相应场景下的Friedel-Crafts酰基化反应，在减少金属卤化物用量的同时可发挥各类催化剂的特点且提高生产经济性。三氟化硼类的非金属Lewis酸催化剂已成为表现突出的催化剂，在对环境影响最小的情况下提供高产率和选择性，其显著的可重复使用性和相对较低的废物产生使其成为传统金属基催化剂的可持续替代品。Lewis酸傅克酰基化反应的领域发展趋势为采用更可持续、更高效的合成方法以及对新型催化体系的持续探索，未来的研究工作应侧重于进一步减少酰基化反应对环境的影响、扩大底物范围并扩大有前景的催化系统用于商业用途，即应以较低的催化量更加灵活地选用金属氯化物参与相应场景下的Friedel-Crafts酰基化反应。
2025年03期 v.40;No.260 51-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 472K] - 丁佳文;刘鹏;林书行;杨佳斌;兰孝宇;董启基;马英杰;
由于回转窑-矿热炉工艺中存在工业炉窑的能耗与废弃物排放量大且余热余能利用率低等问题，利用其炉内烟气的余热、余能对提升RKEF工艺的能源利用效率以及削减污染气体排放等均具有举足轻重的意义。研究设计1款回转窑五通道燃烧器并将其用于炉气和煤粉混合燃烧，采用计算流体动力学方法对回转窑内的气固两相燃料混合燃烧过程进行数值研究，分析炉气燃料的加入对回转窑内温度场、燃烧特性以及NO_x排放的影响。研究发现：在煤粉中混入气体燃料，鉴于轴流风与二次风之间存在显著的速度差，致使高温二次风被轴流风裹挟卷入，进而形成外循环区，能够显著提升煤粉的燃烧速率，同时优化回转窑内部的温度分布格局；采用炉气-煤粉混合燃料进行燃烧时，回转窑内的峰值温度以及焙烧区温度均呈现下降趋势，即由于气体燃料的掺入促使煤粉燃烧进程提前启动，使得黑火头的长度明显缩短，焙烧带位置也更靠近燃烧器，致使火焰呈现出稳定的“棒槌状”外观；随着炉气燃料的加入，回转窑内的峰值温度和焙烧区温度均有所下降，有助于缓解结圈现象的发生；加入炉气燃料还能有效降低NO_x的排放，回转窑出口处的NO_x质量浓度从655 mg/m~3降至327 mg/m~3,NO_x排放量减少了50.1%。
2025年03期 v.40;No.260 63-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 387K] - 刘振建;蒲超;都喜东;嵇洋洋;涂欣雨;
在CO_2-ECBM背景下对煤的纳米孔隙结构对CO_2/CH_4选择性吸附的影响进行研究，可有效提升CO_2对CH_4驱替置换效果的预测精度。为了研究煤对CO_2/CH_4选择性吸附与其纳米孔隙结构的内在联系，以4组不同煤阶煤样为研究对象，开展低压N_2/CO_2吸附及高压CO_2/CH_4吸附试验，定量表征煤的纳米孔隙结构特征及其对CO_2/CH_4的吸附性能，探讨煤的孔隙结构对CO_2/CH_4选择性吸附的控制作用。结果表明：比表面积及孔容在1～50 nm范围随煤阶升高而降低，在0.5～1.0 nm范围随煤阶升高呈“U”型变化规律；CH_4和CO_2的吸附等温线均能被Langmuir方程较好地拟合，单分子层饱和吸附量与温度呈负相关关系，CO_2的吸附常数显著大于CH_4;煤对CO_2/CH_4的选择性吸附系数介于3.89～7.97,与温度负相关而与煤的微孔D-R比表面积正相关，表明微孔分布有利于提升CO_2对CH_4的吸附选择性。
2025年03期 v.40;No.260 69-75+85页 [查看摘要][在线阅读][下载 673K]