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脱灰对两种烟煤半焦碳结构及CO_2气化反应性的影响

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中国矿业大学学报 2013年第6期42卷 1040-1046页

作者：林雄超王彩红田斌张书周剑林王永刚中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 华东理工大学煤气化及能源化工教育部重点实验室上海200237

利用XRD和激光Raman分析了两种典型中国烟煤脱灰前后半焦的碳结构变化,以等温热重法在常压和900～1 200℃温度范围内研究了半焦CO2气化反应性.结果表明,脱灰可以改变煤中局部大分子碳结构,导致煤焦的碳结构有序化程度降低,有利于气化剂... 详细信息

利用XRD和激光Raman分析了两种典型中国烟煤脱灰前后半焦的碳结构变化,以等温热重法在常压和900～1 200℃温度范围内研究了半焦CO2气化反应性.结果表明,脱灰可以改变煤中局部大分子碳结构,导致煤焦的碳结构有序化程度降低,有利于气化剂渗入碳层内部,增加反应活性位;脱灰减少了热解气缩聚支撑点,降低了二次热缩聚发生.两个因素共同作用可提高脱灰半焦的CO2气化反应活性.神华煤灰催化成分含量较高,脱灰后催化作用消失,而脱灰引起的碳微结构变化使反应性增强,脱灰前后反应性差别不大;兖州煤灰催化作用相对较弱,而且灰分含量较高,脱灰对碳结构变化影响较大,因此脱灰后反应性明显增强.

关键词：等温气化脱灰半焦反应性碳结构变化

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表面活性剂对炭素泡沫结构与性能的影响

材料研究学报 2007年第5期21卷 523-530页

作者：闵振华许德平曹敏林雄超王永刚中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 河南理工大学材料科学与工程学院焦作454000

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和Span-40表面活性剂为添加剂,AR沥青为原料,制备炭素泡沫材料,测定了材料的体积密度、显气孔率、压缩强度、常温热导率以及微晶结构参数,研究了添加表面活性剂后AR沥青的流变性能和炭素泡沫材料孔胞结构的变化... 详细信息

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和Span-40表面活性剂为添加剂,AR沥青为原料,制备炭素泡沫材料,测定了材料的体积密度、显气孔率、压缩强度、常温热导率以及微晶结构参数,研究了添加表面活性剂后AR沥青的流变性能和炭素泡沫材料孔胞结构的变化.结果表明,表面活性剂使炭素泡沫的平均孔径变小,孔径分布趋于均匀,韧带的层片织构排列更为规整、致密.添加SDBS的炭素泡沫,孔壁较薄,开孔率较高,具有较低的体积密度(0.36 g/cm^3)、较高的显气孔率(83.35%)、较小的层片间距d_(002)(0.3366 nm)、较高的常温热导率(55.96 W/m·K)和比热导率(155.44(W/m·K)/(g/cm^3)).添加Span-40对炭素泡沫的体积密度、显气孔率和热导率的影响较小,但是使石墨化度提高,使其具有较高的压缩强度(2.39 MPa).

关键词：无机非金属材料炭素泡沫表面活性剂孔胞结构高导热高强度

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烧结特性对煤灰导热性能的影响

煤炭学报 2015年第12期40卷 2948-2953页

作者：徐荣声王永刚林雄超许德平曾俊饶天曦中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

为了解析煤灰在反应器内壁或换热器表面上沉积层的导热特性,以3种煤灰(X,J和A)为原料,通过XRF,XRD,SEM-EDX以及热常数测定仪等分析化学组成、结构以及形貌对烧结煤灰导热性能的影响。结果表明:烧结煤灰的导热率和体积密度都随着温度的... 详细信息

为了解析煤灰在反应器内壁或换热器表面上沉积层的导热特性,以3种煤灰(X,J和A)为原料,通过XRF,XRD,SEM-EDX以及热常数测定仪等分析化学组成、结构以及形貌对烧结煤灰导热性能的影响。结果表明:烧结煤灰的导热率和体积密度都随着温度的升高而增大,增大趋势因煤灰的化学组成不同而有明显差异。体积密度和导热率的增加速率都随硅比的增大而减小,随碱酸比的增大而增大。体积密度与热导率的变化呈线性关系。高温下,莫来石和石英等耐熔矿物的大量存在使酸性灰(X和J)的烧结速率缓慢,烧结体结构改变较小,导热率增加缓慢;而单斜辉石、钙长石等矿物质的存在,促使A烧结体的体积密度显著改变,导热率快速增加。

关键词：煤灰导热率化学组成体积密度

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煤基石墨烯在锂离子电池中的应用

洁净煤技术 2022年第6期28卷 82-90页

作者：潘强谷小虎林雄超马名杰中国平煤神马集团炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室河南平顶山467000 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 河南理工大学化学化工学院河南焦作454000

以煤为前驱体,通过物理、化学耦合方法,可制备高附加值的石墨烯材料,且可提高产品振实密度,具备一定的揉曲结构,但工艺流程长,需改善煤炭纯化脱灰、催化石墨化、氧化还原工序或热解CVD技术。石墨烯作为一种新型碳纳米材料,具有高导电性... 详细信息

以煤为前驱体,通过物理、化学耦合方法,可制备高附加值的石墨烯材料,且可提高产品振实密度,具备一定的揉曲结构,但工艺流程长,需改善煤炭纯化脱灰、催化石墨化、氧化还原工序或热解CVD技术。石墨烯作为一种新型碳纳米材料,具有高导电性、高导热性、比表面积大和机械性能稳定等优势,在锂离子电池行业中应用前景广阔。针对复合石墨烯对锂离子电池正极、负极和导电剂的影响,总结石墨烯在锂离子电池中的应用进展和最新研究成果。石墨烯通过与活性材料和传统导电剂复合,可实现“面-点”和“点-点”充分接触,从不同空间跨度上在活性材料周围形成高效稳定的导电网络,同时发挥材料各自独有的特点,并且能够抑制充放电时活性材料产生的体积膨胀效应,稳定结构,从而提高整个体系的比容量、充放电性能、循环性能、倍率性能等电化学特性,改善电池体系的散热性能,提高使用温度上限,与传统的炭材料相比具备明显优势。煤分子结构、元素组成、矿物质组分、显微组分和变质程度的差异,会影响石墨烯产品的性能。变质程度高的煤种,可以获得石墨化度较高的产品,最终石墨烯微晶尺寸更大,片层更少;若以褐煤、烟煤为原料,必须经过深度破碎,石墨化条件更为苛刻。以锂离子电池应用为导向,宜采用煤直接氧化还原工艺,原料以变质程度较深的无烟煤为主,可生成石墨化度更高、微晶尺寸更大、片层更少的石墨烯。煤中本身含有一部分氧元素,在氧化还原过程中会脱除大量含氧官能团,会在石墨烯片层留下部分缺陷与无序的碳空位,会在锂电池充电过程中充当储电穴位,增加可逆容量。加强煤预处理研究,优化煤大分子基本单元的构造,改善芳烃结构单元,使有机多环芳烃分子较容易转化为层状石墨结构,利于后续氧化插层;在现有电池体系中,石墨烯直接作为锂离子电池负极存在电压滞后、库伦效率低的缺点,需进一步研究嵌锂脱锂过程中石墨烯的微观变化。而电极厚度、活性材料颗粒的尺寸差异、石墨烯表面性质、官能团含量、层数及片层结构等因素影响石墨烯优势的发挥。

关键词：石墨烯锂离子电池导电剂正极材料负极材料

新疆富铁低阶煤在水蒸气气化过程中的矿物转化特性

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煤炭学报 2023年第3期48卷 1365-1375页

作者：吕俊鑫王永刚鲍亚寒林雄超许德平中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

富铁煤在我国分布广泛,研究富铁煤在高温高压下的矿物转化特性对于其高效利用十分必要。采用加压固定床反应器,研究了新疆准东富铁低阶煤(ZC)在水蒸气气化过程中的矿物转化特性。利用XRD、SEM-EDS和拉曼光谱等手段对原煤、热解半焦和气... 详细信息

富铁煤在我国分布广泛,研究富铁煤在高温高压下的矿物转化特性对于其高效利用十分必要。采用加压固定床反应器,研究了新疆准东富铁低阶煤(ZC)在水蒸气气化过程中的矿物转化特性。利用XRD、SEM-EDS和拉曼光谱等手段对原煤、热解半焦和气化过程的残渣进行了矿物组成、形貌特征和有机碳微观结构分析。研究发现,典型新疆富铁低阶煤中的铁主要以菱铁矿和铁闪锌矿的形式存在。在灰化过程中,500℃温度使原煤中的含铁矿物转化为赤铁矿,标准灰化温度815℃部分形成铁尖晶石和铁橄榄石等含铁的低温共熔玻璃体。在氮气气氛下热解,半焦中铁的存在形式主要是单质铁。典型新疆富铁低阶煤在水蒸气气化过程中,首先在炭基体表面形成含钙、钠的硅铝酸盐低熔点矿物相。随着气化压力的增加,这种低熔点矿物相含量增加,说明压力能够促进含钙、钠低熔点硅铝酸盐的生成。压力升高到3 MPa,钙铁斜长石晶相含量增加,升高的压力能够促进富铁矿物参与到硅铝酸盐玻璃相的形成过程中,这将使灰的熔融温度进一步降低。气化时间对矿物转化的影响较为复杂,随着气化时间的增加,气化残渣中含铁矿物相的种类和含量都有所增加,在气化时间3 h条件下,主要生成含铁的硅铝酸盐低温共熔物和含铁硅酸盐,如钙铁辉石和钙铁榴石,这主要是因为随着气化时间的增加,阻碍灰分颗粒相互接触的炭基体消失,使得矿物相得到充分的接触。未反应的含铁矿物在气化剂的存在下被氧化生成赤铁矿。含铁矿物的存在,同时也促进了低温共熔物在炭基体表面的聚集,在一定程度上抑制了碳结构由有序向无定型的转化。

关键词：富铁煤低阶煤气化无机矿物碳结构

加压气化过程煤中矿物转化对典型有害元素迁移行为的影响

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煤炭学报 2022年第10期47卷 3782-3790页

作者：王彩红刘淑琴姜哲郭小萌林雄超中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

揭示特定工况下有害元素的迁移规律、转化机理及影响因素,对建立气化过程中有害元素污染过程控制方法,实现煤炭的清洁转化具有重要的理论指导意义。煤中矿物质是有害元素赋存的主要载体,在加压气化过程中矿物的转化会直接影响有害元素... 详细信息

揭示特定工况下有害元素的迁移规律、转化机理及影响因素,对建立气化过程中有害元素污染过程控制方法,实现煤炭的清洁转化具有重要的理论指导意义。煤中矿物质是有害元素赋存的主要载体,在加压气化过程中矿物的转化会直接影响有害元素的迁移。研究针对典型褐煤,在自制固定床加压气化实验考察了特定气化条件下煤中矿物质转变对有害元素F,Hg,As,Se,Cd,Pb,U和Be演化行为的影响。结合FactSage热力学模拟,解析了气化过程灰渣中有害元素的演变规律。结果表明,有害元素在原煤中主要与矿物质结合,并在气化过程呈3种不同形式的迁移行为。有害元素As易于富集在直径略小于10μm的细颗粒矿物质中;F倾向于与碱性元素结合,并可能被吸附于层状矿物质中;Pb与黄铁矿伴存。经加压气化后,F,Hg,Se和Cd,尤其是F和Hg,相对富集系数RE<1,呈耗散趋势。As的RE随气化温度升高显著增大,由耗散转变为富集;而Pb则相反。U和Be在灰渣中富集,RE始终大于1。在矿物转化过程中,黄铁矿分解促进亲硫性有害元素Hg,As,Se,Cd和Pb的析出;高岭石等黏土矿物的转化有利于F的挥发。温度高于800℃后,白云母、钙基矿物质的分解进一步影响As,Pb,U和Be的迁移。热力学模拟表明,As,U,Be倾向于以砷酸盐、砷化镁、氧化铀和铝酸铍形式富集在气化灰渣中,在灰渣的堆放及无害化处理过程中需给予关注。

关键词：加压气化矿物转化有害元素相对富集系数热力学平衡

压力对溶剂法脱除焦油沥青中固体颗粒物的影响

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化工进展 2021年第2期40卷 763-770页

作者：李磊王永刚林雄超吕俊鑫何金张玉坤中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

精制沥青是制备各种功能炭材料的前体,焦油沥青需要预处理脱除其中的固体颗粒物(称为喹啉不溶物,QI)以得到精制沥青,压力是脱除QI的重要条件。本文以煤焦油沥青和添加生物质沥青的混合沥青为原料,研究压力对溶剂法脱除固体颗粒物的影响... 详细信息

精制沥青是制备各种功能炭材料的前体,焦油沥青需要预处理脱除其中的固体颗粒物(称为喹啉不溶物,QI)以得到精制沥青,压力是脱除QI的重要条件。本文以煤焦油沥青和添加生物质沥青的混合沥青为原料,研究压力对溶剂法脱除固体颗粒物的影响,测试不同压力下精制沥青的QI含量及产率,利用纳米粒度分析仪、扫描电子显微镜和高温黏度测定仪对QI颗粒形貌、粒度及脱除体系黏度进行表征和测定,分析压力对固体颗粒物絮凝沉降的影响规律。研究结果表明,增加压力对沥青收率升高有明显影响,使精制煤焦油沥青的收率由常压的64.6%(质量分数)提升至1MPa时的84.3%(质量分数),精制沥青的QI含量维持在0.06%~0.1%(质量分数)之间。添加15%生物质沥青的混合沥青,产率则由常压时的55.7%(质量分数)提升至1MPa时的72.5%(质量分数)。压力对精制沥青的QI含量影响较小,压力增大,溶剂对沥青组分尤其是重质组分的溶解能力增强,使精制沥青产率升高。较高压力也使体系的黏度略微增大,造成部分QI颗粒沉降困难,不过影响较小。中间相沥青制备的结果表明,精制沥青可以制备出具有流域型结构的中间相沥青,添加生物质沥青更好地改进了流域型的显微结构。

关键词：溶剂萃取沉降分离热解

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内在矿物对高灰褐煤热解焦收率及特性的影响

煤炭学报 2017年第8期42卷 2157-2163页

作者：李昌伦王永刚林雄超杨远平田震武欣中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

利用分选、酸洗和添加矿物的方法制备出不同灰含量和矿物成分的褐煤煤样;使用沉降管反应器(DTR)和热重分析仪(TGA)研究内在矿物在800~1 200℃对褐煤热解的影响。结果表明,内在矿物可以降低褐煤的热解反应活性,增加低温(800)热解焦收率;... 详细信息

利用分选、酸洗和添加矿物的方法制备出不同灰含量和矿物成分的褐煤煤样;使用沉降管反应器(DTR)和热重分析仪(TGA)研究内在矿物在800~1 200℃对褐煤热解的影响。结果表明,内在矿物可以降低褐煤的热解反应活性,增加低温(800)热解焦收率;碱金属和碱土金属(AAEM)是起主要作用的矿物成分。在高温条件下(≥1 000℃),内在矿物可通过催化原位水蒸气气化反应降低焦收率。焦收率的减少量正相关于煤样的灰分含量和内水含量,以及碱性金属总量。Raman光谱分析表明,内在矿物有延缓半焦微晶结构有序化和抑制交联键断裂的作用。内在矿物可促进半焦孔结构的形成,增大半焦的比表面积;钙为起主要作用的矿物成分。随热解温度的上升,过多的矿物会抑制半焦孔结构的进一步扩展。

关键词：褐煤内在矿物热解焦收率微观结构

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煤系针状焦偏光显微结构的识别及定量分析

燃料化学学报 2021年第3期49卷 265-273页

作者：李磊林雄超刘哲张玉坤寇世博王永刚中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

以精制煤焦油沥青为原料制备针状焦。利用bricc-m煤岩自动测试系统和RICC-Imager图像分析软件,使用打点计数方法,对煤系针状焦偏光显微结构进行定量分析。进一步利用扫描电子显微镜进行针状焦微观结构解析。结果表明,在炭化温度为490℃... 详细信息

以精制煤焦油沥青为原料制备针状焦。利用bricc-m煤岩自动测试系统和RICC-Imager图像分析软件,使用打点计数方法,对煤系针状焦偏光显微结构进行定量分析。进一步利用扫描电子显微镜进行针状焦微观结构解析。结果表明,在炭化温度为490℃、炭化压力为0.2 MPa、反应时间为6 h条件下制备的生焦,定量分析其广域流线型结构含量为87.8%,显示出较好的光学显微结构。对比传统人工定量分析方法,使用计算机打点计数方法进行定量分析,提高了测试结果的准确性,更加高效,是针状焦显微结构识别和定量分析的有效手段。

关键词：热解焦化显微结构数值分析定量分析