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镍基载氧体化学链燃烧过程中宁夏QH和YCW煤分子结构演化特征及对比分析

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化工学报 2023年第10期74卷 4252-4266,F0001页

作者：张金鹏王强王艳美严舒吴建波张慧白红存宁夏大学化学化工学院省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室宁夏银川750021

化学链燃烧(CLC)技术是全球深刻变革时期能源清洁加工和高效转化的重要研究方向。煤等固体燃料和载氧体的反应是CLC研究的核心科学问题之一。然而,其作用规律及转化机制仍不明确,尤其缺乏从原子分子尺度上理解煤等大分子固体在燃料反应... 详细信息

化学链燃烧(CLC)技术是全球深刻变革时期能源清洁加工和高效转化的重要研究方向。煤等固体燃料和载氧体的反应是CLC研究的核心科学问题之一。然而,其作用规律及转化机制仍不明确,尤其缺乏从原子分子尺度上理解煤等大分子固体在燃料反应器中分子结构演变和官能团转化的微观尺度描述。基于煤的大分子结构和反应力场分子动力学(ReaxFF MD)模拟,研究了宁夏庆华(QH)和羊场湾(YCW)煤与氧化镍载氧体的化学链燃烧过程。通过QH-NiO和YCW-NiO体系的CLC过程分析总结获得了体系总能量、总分子数、产物分布和气体转化率的规律。基于ReaxFF MD模拟过程直接获得了煤的大分子结构在CLC过程中的动态演化过程。随着CLC反应的进行,煤的大分子结构由于旧键断裂和新键生成逐步解离生成各种中间产物、CO_(x)、H_(2)O等小分子。揭示了QH-NiO和YCW-NiO体系CLC过程中载氧体释氧量和释氧速率的规律和影响机制。结果显示,相较于QH煤,YCW煤的变质程度较低,反应活性较高。因此,YCW-NiO体系总势能更低、生成的分子片段数较多,且生成非烃气体的含量也较多,可使载氧体更早开始释放晶格氧。随着CLC反应的进行,载氧体表面形成氧空位导致次外层和内部的晶格氧向表面迁移并释放。

关键词：分子模拟介尺度反应化学链燃烧煤分子结构载氧体

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水煤浆添加剂与煤分子结构匹配性能的研究

中国矿业大学学报 2006年第4期35卷 454-457页

作者：吴国光王晓春李启辉王共远刘炯天蒋玢中国矿业大学化工学院江苏徐州221008

研究了不同条件下合成的水煤浆添加剂萘磺酸钠甲醛缩合物(NSF)与不同煤化程度煤的分子结构之间的匹配性能.通过改变合成条件,合成出具有不同缩合度的NSF,利用红外光谱对其进行定量分析.将合成出的NSF分别与不同煤化程度的煤样混合进行... 详细信息

研究了不同条件下合成的水煤浆添加剂萘磺酸钠甲醛缩合物(NSF)与不同煤化程度煤的分子结构之间的匹配性能.通过改变合成条件,合成出具有不同缩合度的NSF,利用红外光谱对其进行定量分析.将合成出的NSF分别与不同煤化程度的煤样混合进行制浆实验,考察缩合度与煤分子结构的匹配性,以此来确定最佳缩合度值.结果表明:制浆时,不同煤化程度的煤对应的NSF具有不同的最佳缩合度值.

关键词：水煤浆 NSF 合成煤分子结构匹配性能

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煤分子结构与自燃特性的红外光谱研究

煤分子结构与自燃特性的红外光谱研究

作者：李绪萍辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

煤炭自燃是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一。因而,应用实验的手段研究煤的微观结构与自燃反应机理是十分必要的。本论文通过对多种不同自燃性煤红外光谱图的分析研究,在总结了前人的经验和研究成果的基础上,从微观的角度得到了易自燃... 详细信息

煤炭自燃是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一。因而,应用实验的手段研究煤的微观结构与自燃反应机理是十分必要的。本论文通过对多种不同自燃性煤红外光谱图的分析研究,在总结了前人的经验和研究成果的基础上,从微观的角度得到了易自燃煤与不易自燃煤的分子结构差异;通过对煤在实验室程序升温过程中不同温度下红外光谱图的研究分析,利用不同的方法研究了易自燃煤在不同温度变化下化学键及官能团的变化规律,进而验证了煤微观结构与组分量质差异自燃理论的正确性。

关键词：煤炭自燃煤分子结构红外光谱化学官能团吸收峰

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质谱学方法在煤分子结构剖析中的研究进展

洁净煤技术 2022年第1期28卷 23-30页

作者：樊星许浩新疆大学煤炭清洁转化与化工过程自治区重点实验室新疆乌鲁木齐830046 山东科技大学化学与生物工程学院山东青岛266590

为实现“双碳”目标下煤化工行业的转型,以煤分子的禀赋特征为出发点,通过提升其精细转化产物的价值,实现生产过程清洁化及目标产品高端化。基于质谱学方法可以深层探究煤分子的结构特征,以碰撞诱导解离等质谱方法研究煤分子及煤温和转... 详细信息

为实现“双碳”目标下煤化工行业的转型,以煤分子的禀赋特征为出发点,通过提升其精细转化产物的价值,实现生产过程清洁化及目标产品高端化。基于质谱学方法可以深层探究煤分子的结构特征,以碰撞诱导解离等质谱方法研究煤分子及煤温和转化为主线,评述了煤分子结构的相关研究进展,通过分子水平的探究为认知煤分子结构单元、监控杂原子反应途径、优选催化剂及反应体系提供了方法学借鉴。

关键词：煤分子结构碰撞诱导解离精细转化质谱分析

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陕南地区中煤阶煤分子结构演化特征

西安科技大学学报 2023年第6期43卷 1118-1127页

作者：李焕同邹晓艳张卫国乔军伟中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室湖北武汉430074 西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 商洛学院城乡规划与建筑工程学院陕西商洛726000

为研究陕南地区中煤阶煤结构中官能团的变化,以北秦岭商洛煤产地和上扬子镇巴煤产地的8个中等变质程度煤样为研究对象,采用X射线衍射和傅里叶红外光谱对煤结构进行表征,结合分峰拟合来获取官能团的相对含量及结构参数。结果表明:随着镜... 详细信息

为研究陕南地区中煤阶煤结构中官能团的变化,以北秦岭商洛煤产地和上扬子镇巴煤产地的8个中等变质程度煤样为研究对象,采用X射线衍射和傅里叶红外光谱对煤结构进行表征,结合分峰拟合来获取官能团的相对含量及结构参数。结果表明:随着镜质体反射率增大,芳环层面网间距逐渐减小,堆砌度与延展度逐渐增大,芳香度在反射率为1.30%时出现拐点;中煤阶煤芳香结构中苯环取代方式以三取代和二取代为主,随着变质程度的增高,苯环二取代的比例升高,脂肪族结构逐渐脱落导致相对比例降低,含氧官能团的吸收峰强度逐渐减弱,其中在反射率为1.3%时羰基相对含量最低;自缔合羟基、醚氧羟基和环羟基的相对含量均呈先减小后增大的趋势,煤分子结构中链状结构的环化使环状羟基相对含量在反射率为1.30%后增大,环化作用增强导致甲基含量减少,分子结构空间排列紧密,自缔合羟基相对含量增加;红外结构参数芳碳率、芳香性、芳香环缩聚程度和CH _(2)/CH_(3)等随反射率的增大而增大,成熟度的变化与醚氧或酚羟基的转化相关。总体上芳香结构相对含量增大,脂族结构减少,缩聚程度增加,生烃潜力随反射率增大,反映煤结构的生烃潜力降低。

关键词：中煤阶煤 X射线衍射测试傅里叶红外光谱煤分子结构陕南地区

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煤中噻吩类化合物的脱硫机理及煤分子结构的量子化学研究

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煤中噻吩类化合物的脱硫机理及煤分子结构的量子化学研究

作者：张福荔内蒙古大学

学位级别：硕士

本文利用量子化学方法(M06-2X、CBS-QB3)研究了2-甲基噻吩的分子性质(BDE、ACID、ESP、Becke charge、HOMO和LUMO);并计算了2-甲基噻吩、噻吩和苯并噻吩的反应能垒((35)G)、反应能((35)G)、反应热力学性质(ΔH、ΔG)以及其在惰性和氧化... 详细信息

本文利用量子化学方法(M06-2X、CBS-QB3)研究了2-甲基噻吩的分子性质(BDE、ACID、ESP、Becke charge、HOMO和LUMO);并计算了2-甲基噻吩、噻吩和苯并噻吩的反应能垒((35)G)、反应能((35)G)、反应热力学性质(ΔH、ΔG)以及其在惰性和氧化性气氛下的反应能量图。基于过渡态理论计算了基元反应的速率常数,分别从动力学和热力学角度深入地探讨了煤中噻吩类化合物在惰性和氧化性气氛下的脱硫机理,为煤中其他噻吩硫的脱除机理研究提供分子水平上的理论指导。论文主要研究内容如下:(1)惰性气氛下,2-甲基噻吩热解脱硫反应为吸热反应,且反应温度远高于600 K。氧化性气氛下,2-甲基噻吩氧化脱硫反应为放热反应,初始温度低于600 K。(2)惰性气氛下,H·有利于2-甲基噻吩热解过程中HS的生成,·S·有利于2-甲基噻吩热解生成CS。氧化性气氛下,对于COS形成,由烷基侧链比由噻吩环引发的反应在动力学上更有利;对于SO形成,双分子2-甲基噻吩砜之间的Diels-Alder环加成引起的反应在动力学和热力学上比单分子2-甲基噻吩砜分解更有利。(3)噻吩砜分解生成SO的反应为吸热反应,反应能垒高;噻吩砜通过Diels-Alder环加成反应生成SO为放热反应,反应能垒低。因此,噻吩砜生成SO的主反应为Diels-Alder环加成反应。热力学和动力学上,噻吩砜发生Diels-Alder环加成反应生成SO比分解反应更有利。(4)六元稠环化合物最适宜羧基分布的位点为稠环中的β位。随着煤阶的是升高,从褐煤、烟煤到无烟煤羧基取代基会逐渐较少。当稠环分子中同时具有五元芳香环和六元芳香环时,五元环的α位点也较易被羧基取代,这可能与五元环的α位被羧基取代后的空间位阻比六元环α位被羧基取代后的空间位阻小有关。羟基取代后的化合物受煤阶的影响比较小,羟基在烟煤中也有分布。比较适宜羧基分布的位点为同一个苯环上羟基取代的邻位,这是由于羟基和邻位的羧基形成了氢键,提供了额外的能量使分子稳定。相对于羧基,羟基在类煤化合物上分布更加稳定。类煤化合物中的硫原子不影响羧基和羟基的最适宜分布位置。

关键词：噻吩类化合物脱硫机理量子化学煤分子结构

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煤分子结构研究进展

化工时刊 2011年第1期25卷 53-56页

作者：马玉苗周肖魏贤勇新疆工业高等专科学校化学工程系新疆乌鲁木齐830091 中国矿业大学化工学院江苏徐州221008

介绍了煤的利用现状,指出制约煤炭资源高效利用的关键问题是人们没有了解其中有机质大分子确切的组成结构。评述了国内外对煤分子结构的研究方法,着重综述了国内外对煤分子结构的无分离研究、非破坏可分离的溶剂萃取研究及分析仪器在鉴... 详细信息

介绍了煤的利用现状,指出制约煤炭资源高效利用的关键问题是人们没有了解其中有机质大分子确切的组成结构。评述了国内外对煤分子结构的研究方法,着重综述了国内外对煤分子结构的无分离研究、非破坏可分离的溶剂萃取研究及分析仪器在鉴定煤分子结构中的应用。

关键词：煤分子结构无分离溶剂萃取研究进展

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煤分子结构与模型化合物反应研究

煤炭技术 2003年第5期22卷 100-102页

作者：李岳王新红江苏省煤矿研究所江苏徐州221006 中国矿业大学化工学院江苏徐州221006

煤分子结构与模型化合物反应研究是煤洁净、高效和高附加值利用的基础。综述了煤分子结构及模型化合物研究的进展。着重讨论了煤分子结构中的共价键与非共价键连结 ,供氢溶剂及催化剂存在下模型化合物的氢转移机理。

关键词：煤分子结构模型化合物反应附加值催化剂煤液化氢转移机理

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基于煤分子结构特性的炼焦煤热解动力学研究

燃料与化工 2024年第4期55卷 1-6页

作者：韩新杰李凯岳伟明崔贝贝申岩峰山西焦煤集团炼焦煤清洁利用实验室太原030023 山西焦化股份有限公司洪洞041606 太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室太原030024

借助固体核磁(13C NMR)和红外光谱(FT-IR)对4种不同煤化程度炼焦煤的分子结构特性进行了分析,利用热重-质谱联用技术(TG-DSC-MS)解析了炼焦煤热分解行为并计算了热解动力学参数。结果表明:4种炼焦煤的结构单元主体为2~4元苯环,其中,ZC... 详细信息

借助固体核磁(13C NMR)和红外光谱(FT-IR)对4种不同煤化程度炼焦煤的分子结构特性进行了分析,利用热重-质谱联用技术(TG-DSC-MS)解析了炼焦煤热分解行为并计算了热解动力学参数。结果表明:4种炼焦煤的结构单元主体为2~4元苯环,其中,ZC煤中富含长链脂肪烃,LL煤中热稳定性较强的联苯结构较多。4种煤的热解过程均可用3段一级反应动力学模型描述,初始热解阶段煤基体失重量与煤中脂肪醚和环烷醚含量有关;剧烈分解阶段的活化能显著高于初始分解阶段和半焦缩聚阶段;半焦缩聚阶段与煤芳构化程度有关,主要发生芳香团簇的交联缩聚反应,CZ煤在此阶段释放出更多热量。通过从煤分子化学结构稳定性的角度解析炼焦煤热分解机制,以期为炼焦煤资源分质利用及精细化煤焦化技术开发提供理论指导。

关键词：炼焦煤煤分子结构热解特性热解动力学