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低浓度甲烷热氧化流向变换反应器的动态行为及余热回收研究

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燃料化学学报（中英文） 2024年第4期52卷 595-606页

作者：李志凯吴志伟秦张峰董梅樊卫斌王建国中国科学院山西煤炭化学研究所煤炭高效低碳利用全国重点实验室山西太原030001 中国科学院大学北京100049 滨州魏桥国科高等技术研究院山东滨州256606

废弃煤矿的低体积分数甲烷(1%-3%)通常被直接排放到大气中,但其较高的升温潜势带来了严重的环境问题。在流向变换反应器中直接热氧化甲烷是一种有吸引力的解决方案,但潜在的爆炸和不稳定燃烧等风险限制了其应用。阐明低含量甲烷在流向... 详细信息

废弃煤矿的低体积分数甲烷(1%-3%)通常被直接排放到大气中,但其较高的升温潜势带来了严重的环境问题。在流向变换反应器中直接热氧化甲烷是一种有吸引力的解决方案,但潜在的爆炸和不稳定燃烧等风险限制了其应用。阐明低含量甲烷在流向变换反应器中热氧化的动力学行为是开发工业级反应器的基础。为此,采用数值模拟的方法分析了低含量甲烷热氧化流向变换反应器的自热操作边界,深入研究了热空气导出量对流向变换反应器行为的影响。结果显示,甲烷体积分数超过0.2%即可实现自热操作;甲烷体积分数从0.5%提升至3.0%,最高床温仍维持在1200℃左右。当甲烷体积分数超过0.5%,可以回收部分热量;相同甲烷含量条件下,最高床温随着热气抽出量的增加而增加;随着甲烷体积分数从0.5%提升到3.0%,允许导出的热空气从12.5%几乎线性地增加到32%。进一步研究发现,以30-50 s的时间间隔反向流动可以确保甲烷的完全转化和床温稳定。上述结果表明,甲烷体积分数在1%-3%时,采用热氧化处理可以实现余热回收;此外,通过调整换向时间和热空气导出量可以实现床层温度控制。

关键词：低含量甲烷热氧化流向变换反应器余热回收热空气导出

大柳塔52606工作面沿空留巷围岩走向非均匀破坏机制研究

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煤炭工程 2024年第1期56卷 49-56页

作者：迟国铭周海丰李刚石占山王巍国能神东煤炭集团有限责任公司大柳塔煤矿陕西神木719315 辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 国能神东煤炭集团有限责任公司神东煤炭技术研究院陕西神木719315

大柳塔煤矿沿空留巷工作面混凝土墙及煤柱受力变形与煤层埋深呈现明显相关性,为获取埋深影响留巷侧围岩非均匀破坏的机制,以52606工作面开采为背景,采用相似材料模拟实验和理论分析的方法对岩层垮落结构及应力分布规律进行研究。结果表... 详细信息

大柳塔煤矿沿空留巷工作面混凝土墙及煤柱受力变形与煤层埋深呈现明显相关性,为获取埋深影响留巷侧围岩非均匀破坏的机制,以52606工作面开采为背景,采用相似材料模拟实验和理论分析的方法对岩层垮落结构及应力分布规律进行研究。结果表明,埋深增加,对应的周期来压步由10 m逐渐增加至约20 m。支承压力应力升高区范围增加,应力集中系数增加,应力峰值位置距离工作面距离减少。工作面顶板裂隙密度增加,不利于在埋深大区域形成支撑结构,不利于留巷稳定。埋深较大的终采线侧垮落角为34°,埋深较小的开切眼侧垮落角为43°。垮落角减小悬臂结构长度增加,破碎围岩支撑力减弱导致埋深大区域巷道发生大变形。

关键词：沿空留巷埋深相似模拟覆岩裂隙

高强度开采煤壁稳定性关键因素量化与危险性分级研究

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煤炭学报 2024年

作者：闫少宏薛博中国矿业大学(北京)能源与矿业学院放顶煤开采煤炭行业工程研究中心

针对高强度开采工作面易发生片帮从而制约工作面正常回采和智能化工艺预测与控制的难题，在已提出的高强度开采采场顶板岩层形成“组合短悬臂梁-铰接岩梁结构”基础之上，提出了影响煤壁稳定性的地质开采因素和4个开采技术因素，采用理... 详细信息

针对高强度开采工作面易发生片帮从而制约工作面正常回采和智能化工艺预测与控制的难题，在已提出的高强度开采采场顶板岩层形成“组合短悬臂梁-铰接岩梁结构”基础之上，提出了影响煤壁稳定性的地质开采因素和4个开采技术因素，采用理论分析、数值模拟、物理相似试验相结合的方法，分析了高强度开采煤壁稳定性关键因素的影响。构建了煤体塑性屈服区短梁模型体，使用切比雪夫多项式对模型求解得到了复杂载荷作用下的挠曲线表达式，对表达式分析认为煤壁片帮受地质开采因素及开采技术因素影响较大。以曹家滩大采高工作面开采为工程背景，构建了开采技术因素正交试验，运用数值模拟和物理相似试验研究了各类开采技术因素对于煤壁稳定性影响的敏感度，提出以煤壁内塑性区面积与考察区域面积的塑性区占比η来衡量稳定性程度的指标，得出了各类因素与煤壁塑性区占比系数η的回归方程，据此定量得到了曹家滩煤矿大采高综放工作面煤壁稳定性与技术因素间关系式并给出了片帮风险预测危险性分级，结合物理相似试验验证了调整开采技术因素可在一定程度上控制煤壁发生片帮的范围和深度，为该矿大采高综放工作面煤壁稳定性智能化决策提供了理论依据，同时该研究手段也可用于其他工作面。

关键词：高强度开采组合短悬臂梁-铰接岩梁结构煤壁片帮危险性分级

橡胶垫层吸能缓冲构件对锚杆支护系统抗冲击性能的影响机理

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煤炭学报 2024年

作者：卢志国高富强娄金福董双勇彭相愿白刚王晓卿杨磊付玉凯中煤科工开采研究院有限公司煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室煤炭科学研究总院开采研究分院辽宁工程技术大学安全科学与工程学院

冲击危险巷道的防冲支护实践表明，锚杆支护系统中安装吸能缓冲构件可显著改善其抗冲击性能。以橡胶垫层作为吸能缓冲构件，采用自主研制的冲击试验平台开展了吸能缓冲构件对多锚杆支护系统抗冲击性能影响机理的试验研究。通过对有、无... 详细信息

冲击危险巷道的防冲支护实践表明，锚杆支护系统中安装吸能缓冲构件可显著改善其抗冲击性能。以橡胶垫层作为吸能缓冲构件，采用自主研制的冲击试验平台开展了吸能缓冲构件对多锚杆支护系统抗冲击性能影响机理的试验研究。通过对有、无吸能垫层两种工况下锚杆支护系统进行冲击加载试验，得到锚杆变形、载荷、吸能及围岩破碎特征等参量的响应特征，定量阐释了吸能缓冲构件对支护系统抗冲击性能的影响机制。研究表明：(1) 锚杆支护系统经历冲击作用时，锚杆载荷的动态响应早于变形，且安装吸能缓冲构件时锚杆载荷、变形及响应“时-速”均显著降低，表明吸能缓冲构件能够改善锚杆支护系统的抗冲击性能；(2) 吸能缓冲构件通过塑性变形消耗部分冲击能量，降低支护系统中主要构件的吸能需求，锚杆吸能速率降低是能量吸收量降低与响应时间延长双重作用的结果；(3) 吸能缓冲构件有利于均衡锚杆群受力，与各支护构件协同承载，进而提升支护系统的抗冲击性能，支护系统各冲击响应指标的标准差显著降低，其中锚杆吸能速率降低尤为明显，降幅达77.89%；(4) 安装吸能缓冲构件，围岩破坏程度，围岩裂隙迹线长度、分形维数及质量损失比等定量指标显著降低，吸能缓冲构件防冲作用表现在抑制裂隙扩展、张开及防止破裂后碎块分离弹射2个方面。研究成果可为冲击危险巷道锚杆支护系统的优化设计提供有益参考。

关键词：锚杆吸能缓冲构件动态响应特征冲击地压巷道支护

不同方法合成钼基氧硫复合物催化剂及其合成气制乙醇性能研究

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燃料化学学报(中英文) 2024年

作者：宇文晓萌冯文爽穆晓亮赵璐房克功中国科学院山西煤炭化学研究所煤炭高效低碳利用全国重点实验室中国科学院大学

合成气一步制乙醇是利用非石油资源生产乙醇的重要方法,如何提高乙醇选择性、创制高效催化剂是改善过程经济性的重点。本研究从硫化钼前体出发,分别采用传统热法和射频低温等离子体法制备钼基氧硫复合物催化剂并考察其催化合成气制乙醇... 详细信息

合成气一步制乙醇是利用非石油资源生产乙醇的重要方法,如何提高乙醇选择性、创制高效催化剂是改善过程经济性的重点。本研究从硫化钼前体出发,分别采用传统热法和射频低温等离子体法制备钼基氧硫复合物催化剂并考察其催化合成气制乙醇反应性能。利用XRD、UV-Visible、HR-TEM、SEM、HAADF-STEM、XPS、CO-TPD、H2-TPD、CO2-TPD和In-situ DRIFTS等表征手段探究不同制备方法下合成的钼基氧硫复合物催化剂的不同物化性质,进而探究特征差异引发的催化反应性能变化。其中,MOS-P催化剂表现出最佳性能,在6 MPa、320℃、空速4500 h-1的反应条件下,CO转化率达到22.5%,总醇选择性可达71.4%,其中总醇中乙醇占比为29.1%。有关研究将为合成气定向转化提供理论指导并为新型钼基材料的设计与制备提供借鉴。

关键词：合成气 CO加氢乙醇钼基氧硫复合物射频低温等离子体

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闭式泵控采煤机调高系统的高精度控制

液压与气动 2024年第3期48卷 99-106页

作者：高文才闫政国家能源集团神东煤炭集团公司上湾煤矿陕西榆林719315 晋中学院机械系山西晋中030619

闭式泵控采煤机调高系统取消了传统的控制阀组,系统的能量损失小。但泵控系统由于回路的泄漏、泵的死区等影响,导致其非线性严重、控制精度低下,进而降低了采煤机调高系统的运行品质。针对这一问题,设计了一种变论域模糊自适应PID来对... 详细信息

闭式泵控采煤机调高系统取消了传统的控制阀组,系统的能量损失小。但泵控系统由于回路的泄漏、泵的死区等影响,导致其非线性严重、控制精度低下,进而降低了采煤机调高系统的运行品质。针对这一问题,设计了一种变论域模糊自适应PID来对滚筒进行闭环位置控制。结果表明,与传统的PID控制相比,所提出的控制方法可显著提高滚筒的定位能力,稳态时误差可减小65%以上;同时,在随机性负载力的作用下,滚筒的抗扰动能力更强。

关键词：采煤机调高系统闭式泵控非线性变论域模糊PID 位置控制

固相外延生长法制备ZSM-5@Silicalite-1分子筛及其CO_(2)加氢耦合甲苯烷基化反应的影响

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燃料化学学报（中英文） 2024年第8期52卷 1115-1130页

作者：贾艺敏牛鹏宇贾丽涛林明桂郭荷芹肖勇侯博李德宝中国科学院山西煤炭化学研究所煤炭高效低碳利用全国重点实验室山西太原030001 中国科学院大学北京100049 中国科学院洁净能源创新研究院辽宁大连116023

本研究采用固相法在ZSM-5表面外延生长Silicalite-1,制备出ZSM-5@Silicalite-1分子筛。同时制备高活性氧化物ZnZrOx,并与ZSM-5@Silicalite-1物理混合组成ZnZrOx/ZSM-5@Silicalite-1双功能催化剂,研究了CO_(2)加氢耦合甲苯烷基化催化性能。相比于ZnZrOx/ZSM-5催化剂,分子筛改性后的双功能催化剂提高了对二甲苯(PX)选择性。研究了晶化条件(硅源、晶化过程、晶化次数)对ZSM-5外延生长Silicalite-1的影响,以及Silicalite-1钝化层厚度对CO_(2)加氢耦合甲苯烷基化反应性能的影响。在400℃、3 MPa反应条件下,ZZO/1:3.5Z5-Na-SiO_(2)催化剂的甲苯转化率为12.0%,二甲苯选择性为77.4%,在二甲苯中对二甲苯选择性为73.4%。通过SEM、XRD、N2吸附-脱附、XPS、NH3-TPD、Py-FTIR等表征,研究了分子筛的结构和酸性质。结果表明,通过固相外延生长,延长ZSM-5的孔道,增加间二甲苯(MX)、邻二甲苯(OX)的扩散阻力,同时钝化外表面的酸性,可以有效提高对二甲苯(PX)的选择性。固相外延生长法改性ZSM-5分子筛,摒弃了以往堵塞孔以缩小孔口改性分子筛的缺点,在保证催化剂活性的同时提高了产物选择性。

关键词： MFI型分子筛外延生长对二甲苯固相法 CO_(2)加氢耦合甲苯烷基化

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改性硫化钼催化剂协同低温等离子体转化HS-CO酸气制合成气的研究

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燃料化学学报(中英文) 2024年

作者：冯文爽宇文晓萌穆晓亮赵璐房克功中国科学院山西煤炭化学研究所煤炭高效低碳利用全国重点实验室中国科学院大学

以低温等离子体和催化剂耦合法将H2S和CO2混合酸气一步转化为合成气，既完成了二者清洁化处理，又实现了资源化利用，是一条制备合成气的新路线。本研究采用铜、锌为助剂对硫化钼催化剂改性，显著提升了其催化H2S-CO2制合成气反应性能... 详细信息

以低温等离子体和催化剂耦合法将H2S和CO2混合酸气一步转化为合成气，既完成了二者清洁化处理，又实现了资源化利用，是一条制备合成气的新路线。本研究采用铜、锌为助剂对硫化钼催化剂改性，显著提升了其催化H2S-CO2制合成气反应性能。结合多种分析表征手段详细对比两种助剂引入后对硫化钼催化剂结构、组成、形貌、化合价态等物化特征的影响。通过控制低温等离子体放电条件，深入探究了两种助剂对低温等离子体下催化转化H2S和CO2酸气制合成气的反应性能影响规律和关键因素。研究发现引入铜、锌助剂后，硫化钼活性相粒径减小且分散度高，提供了更多活性位点。同时也增强了对H2S和CO2分子吸附强度，从而更利于H2S和CO2分子的吸附活化，揭示出低温等离子体与改性硫化钼催化剂协同反应的构效关联。有关理论研究丰富拓展了低温等离子体-催化协同理论，并为改性硫化钼材料的合成提供借鉴。

关键词：硫化氢二氧化碳合成气改性MoS 催化剂低温等离子体

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甲醇/二甲醚氧化转化研究进展

燃料化学学报(中英文) 2024年

作者：弓建高秀娟曹国壮王夏青梁加仓宋法恩张俊峰王晓星韩怡卓张清德中国科学院山西煤炭化学研究所煤炭高效低碳利用全国重点实验室中国科学院大学

由甲醇/二甲醚通过催化氧化合成高附加值含氧化学品（如甲醛、甲酸甲酯、甲缩醛、聚甲氧基二甲醚等），具有原子经济性好、产品有特色、碳排放低的优势，作为高值利用途径得到了诸多关注。然而，在甲醇/二甲醚氧化转化的过程中也面临着... 详细信息

由甲醇/二甲醚通过催化氧化合成高附加值含氧化学品（如甲醛、甲酸甲酯、甲缩醛、聚甲氧基二甲醚等），具有原子经济性好、产品有特色、碳排放低的优势，作为高值利用途径得到了诸多关注。然而，在甲醇/二甲醚氧化转化的过程中也面临着一系列挑战，包括低温下C-H键活化困难、高温时易发生深度氧化，以及更大分子产物中C-O键的可控链增长难度大等问题。本综述将重点介绍相关研究团队在低温下甲醇/二甲醚分子中C-H键的活化断键规律以及在更长C-O键可控链增长方面的最新研究进展，勾勒出几个代表性催化反应机制的概貌，以期为这一领域及相关研究提供有价值的参考。

关键词：甲醇二甲醚 C-H键低温活化 C-O链增长