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[硕士论文] 胡洋
化学工艺 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤的催化气化技术与现代煤气化技术相比具有反应温度低、能耗小等优点,是未来煤气化技术发展方向之一和主要研究热点。大同煤反应性低限制了其作为煤气化原料煤,所以提高大同煤反应性是目前迫切需要解决的主要问题。本文选取大同煤田煤样,进行HCl-HF法脱灰并热解制焦,分别研究了脱灰煤焦(TH)和原煤焦(DT)的孔隙结构以及煤的碳结构组成、气化反应特性等。以碱金属K2CO3、碱土金属CaO、过渡金属Fe(NO3)3负载TH煤焦为研究对象,对三种催化剂的催化活性进行了探讨,并利用SEM-EDX研究了催化剂的分散性。利用动力学计算研究了负载催化剂前后TH煤焦的气化反应活化能E和指前因子A的变化情况,并根据均相模型、收缩核模型、随机孔模型的物理假设找到影响气化反应过程的主要因素。主要得出以下结论:
  利用HCl-HF法可脱除煤中灰分85.32%,而脱灰不改变孔类型以及脂肪族碳和芳香族碳的分配比例,但煤焦比表面积增加16%,孔隙结构变的更发达。
  热重CO2反应性试验结果表明,脱灰使煤焦碳转化率达到50%时所对应的温度(T05)增加1.39%,主要原因是脱灰使煤焦中具有催化活性金属矿物铁白云石等被脱除,但由于脱灰后煤焦孔隙变得更发达、碳组成结构基本不变,所以TH煤焦在高温下(1050℃以上)的气化反应速率高于DT煤焦。负载K2CO3时,随着负载量的增加其T05值逐渐降低,说明催化剂的催化效果逐渐增加,主要原因是K2CO3分散性较好,K离子均匀分布在煤焦表面,增加了气化反应活性位点;而负载CaO和Fe(NO3)3时,当负载量超过2%后其煤焦的T0.5值将不再增加,原因为CaO和Fe(NO3)3颗粒发生团聚,分散性差,导致催化剂不能与煤焦很好的接触,增加负载量后煤焦表面活性位点没有增加。
  采用均相模型、收缩核模型、随机孔模型对气化反应数据进行拟合,结果发现原煤焦均相模型拟合效果好于收缩核模型和随机孔模型;脱灰煤焦以及负载催化剂后的煤焦随机孔模型拟合效果优于均相模型和收缩核模型,说明气化过程中孔隙结构的改变对气化反应影响显著。不同催化剂对煤焦气化反应的活化能影响为:3%Fe(NO3)3-2%CaO>2%K2CO3>2%CaO>2%Fe(NO3)3。
[硕士论文] 郭晓英
材料科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:煤沥青因为黏结性好、残炭值高等优点广泛应用于涂料、电极等的制造,但是煤沥青中的致癌多环芳烃(PAHs)含量远远超过国际标准要求,极大地限制了煤沥青的发展。目前,国内还没有成熟的技术去除煤沥青中的多环芳烃,以达到国际标准要求,因而降低煤沥青中的多环芳烃含量的研究工作极具研究意义。本文研究了三种去除多环芳烃的方法,分别为化学交联法,氧化法以及氧化-化学交联法,考察不同改性方法对煤沥青的改性效果及影响因素,并探究改性煤沥青在橡胶中的应用,主要内容如下:
  1、探讨化学交联法改性煤沥青的影响因素:以对甲苯磺酸(PTS)为催化剂,对苯二甲醇(PXG)为交联剂改性煤沥青效果最佳,最优反应条件为4%PTS,30%PXG(占煤沥青质量分数),反应温度130℃,反应时间2h,改性煤沥青PAHs含量为2005ppm,降低了62.08%。
  2、探讨氧化法改性煤沥青的影响因素:以过氧化二异丙苯(DCP)作为氧化改性剂时改性效果最佳,最优反应条件为3%DCP(占煤沥青质量分数),反应温度175℃,反应时间3h,改性煤沥青PAHs含量为574ppm,降低了89.14%。
  3、通过FT-IR分析探究化学交联法和氧化法改性煤沥青反应机理:PXG与PAHs发生了亲电取代;DCP作为氧化剂使多环芳烃发生了氧化降解。由TGA测试得到的曲线可知,氧化改性煤沥青400~600℃失重比改性前有所降低,说明没有大分子生成,可以进一步验证利用过氧化苯甲酰(BPO)和DCP改性煤沥青,使煤沥青中PAHs发生了氧化降解,从而降低了PAHs含量。
  4、氧化法和化学交联改性煤沥青的研究表明:不同种类多环芳烃的反应活性规律是相同的,多环芳烃的反应活性与环数有关。随着多环芳烃环数的增加,它的反应活性升高,去除更容易。
  5、采用氧化-化学交联法改性煤沥青,可以进一步降低煤沥青中的PAHs含量。首先添加DCP含量3%(占煤沥青质量分数),反应温度175℃,反应时间3h,再加入PTS/PXG为4/30(占煤沥青质量分数),在130℃反应2h,改性煤沥青中PAHs含量为386ppm,降低了92.70%。
  6、PXG改性沥青加入到橡胶中能显著提高橡胶粘合力,氧化改性沥青能大幅度降低多环芳烃含量,但是对橡胶粘合力影响不大,DCP-PXG改性沥青能大幅度降低多环芳烃含量,同时也能显著改善橡胶与钢丝之间的粘合力,可用作橡胶粘合剂使用。
[硕士论文] 梁凤莉
化学工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国经济的快速发展,煤炭消耗急剧增加,导致高品质煤储量逐渐减少,生物质作为一种可再生资源对缓解能源紧缺有着积极的作用。诸多煤和生物质的热化学转化技术中,热解是具有共性的基础且重要的过程,热解半焦的结构特征是其反应性的决定因素。热解条件影响挥发分的产物分布和煤焦的物化性质,进而影响焦的反应活性。其中,升温速率和热解压力分别影响热解过程中脱挥发分过程和挥发分逸出过程,改变半焦的物化结构及其反应性,影响气化炉的运行,而煤气化高温高压的发展现状促使对煤的快速热解和加压热解进行深入研究。因此,研究升温速率和热解压力对煤焦和生物质焦结构及反应性的影响对煤和生物质的共利用至关重要。
  本研究课题以煤(褐煤、烟煤)和生物质(玉米秸秆)为原料,利用两段式固定床反应器分别在不同升温速率和热解压力下制备焦样,通过焦样的比表面积、表面形貌、碳微晶结构和化学结构及其等温氧化反应性的表征,对比分析热解压力和升温速率对焦样物化结构及其反应性的影响,并进一步探讨热解压力和升温速率对煤和生物质热解过程中挥发分二次反应的影响,主要结论归纳如下:
  (1)升温速率的提高,褐煤、烟煤和生物质的焦产率均降低,焦样的比表面积和缺陷结构增加,同时焦样的石墨化程度降低,这些焦样结构上的改变使得高升温速率热解所得褐煤焦、烟煤焦和生物质焦反应性增加。生物质焦表面粗糙程度和碳微晶结构随升温速率变化的幅度较褐煤焦和烟煤焦更为明显,且升温速率的改变对生物质焦反应性的影响更大,主要是因为生物质本身的氧含量、H/C原子比以及碱金属及碱土金属含量(尤其是K)较褐煤和烟煤的高。
  (2)慢速热解过程中随着压力的升高,褐煤、烟煤和生物质的焦产率略微提高;褐煤焦和生物质焦的比表面积随着压力的增高而降低,烟煤焦的比表面积呈无规律变化;热解压力的提高使得煤焦和生物质焦表面结构更加致密,平整度增加,缺陷结构减少;随着压力的提高,焦样的碳微晶结构更为规整,芳香度增大,化学结构趋于稳定,石墨化程度升高,这主要是因为较高的热解压力增大挥发分的扩散阻力,使得热解过程中挥发分的二次反应更为剧烈,最终使得煤焦和生物质焦的反应性随压力的增加而降低。
  (3)热解压力通过影响快速热解过程中的挥发分的释放影响煤焦和生物质焦的孔隙结构、表面形貌和碳微晶结构,进而影响焦样的氧化反应性。高升温速率下随着压力的升高,褐煤、烟煤和生物质的焦产率增大,且生物质增大的趋势最为明显;褐煤焦和生物质焦的比表面积呈现降低趋势,而烟煤焦反而呈现增大的趋势;煤焦和生物质焦的表面更加致密紧凑,颗粒分布较为均匀,表面更为平整,缺陷结构减少;热解压力升高使得焦样的碳微晶结构较常压下更为规整,芳香度增大,石墨化程度升高;高压下煤焦和生物质焦的氧化反应性均低于常压下。
[硕士论文] 代金波
化学工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:本文根据密度泛函理论,运用Gaussian09程序包,采用B3LYP方法,基于6-31G(d)基组研究煤沥青中16种PAHs在HF催化作用下和烯烃的烷基化反应。揭示PAHs在HF催化作用下和烯烃的烷基化反应机理,为煤沥青改性时选择催化剂提供理论帮助。计算煤沥青中16种 PAHs和乙烯烷基化反应的活化能,从活化能角度探讨16种PAHs和乙烯烷基化反应的难易程度,为煤沥青改性时选择模型化和提供参照。以苯并[a]芘为模型化合物研究其和直链烯烃的烷基化反应,得到烯烃和PAHs烷基化反应的规律,为煤沥青改性时选择改性剂提供参照。得出的主要的结论如下:
  1、分析煤沥青中16种PAHs碳碳键的单双键特性,从键能的角度分析得知16种PAHs中芴分子的键能分布最为均匀,芴是这16种PAHs中最不活泼的物质。剩余的15种PAHs其碳碳键的键能分布有较大差异,因此其反应位点可以划分为活跃反应位点和不活跃反应位点。
  2、16种 PAHs和乙烯烷基化的反应焓变大约分布在区间10 kcal/mol~25 kcal/mol之间。16种PAHs中,萘、苊、苊烯、芴、蒽、芘、荧蒽、苯并[k]荧蒽和茚并[1,2,3,cd]芘与乙烯烷基化各种产物的热力学稳定性差别不大,反应焓变大约分布在区间20 kcal/mol~25 kcal/mol;而菲、苯并[a]蒽、苯并[a]芘、苯并[b]荧蒽、二苯并[a,h]蒽和苯并[g,h,i]芘和乙烯烷基化各种产物的热力学稳定性差别较大,反应焓变大约分布在区间10 kcal/mol~25 kcal/mol,最大反应焓变和最小反应焓变相差约15 kcal/mol。
  3、从吸附焓变及活化能角度探讨16种多环芳烃和乙烯烷基化的反应机理:反应物可以经过三种历程,形成六元环的过渡态。在任何一种历程中,HF都活化乙烯分子,氟原子帮助脱掉芳环上的氢。16种PAHs的反应位点可以分为活泼反应位点和不活泼反应位点,活泼反应位点的活化能位于35~41 kcal/mol,不活泼反应位点活化能位于58~59 kcal/mol。不活泼位点有一个明显的特征是与之相连的两个碳原子均含有一个碳氢键。综合16种PAHs和乙烯烷基化反应的活化能数据,得到煤沥青中16种多环芳烃和乙烯烷基化的难易顺序,在16种多环芳烃中最容易和乙烯烷基化的是苯并[a]蒽,最难的是芴,为煤沥青改性时选取模型化合物提供指导。
  4、直链烯烃和苯并[a]芘烷基化反应活化能大约分布在区间36 kcal/mol~48 kcal/mol,随着烯烃碳链的增长其和苯并[a]芘烷基化反应的活化能逐渐减小,表明碳链越长的烯烃越容易与PAHs发生烷基化反应。随着直链烯烃的双键向碳链中间移动形成不同的同分异构体,其和苯并[a]芘烷基化反应活化能增大,双键在碳链末端的烯烃最容易和苯并[a]芘发生烷基化反应,双键在中间的烯烃最难和苯并[a]芘发生烷基化反应。
[硕士论文] 米琴
化学工程与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:长链α-烯烃是重要的化工原料,广泛应用于表面活性剂、油田化学品、烯烃共聚体、增塑醇、润滑油等领域。费托(F-T)合成油中含有丰富的长链α-烯烃,从F-T合成油分离出高纯度的长链α-烯烃,不仅可以获得具有高附加值的长链α-烯烃,还可以提升煤基F-T合成油的经济效益。F-T合成油的分离是一项艰巨的工作,采用低温冷冻法、精馏法、萃取法、吸附法进行了分离实验探究,确定了以减压精馏和络合吸附结合的方法分离长链α-烯烃/烷烃。
  本论文采用填料塔减压间歇精馏的方式实现F-T合成油的初步切割分离,考察了真空度、回流比对馏分组成的影响,确定了各同碳组分的馏出温度区间。设计构造并通过等体积浸渍法制备出AgNO3/MCM-41/NiFe2O4磁性络合吸附剂,样品采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附、红外线光谱分析(FT-IR)和振动样品磁强计(VSM)等手段进行表征,结果表明磁性吸附剂中NiFe2O4呈尖晶石结构,AgNO3负载量为0.2gAgNO3/g磁性载体时,可较好分散于MCM-41六方孔道内,其比表面积为717.89m2/g,孔径为2.94nm。
  利用磁性吸附剂对切割C11α-烯烃/C11烷烃混合物进行液相络合吸附分离研究,实验表明AgNO3/MCM-41/NiFe2O4对长链α-烯烃分子具有选择性吸附功能,在100min内达到吸附平衡,单级平衡吸附量为2.14g/g。考察了烯烃初始浓度和吸附温度对吸附量的影响,确定了操作温度为20℃,烯烃初始浓度大于60%时,达到饱和吸附量。通过真空加热解络实现吸附剂再生,200℃、0.08MPa下完全再生仅需3h。探索了吸附剂重复使用对吸附选择性、磁回收率和吸附量的影响,重复使用10次后,吸附剂可保持较高的回收率(98.9%),烯烃吸附选择性和吸附量略有降低(1.93g/g),但仍能实现对烯烃的选择性吸附。
[硕士论文] 付艺丽
材料化学 山西大学 2017(学位年度)
摘要:煤炭是目前地球上储量最丰富、最廉价的化石燃料,约占世界一次能源的30%,燃煤发电约占全球发电量的40%。传统燃煤发电技术存在能量转换效率低,二氧化碳和其他污染物排放量大的严重缺陷,加之化石能源的有限性,因此,对煤炭的高效洁净利用是亟待解决的重大课题。燃料电池是新一代高效、清洁的发电技术,对解决我国能源匮乏和环境污染问题具有重大意义。
  固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种不经过燃烧直接将燃料的化学能转变为电能的发电装置。燃料电池的燃料不经历燃烧,污染物排放量低,对环境友好;无运动组件,工作安静,噪音低。固体氧化物燃料电池最显著的特点是其燃料的多样性,可以使用如氢气、天然气、甲醇、汽油以及固体碳等燃料,其中碳燃料具有能量密度大、安全性高、易运输与储藏的优点,而且,单一尾气二氧化碳易于捕集和减排。因此,直接碳固体氧化物燃料电池(direct carbon solid oxide fuel cells, DC-SOFC)引起越来越多研究者的关注。
  煤焦是煤炭高温热解得到的一种热值很高的固体产物,是适合用于直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)的一种碳燃料。煤焦主要由固定碳、灰分、水分、挥发分等组成。研究表明,部分灰分对煤焦的逆Boudouard反应起抑制作用,而通过酸法活化可以除去这些抑制成分。因此本论文采用非含氧酸HF、HCl和及其混酸(HF+HCl)化学脱灰活化煤焦的方法,研究煤焦灰分对固体氧化物燃料电池电化学性能的影响。研究发现,HF+HCl活化后煤焦里抑制逆Boudouard反应的硅、铝氧化物的含量大大降低,逆Boudouard反应温度从845℃降低到了799℃;电池峰值功率密度从67.4 mW cm-2增加到110.2 mW cm-2;燃料活化煤焦的利用率是原煤焦的1.2倍。
  逆Boudouard反应是制约直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)电化学性能的关键反应,而催化剂的引入能有效提高逆Boudouard反应速率。钢渣是一种工业废渣,其堆放会占用大量的土地资源,造成水体和空气污染。对钢渣进行回收利用不仅可以保护环境,还能充分利用自然资源,提高钢渣利用率。
  本论文研究了经过酸溶碱沉煅烧处理的钢渣对逆Boudouard反应的催化效应。经过实验处理的钢渣矿物相分解,得到了含Fe、Ca、Mg等元素的氧化物,这些氧化物有显著的逆Boudouard反应催化作用。结果表明,酸活化钢渣催化剂使煤焦的逆Boudouard的反应的起始温度降低了240℃,在800℃时的CO生成速率提高了4倍;在电化学性能上,酸活化钢渣催化剂使电池在850℃时的峰值功率密度从67.4 mW cm-2增加到了193.6 mW cm-2,燃料利用率从41.48%增加到79.68%。
[硕士论文] 邢国政
化学工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:针状焦因其结构有序度高、密度大、电阻率小及机械强度高等特点,在高功率或超高功率石墨电极、电池电极材料、核防护材料等方面具有重要的应用价值,故许多研究者希望能对其结构不断改善并降低生产成本。由于我国煤炭资源远比石油资源丰富,焦化企业生产过程中得到了数量相当可观的副产物煤沥青(CTP),不仅含碳量高、易石墨化而且价格低廉,使得CTP成为制备结构有序针状焦的重要原料来源。通过研究改性、共碳化及外在力场等手段对中间相形成产生的影响,以期改善针状焦的结构及性能,成为科研工作者努力的突破口。该研究对实现煤炭资源的高效利用、提高煤炭下游产品的附加值具有重要的意义。
  本论文以高温煤沥青为原料,为了避免大颗粒的喹啉不溶物和杂质对焦结构的影响,首先在电场的作用下对煤沥青进行了精制,得到精制沥青(RCTP)。随后以石油沥青(PP)为添加剂,机械搅拌作用力为导向力,探索二者对中间相、半焦和针状焦结构及性能的影响;为了进一步降低体系黏度,更有利于片层结构的取向,选择润滑油(EO)作为分散介质,探索了EO及机械搅拌二者协同作用对所制半焦及针状焦结构和性能的影响;最后尝试通过中间相炭微球(MCMBs)二次生长,形成更多各向异性组织,进而改善焦的结构及性能。
  采用偏光显微镜、粘度分析仪、X射线衍射仪(XRD)、热重分析仪(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、氮吸附比表面分析仪(BET)、电化学石英晶体微天平(EQCM)及电阻率仪等手段对中间相、半焦及针状焦的结构和性能进行了表征分析。得出主要结论如下:
  1.石油沥青的加入,能够有效提高中间相各向异性组织的含量,最适宜的加入量为10 wt.%;机械搅拌作用力对稠环芳香分子具有显著导向作用,搅拌速率及作用方式对分子取向影响很大。具体表现为:间歇搅拌作用方式优于连续搅拌;搅拌速率要适宜,速率过小,产生的作用力不足以对分子产生导向作用,速率过大,较强的作用力又会扰乱分子的排列取向。其中,在搅拌速率为100 rpm、间歇搅拌的条件下所得半焦,不仅纤维状组织结构最多而且碳化产率最高,针状焦电阻率最小为676Ω·mm2/m,约占未加搅拌样品电阻率的二分之一。
  2.润滑油作为煤沥青分散介质在高温密闭碳化过程中可裂解和气化为活性较高的烃基自由基与小分子气体。烃基自由基可与母液中的大芳环分子发生烷基自由基转移反应,小分子气体形成的气流对中间相液晶分子取向也有重要影响。主要表现为:碳化体系的粘度得到有效降低,粘度值由220 mPa.s降为60 mPa.s,提高了中间相的流动性能,增强了反应活性;小分子气体逸出的同时,作用于稠环芳香分子一定的剪切力,润滑油加入量不同,剪切力的大小也不同,最适宜的加入量为3 wt.%,过多容易造成小分子气体逸出方向混乱,导致了稠环大分子的混乱排列,反而不利于纤维结构的形成;EO和一定速率下的搅拌作用力之间存在协同作用,对于中间相构筑单元的排列堆积和小分子气体充分逸出有积极作用。最适宜的搅拌速率为60 rpm,所得半焦纤维组织含量达到了72.63%,较未加搅拌焦样提高了近20.83%;针状焦电阻率值最小为539Ω·mm2/m,可以证实EO对于改善焦结构、提高焦样电性能的效果要优于PP。
  3.中间相炭微球二次生长可增大粒径尺寸,有利于更多各向异性中间相组织的形成,进而改善半焦结构、降低针状焦的电阻率。具体表现为:MCMBs加入量对二次生长有着重要影响,最适宜的加入量为15 wt.%,所得中间相炭微球粒径尺寸平均为36.62μm,较一次生长所得炭微球直径增大了20%,软化点为168℃相比于一次生长中间相提高了26℃,但当添加比例超过一定临界值后,中间相的形成达到了饱和,粒径尺寸和数量便不再增加;MCMBs二次生长提高了各向异性组织含量,为形成有序纤维组织结构打下了良好的物质基础,半焦结构得到明显改善,纤维组织含量最高为66%较一次生长产生的半焦纤维组织含量提高了19%;针状焦电性能得到有效改善,电阻率值最小为1080Ω·mm2/m,同一次生长得到的针状焦相比,降低了880Ω·mm2/m。
[硕士论文] 刘元春
动力工程及工程热物理 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,微波辐射热解手段广泛应用于各行各业,特别地在煤炭加工利用转化行业得到许多学者们的青睐。但是在微波热解过程中存在很多问题,例如热解产物不理想、热解时间长、能耗多等,除此以外,热解过程往往还会出现热失控而将物料烧毁的现象,因此需要针对不同热解工况提出解决方案。微波热解过程中对微波能量的吸收能力主要取决于介质本身的介电性能,同时介电性能与介质本身材料及结构有关。因此,探究微波热解煤焦过程中介电性能的变化规律非常必要,以期为合理调控微波热解手段提供现实意义。
  论文将新疆烟煤及云南褐煤作为研究对象,对两种煤进行酸洗脱灰,在热解温度区间为700℃~1300℃的条件下,制取脱灰前后的煤焦,利用X射线衍射分析、傅里叶红外光谱分别表征煤焦的微晶结构和表面官能团,利用热重分析仪表征煤焦热稳定性,采用矢量网络分析仪测得煤焦的介电性能;随后将9种矿物质氧化物KOH、NaOH、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2、B2O3、TiO2添加到脱灰煤中,对煤焦介电性能、微晶结构以及升温特性的数据进行纵向及横向的对比,研究不同矿物质对煤焦介电性能及结构的影响作用。经详细的试验研究及分析处理得到以下结论:
  (1)热解温度很大程度上影响着煤焦的介电性能,随着制焦温度的提高,对应煤焦的介电性能较强,对微波吸收能力亦较强。热解温度(900℃、1100℃)小于灰熔点时,原煤灰分阻碍煤焦介电性能的发展,破坏原有的碳层结构,热稳定性较差,石墨化程度较低;热解温度(1300℃)大于灰熔点时,灰分熔融后促进煤焦介电性能发展,熔融后灰分使煤焦传质能力降低,发达孔结构难以形成,制取煤焦结构有序性较好,介电性能较强。
  (2)制焦温度为700℃、900℃、1100℃时(灰熔点以下),和原煤煤焦相比,无灰煤煤焦的介电性能较强;XRD扫描结果分析出原煤煤焦的微晶结构有序性较差,石墨化程度较低;红外扫描分析得出原煤煤焦中含氢、含氧官能团较多,其芳香度较低,石墨化程度较低。
  (3)当热解温度为900℃、1100℃(灰熔点以下)且添加剂的比例为入炉煤的4%和6%时,不同矿物质对煤焦介电性能及结构有不同的影响作用,具体结论如下:
  碱性金属氧化物K2O、Na2O、CaO、MgO能够抑制煤焦的介电性能发展,抑制作用由强到弱为K2O>Na2O>CaO>MgO;同时添加碱性金属氧化物破坏了煤焦结构有序性,破坏作用由强到弱排列为K2O>Na2O>CaO>MgO,这与介电性能影响规律相一致。
  过渡元素氧化物Fe2O3阻碍煤焦介电性能的发展,使煤焦微晶结构有序性变差,但是其破坏作用没有碱性金属氧化物的强。
  过渡元素氧化物TiO2、碳族元素氧化物SiO2,以及硼族元素氧化物B2O3对煤焦介电性能的发展具有促进作用,含量越多作用越强。三者的促进作用由强到弱排列为B2O3>TiO2>SiO2;以上三种添加物能促进煤焦石墨化有序性结构的发展,促进作用的强弱和对介电性能作用规律一致;同时这三种矿物质氧化物可以提高煤焦在微波热解时的升温速率,提升作用B2O3最强,TiO2次之,SiO2最弱。
  硼族元素氧化物Al2O3对煤焦介电性能及微晶结构的影响作用较小,可以忽略不计。
[硕士论文] 丁肖肖
化学工程与技术 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:蒽和咔唑是来自煤焦油的高附加值工业原料。因其特殊的稠环芳香结构,广泛应用于染(颜)料,医药、农药和光电材料等领域。近年来,由于蒽和咔唑及其衍生物在功能高分子材料、有机发光二极管(OLED)及生物工程等领域的广泛应用,国内外市场对高纯度的蒽和咔唑的需求量逐年增加。溶液结晶法是目前国内主要采用的蒽和咔唑分离方法,研究主要针对蒽和咔唑的分离过程,而对具体的结晶过程研究较少。本研究针对溶液结晶过程中溶剂对蒽和咔唑选择性低和产品质量差等问题,利用改进的液固平衡装置测定了蒽和咔唑在四种溶剂中的溶解度,并利用溶解度模型对数据进行了关联,进而探讨溶剂和杂质对蒽和咔唑结晶过程的影响。得到了粒度均匀,形貌完整的晶体,为蒽和咔唑工业化生产中溶剂的选择和工艺条件的优化提供了理论依据。主要结果如下:
  1、蒽与咔唑的溶解度测定及关联:利用改进的液固平衡装置分别测定了蒽和咔唑在 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲苯(Xylene)、四氯乙烯(TCE)、二乙二醇二甲醚(DGDE)四种溶剂中的溶解度数据,蒽和咔唑的溶解度均随着温度升高而增大。并分别用修正的 Apelblat方程、van't Hoff方程和λh模型对实验得到的溶解度进行了关联,回归得到了溶解度方程参数。λh模型对蒽和咔唑的关联效果均优于修正的Apelblat方程。同时,通过van't Hoff得到了不同溶剂中的溶解焓、溶解熵和溶解吉布斯自由能等结晶热力学数据,蒽和咔唑在四种溶剂中的溶解过程均为非自发的吸热过程。
  2、蒽与咔唑的超溶解度测定及介稳区宽度:测定了蒽与咔唑在DMF、Xylene、TCE、DGDE四种溶剂中的超溶解度,与溶解度曲线比较,得到了蒽与咔唑在溶液结晶过程中的介稳区数据,并讨论了溶剂、降温方式和搅拌速率对介稳区的影响。其中DMF中介稳区的宽度较大,介稳区随着搅拌速率的增大而减小,随着降温速率的增大而增大。
  3、溶剂及其他因素对蒽与咔唑溶液结晶的影响:分别考察了溶剂种类、搅拌速率、降温方式对蒽和咔唑溶液结晶的影响,采用 X射线衍射仪(XRD)、综合热分析仪(DSC)、扫描电镜(SEM)对产品的晶习和形貌进行了表征。最佳的工艺条件为:外循环强制制冷、450 r/min,分别在N, N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲苯(Xylene)中得到了蒽和咔唑的完整晶体。
  4、蒽和咔唑的溶液共结晶:由于蒽和咔唑结构和物化性质的相似性,在分离精制的过程中互为杂质且极易形成固体溶液。本研究对不同比例的蒽和咔唑进行了共结晶,对得到的液体和固体分别利用气相色谱仪(GC)和XRD、DSC,考察了溶液结晶过程中固体溶液的形成,并讨论了蒽与咔唑溶液结晶中的相互影响。为工业上高纯蒽和咔唑产品的获得提供了基础数据。
[硕士论文] 王廷
化学工程与技术 北京化工大学 2017(学位年度)
摘要:如何降低渣油向轻质油转化过程中的生焦量是解决当今经济发展对能源需求的关键。因此了解渣油的化学组成和反应特性是非常必要的。虽然渣油组成复杂,但研究表明其相同的族组分结构相似。分离族组分采用正庚烷萃取,将安庆减压渣油和青岛减压渣油分为沥青质和可溶质。
  考察这两组分在升温过程中的自由基浓度变化,发现沥青质中可检测到的自由基浓度大约为原始渣油的十倍。本文也考察了渣油和沥青质的结焦率和自由基浓度的关系,可以看出两种渣油中沥青质是结焦的前驱物,在选取的温度范围内,绝大多数沥青质生成积碳。而两种渣油的反应过程则有些不同,安庆渣油热反应后的产物自由基浓度较大而结焦率较低,青岛渣油则自由基浓度和结焦率都增加。在沥青质中加入不同比例的供氢溶剂-四氢萘都会显著降低产物的自由基浓度,产生更少的重质组分。在460℃下时,由于供氢溶剂的供氢量不足导致两种比例的供氢条件下自由基浓度变化出现显著差异。与安庆沥青质相比,青岛沥青质在加氢反应后检测到更高的稳定自由基浓度,这说明其存在更多难以通过加氢稳定的自由基结构。通过核磁分析得知,两种渣油和可溶质的结构相近,都含有较长的碳链结构,而沥青质的结构区别较大,青岛沥青质中有更多的芳香碳。
  虽然沥青质是结焦的主要因素,但由于其在渣油中的百分含量较低,渣油的自由基浓度和变化规律与可溶质相接近。通过硅胶吸附柱用不同溶剂分离可溶质得到饱和分、芳香份和胶质。通过对它们在升温过程中的自由基浓度变化得知各族组分热反应的变化规律。检测到的自由基浓度可以用来定量的比较渣油及其族组分的重质化程度及生焦趋势。元素分析和核磁分析为各族组分的结构差异提供了有力证据。同时混合不同族组分考察了不同族组分之间的相互作用,研究发现族组分之间的相互作用可以促进或抑制积碳的生成。
[硕士论文] 刘珂
动力工程及工程热物理 山东大学 2017(学位年度)
摘要:以煤烟型为主的大气污染一直是我国面临的重大难题,我国SO2减排形势非常严峻,同时,我国也是硫磺资源匮乏的硫磺进口大国。在此背景下,可实现烟气中硫资源回收利用的活性焦干法烟气脱硫工艺逐渐得到关注。但传统颗粒状定型活性焦的生产成本居高不下,导致其大规模推广应用受到限制。针对传统颗粒状活性焦制备成本高的问题,本课题组提出并开发了一步法煤粉快速热解制备不定型粉状活性焦的工艺方法并进行了系统地研究,证实了该技术的可行性。但本课题组前期的研究工作主要针对粉状活性焦制备工艺的固相产物——活性焦,而对于活性焦制备过程的气相产物——制焦热解气的研究还有欠缺,所设计的粉状活性焦制备实验工况也与实际应用有较大差别。因此,关于粉状活性焦快速制备工艺参数对活性焦孔隙结构特性和制焦热解气的影响还需要进一步的研究。
  针对课题组前期研究工作中所欠缺的内容,本文首先对粉状活性焦制备实验系统进行改进,保证在完成粉状活性焦制备的同时,能够对制焦热解气进行分析测试。然后,在该实验系统上以蒙东褐煤为制焦原料,重新设计了更符合实际应用的实验工况,分别研究了制备温度、过量氧气系数以及反应气氛对活性焦孔隙结构特性和制焦热解气的影响。
  对活性焦孔隙结构特性的研究表明,制备温度升高会促进活性焦孔隙结构尤其是微孔结构的形成与发展,但温度过高时会破坏活性焦的孔隙结构;过量氧气系数的增加会大幅提高活性焦的烧失率,导致活性焦的孔隙结构因过度烧蚀遭到严重破坏;反应气氛中的氧气、二氧化碳和水蒸气的浓度变化均会影响活性焦的孔隙结构特性,其中氧气浓度的影响最明显,二氧化碳的存在能在一定程度上抑制中大孔结构的形成,水蒸气浓度的提高能促进更多微孔向中孔结构发展。
  对制焦热解气的研究表明,制备温度升高在提升原煤颗粒挥发分释放速率的同时会促进C与O2的不完全燃烧反应,大幅提高CO的产率;过量氧气系数的增加会使C与O2完全燃烧生成CO2的反应逐渐占据主要份额,导致CO和H2的产率急剧下降;反应气氛中的氧气、二氧化碳和水蒸气的浓度变化对制焦热解气的影响各不相同,氧气浓度为6%时,CO和H2产率达到峰值,CO2浓度的增加会提高CO产率而对H2产率没有影响,增大水蒸气浓度则会促进H2和CO2的生成,但会消耗更多的CO。
  最后,结合机理实验研究结果,在本论文实验工况范围内,优选制焦条件为:制备温度为950℃、过量氧气系数为0.3、氧气浓度为6%、二氧化碳浓度为12%、水蒸气浓度为10%,提出设计原则,指导设计搭建了1MW粉状活性焦快速制备小试试验系统并进行了验证试验,试验结果表明小试试验制备粉状活性焦的孔隙结构特性、SO2吸附容量和制焦热解气组分均与机理实验相近,验证了煤粉快速制备粉状活性焦的设计原则与方法。
[硕士论文] 郑辉
化学工程与技术 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:煤焦油通常是指煤在高温干馏过程中获得的液体产品,它几乎完全是由芳香族化合物组成的一种复杂混合物,估计组分的总数在1万种左右。从中分离并已认定的单种组分约500种,其量约占焦油总量的55%。煤焦油可分离与加工许多高附加值,有些甚至是石油化工无法替代的产品。因此研究开发高效率、低污染的煤焦油深加工新技术,不仅可以合理利用宝贵的煤焦油资源,减少对石油的依赖,而且具有广泛的应用前景和良好的经济潜力。蒽和菲都是煤焦油中含量比较多的成分,它们在染料、农药生产以及合成有机中间体等方面有着重要的应用,已有的分离加工方法尚存在一定的不足,深入研究创新其分离加工技术十分必要。
  超临界流体萃取技术是一种新型高效、绿色环保的分离技术,它具有工艺简单,条件温和,操作稳定等优点,近些年来采用超临界流体萃取煤焦油,生产重要化工产品的研究备受关注。本研究选用乙醇为溶剂,在不同温度和压力下,研究了在超临界条件下单组份蒽在乙醇中溶解的规律。然后以乙醇为萃取剂,研究在不同温度和压力下,蒽和菲二元组份混合物的萃取规律。再向乙醇溶剂中添加正戊烷和甲醇作为夹带剂,探究不同夹带剂对萃取蒽和菲的影响。最后采用响应面优化法对各种条件进行优化,得出超临界乙醇萃取蒽和菲的最佳条件。
  研究表明,在超临界乙醇溶解单组份蒽时,蒽在270℃,13MPa时取得最好溶解比,此时溶解比为63%。超临界乙醇萃取蒽和菲时,蒽和菲萃取规律相近,在温度为275℃,压力为12.6MPa时,蒽和菲萃取率取得最大值分别为56.7%和61.2%。添加正戊烷和甲醇为夹带剂时,甲醇对蒽和菲萃取效果较好,最后采用响应面优化法得到最佳萃取条件273℃,乙醇加入量为66ml,甲醇为10.3ml,此时蒽和菲萃取率分别为62.3%和68.9%。以优化所得最佳条件萃取实际工业煤焦油,所得萃取液中蒽和菲的含量均较萃取前提高一倍以上,超临界乙醇萃取的富集作用明显。
[硕士论文] 郑超
化学工程与技术 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:我国炼焦煤资源相对缺乏且分布不均,优质炼焦煤的进口量也在逐年增大。与此同时,焦炭行业的产能过剩严重,竞争相当激烈,对炼焦成本与焦炭质量提出了更高的要求。然而,一方面,以传统煤化学指标为基础的配煤炼焦技术对优质炼焦煤的依赖性高,特别是优质肥煤和焦煤;另一方面,由于传统配煤技术的局限性,焦炭质量高且又稳定的生产目标难以得到保证;同时,使配煤成本也居高不下。因此,本论文旨在研究煤岩学优化配煤结构和基于免疫遗传算法的配煤比优化方法,从而实现节约优质炼焦煤、稳定焦炭质量和降低配煤成本的目的。
  本论文首先通过煤岩学指标和煤化学指标对炼焦单种煤进行全面分析;再将配合煤的镜质组随机反射率划分为R1、R2、R3、R4和R5指标,并以该5个指标作为主要配煤指标进行5 kg试验焦炉炼焦实验,探讨了增加R1、R2、R3、R4和R5配煤指标在优化配煤结构上的合理性和可行性;随后采用最小二乘法和支持向量机的方法分别建立焦炭的硫分、灰分线性预测模型和焦炭的冷态强度、热态强度的非线性预测模型;最后以煤岩配煤技术和焦炭质量预测模型为基础,建立基于免疫遗传算法的配煤比优化模型,同时检验该模型的实用性。本论文在以上研究的基础上得出以下主要结论:
  (1) R1、R2、R3、R4和R5这5个指标分别与Vdaf、Rmax、G值和Y值之间都有着较强的线性相关性。R1含量的增加会明显劣化焦炭热态强度。R3和R4含量的增加会提高焦炭热态强度。R1、R2、R3、R4和R5指标对CRI的影响程度大小依次为R1>R3=R4> R5>R2。此外,在满足捣固炼焦对配合煤质量要求的前提条件下,可以利用1/3焦煤替代肥煤和减少焦煤配比。通过调整R1、R2、R3、R4和R5含量为25%~35%、20%~30%、10%~25%、10%~25%和5%~15%之间,可以有效改善焦炭热态强度。
  (2)通过采用主元分析(PCA)方法对模型输入端进行降维处理,采用支持向量机(SVM)方法建立焦炭的冷态强度和热态强度预测模型,采用网格搜索法和K-CV交叉验证法分别对模型中的参数进行优化和对模型的泛化能力进行验证,所建立的焦炭质量预测模型均具有较高的预测精准度和较强泛化能力。
  (3)在配合煤质量和焦炭质量约束条件的前提下,以免疫遗传算法作为寻优方法,配煤比优化模型能够在迭代次数为250~300范围内稳定收敛,能够得到焦炭质量稳定和低成本的配煤比,而且大大降低了优质肥煤和焦煤的配入量,从而实现了节约优质炼焦煤、稳定焦炭质量和降低配煤成本的目的。
[硕士论文] 罗东
化学工程与技术 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:捣固炼焦工艺作为一种具有弱黏结性煤配入比例高、配煤成本低和焦炭冷态强度高等优点的炼焦技术在我国得到迅速发展。预计到2025年前后,我国捣固炼焦产能将占焦炭总产能的50%左右。目前对捣固炼焦工艺的研究主要集中在弱黏结性煤的配入量和炼焦煤的堆密度对焦炭质量的影响方面,而对于堆密度对炼焦煤在结焦过程中的黏结性能和膨胀性能的影响的研究还不够深入。因此,通过进一步研究堆密度对炼焦煤的黏结性能、膨胀性能和体积变化趋势的影响,对扩大炼焦煤资源、优化配煤结构、延长焦炉使用寿命和稳定捣固炼焦生产等方面具有重要意义。
  本文首先对单种煤进行5 kg炼焦实验,综合分析堆密度对单种煤焦炭的灰分、硫分、气孔率、冷态强度和热态性能的影响,然后对胶质层指数测定方法进行改进,建立了高堆密度下胶质层指数的测定方法,并探讨了堆密度对单种煤的黏结性能、膨胀性能和体积变化趋势的影响,再结合以上所获得的实验数据和煤岩配煤理论来设计配煤方案,进行配合煤5 kg捣固炼焦实验,并对所得焦炭样品进行冷态强度和热态性能分析,最后将在捣固密度下测定的捣固胶质层最大厚度(Yd)运用到捣固焦炭质量预测模型中,以配合煤的干燥无灰基挥发分(Vdaf)、黏结指数(G)和捣固胶质层最大厚度(Yd)为自变量,分别以焦炭的冷态强度(M10,M25)和热态性能(CRI,CSR)为因变量,利用多元线性回归分析方法,建立捣固密度下的Vdaf-G-Yd焦炭质量预测模型,并对其进行F检验和误差分析。
  本研究主要内容包括:⑴通过对胶质层指数测定方法进行改进,在高堆密度下测定的炼焦煤的胶质层指数可以更为准确地反映炼焦煤在相应堆密度下的黏结性能、膨胀性能和体积变化趋势。⑵高堆密度对气煤、1/3焦煤、肥煤和焦煤的黏结性能均具有一定的改善效果,且对气煤、1/3焦煤和焦煤的改善效果要优于肥煤,对瘦煤的改善效果较差,几乎可以忽略。⑶所建立的Vdaf-G-Yd焦炭质量预测模型与传统的Vdaf-G-Y焦炭质量预测模型相比具有更好的预测精准度,对CRI、CSR和M25的预测相对误差均有所减小,其减小幅度分别为15.3%、20.7%和11.9%。
[硕士论文] 郑齐
化学工程与技术 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:铁焦,通常也称为高反应性铁焦,指用含铁材料与配合煤制备的焦炭。铁焦由于其高的反应性,在高炉冶炼中,可在较低的温度下发生碳溶损反应,降低高炉热储备区的温度,从而控制FeO-Fe还原平衡点的移动,使其具有降低焦比、减少CO2排放的特点。但低的反应后强度严重制约着铁焦在高炉冶炼中的使用,因此,开发出具有较高反应后强度的铁焦成为了炼焦工作者的研究方向之一。
  本文系统研究了铁矿粉种类及配比、炼焦煤性质(挥发分、黏结指数)、炼焦工艺条件(堆积密度、焖炉时间、升温速率)及黏结剂沥青对铁焦性能的影响,并分析了铁焦中氧化铁的转化规律,从微观结构上对铁焦碳溶损反应机理进行了探究,为生产“双高”铁焦奠定理论基础。
  研究结果表明,与鄂西铁矿粉、澳大利亚铁矿粉相比,以加拿大铁矿粉为含铁添加剂炼制的铁焦性能最好,随着加矿粉配比的增加,铁焦的机械强度和热性质均恶化,但是当加矿粉配比不大于10%时,铁焦能保持较好的性能;当控制配合煤挥发分在27%左右,黏结指数G值在80~82范围内时,铁焦性能最佳;当加矿粉配比为10%时,最优的炼焦工艺条件为:堆积密度1.0t/m3、焖炉时间120min、升温速率2.5℃/min;在最优炼焦工艺条件下,随着沥青配比的增加,铁焦的灰分、硫分逐渐减小,气孔率先减小后增大,机械强度与热性质均在沥青配比为10%时取得最佳值。
  对铁焦进行元素铁的分析及微观形貌的观察,结果表明,炼焦过程中大部分的氧化铁被还原为金属铁并以不规则的尺寸及形态非均匀地分布在焦炭基质中;随着铁矿粉配比的增加,铁氧化物的还原率增大,铁焦的碳溶损初始反应温度逐渐降低,两者之间存在着良好的线性负相关关系,这与金属铁的催化作用有直接联系;对比铁焦碳溶损反应前后的微观结构发现,由于铁焦具有高的反应性,发生碳溶损反应时,CO2气体优先与铁焦外部发生剧烈反应被消耗掉,对铁焦内部起到了一定的保护作用,使铁焦强度不至于下降太多。
[硕士论文] 靳蕊
水利工程 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:本文制备了实验所需环氧沥青,对其拉伸性能进行了测试,结果显示自制环氧沥青具有良好的力学性能。并用动态剪切流变仪(DSR)测试了环氧沥青在不同温度和不同频率下的线性粘弹性区间。结果表明,随着试验温度的升高,环氧沥青的线性粘弹性区间随之缩短,模量降低。在一定的加载频率内,随着加载频率的升高,自制环氧沥青的模量也会有所升高,尤其是在高温下,频率增大,模量的增量更大。
  通过运用DSR研究不同加载应力对实验所用环氧沥青的疲劳性能的影响以及通过温度扫描观察应力加载后的环氧沥青的力学性能。结果表明:用线性区间外的加载应力对环氧沥青进行持续的加载,环氧沥青的结构非但不会迅速的发生破坏,反而会因为应力诱导交联反应的继续进行使得模量会在一定的时间内有所增强。温度扫描结果表明,经过应力加载后的环氧沥青的力学性能相较与对照组确实有所提高,尤其是高温性能。随着加载应力的增大,损耗因子tanδ的最大值峰变得更加尖细,说明在一定的应力范围内,加载应力越大能使得环氧沥青的相分布的更为均匀。
  通过DSR研究不同加载温度对实验所用环氧沥青的疲劳性能的影响以及通过做温度扫描实验对比加载前后环氧沥青的力学性能。结果表明,当温度超过30℃,用线性区间外的力对样品环氧沥青进行持续加载时会发生材料的很快破坏,但是当温度低于30℃时,加载温度越高,样品环氧沥青的模量也会因为应力诱导交联反应的继续进行而变的越高,在实验时间内并没有发生疲劳破坏。当加载应力为线性粘弹性区间内的力时,结果表明,加载温度越低,模量越高。当加载温度达到80℃时,样品环氧沥青仍没有发生疲劳破坏。由温度扫描结果可知,实验所用加载温度越高,自制环氧沥青的高温性能也会变的越好。
  本文还通过DSR研究不同加载频率对实验所用环氧沥青的疲劳性能的影响,之后通过对加载过的环氧沥青做温度扫描观察其环氧沥青力学性能的变化。结果表明,随着加载频率的增大,样品环氧沥青的模量是增大的,这也是由于应力诱导交联反应的继续进行所引起的,因此可以观察到在加载应力不变的情况下,随着加载次数的增多,从加载开始到结束,环氧沥青始终没有发生疲劳破坏;通过对不同频率加载过的样品环氧沥青做温度扫描实验,结果表明,在一定的频率范围内,不同的加载频率对环氧沥青的性能都有所提升。
[硕士论文] 谢杨洋
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:随着高炉喷吹煤粉技术的强化和普及,焦炭的供热、还原剂和渗碳作用可不同程度地被喷吹煤粉所替代,但支撑骨架作用却愈加重要。因此,如何提高焦炭的强度,成为当今炼铁工作亟待解决的难题之一。我国新疆地区煤炭资源储量大,炼焦煤煤种齐全,但由于成煤期集中在早、中侏罗纪时期,比内地晚约1亿年,属于短期快速形成的煤,新疆炼焦煤煤质与内地炼焦煤有显著不同,新疆炼焦煤炼制的焦炭普遍表现出焦炭质量差,反应性(CRI)高、反应后强度(CSR)低的特点。本课题首先对新疆单种炼焦煤煤质和炼制的焦炭进行分析,结合新疆煤质特性,利用课题组自主研发的添加剂进行基础改质试验,成功地提高了焦炭的热态强度。根据改质结果对新疆煤及加入添加剂后热解过程的化学变化进行实验分析,以期深入了解添加剂的改质机理,并对焦炭冷态强度进行预测。
  本研究主要内容包括:①对新疆炼焦煤进行煤质分析、镜质组随机反射率测定、元素分析(EA)和傅里叶变换红外光谱分析(FTIR),发现同种牌号的新疆炼焦煤煤化度较内地煤低,属于较短时间内快速变质而形成的炼焦煤,含氧官能团含量较多,主要以羟基形式存在,羧基几乎没有。说明新疆炼焦煤分子结构中芳香核的缩合程度低,煤分子结构中脂肪侧链较多。②新疆煤改质作用最明显的是低变质程度的气煤,对气煤进行热重分析(TG),发现添加剂可以减缓煤在450℃低温段的热解速率,促进煤在750℃高温段的缩聚程度。根据热重分析结果,控制不同的终温对新疆煤进行热解,得到不同终温下的热解产物,对不同终温下的热解产物进行元素分析、傅里叶变换红外光谱分析和高分辨率透射电镜分析(HRTEM)。通过获取HRTEM中的晶格条纹长度分布信息,可以得出煤热解过程中煤的化学结构变化规律,450℃加剂样的热解产物在450℃低温段的芳香环缩聚程度降低,即减缓了煤在低温段的热解。750℃加剂样的热解产物在750℃高温段的芳香环缩聚程度增加,即添加剂促进了煤在高温段的缩聚,其研究结论与热重分析结论一致。同时可以统计得出新疆气煤及不同热解温度段下的热解产物的分子式和平均分子量。气煤的平均分子式为C31.99H24.05N0.48S0.08O5.12,则再根据元素的相对分子质量,其平均分子量为499.13。450℃和750℃空白样的平均分子式则分别为 C48.72H29.17N0.70S0.12O6.22和C47.95H11.67N0.73S0.10O4.06,平均分子量则分别为726.97和665.45。煤的分子式及官能团结构和含量,将作为后续分子结构模拟实验研究的基础。③在高分辨率透射电镜实验中,发现了煤中含有特殊的球状结构,该特殊结构可合理推测为富勒烯。其特殊结构的存在也可能是导致新疆煤性质特殊的原因之一。④根据焦炭冷态强度的影响因素,对新疆煤改质炼焦后的焦炭冷态强度建立预测模型,最终的预测模型为:M25=94.936-0.381Vdaf+0.176G-0.367Y M10=18.817-0.285Vdaf-0.110G+0.368Y。
[硕士论文] 王刚
化学工程与技术 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着计算机技术的发展,虚拟现实技术的研究和应用范围逐渐扩大到生活的各个领域,尤其是在虚拟教育方面。
  本文针对当前化工专业实习由于资金缺乏、企业不愿接收等原因造成的实习形式化严重及化工企业技能培训模式单一的问题,分析了传统二维仿真的不足,结合虚拟现实技术,提出基于Unity3D的焦化厂粗苯工段的三维虚拟仿真系统的研究。通过对粗苯工段实际情况的分析,首先确定以SketchUp为建模工具、Unity3D为仿真引擎的研究方法;其次,创建粗苯工段虚拟场景,并结合化工专业实习及培训的需求,确定系统中包含漫游、虚拟设备操作、设备运行原理查看以及安全教育等功能。最后,对系统进行优化,使其在普通计算机上流畅运行。
  结合具体的研究,本文主要的工作及研究成果如下:
  (1)完成了粗苯工段各主要设备和管路三维模型的绘制,并构建了具有真实度较高的粗苯工段虚拟场景;
  (2)实现了以第三人称、飞行模式、自动寻路结合的多重漫游模式;
  (3)实现了与实际工艺流程相对应的阀门和泵的虚拟操作;
  (4)实现了查看终冷器和洗苯塔内部结构和运作状态的功能;
  (5)实现了危险提示、安全考核以及多人协同处理火灾事故的功能;
  (6)添加了多项人性化功能,使系统便于操作。
  (7)使用设置相机渲染距离、遮挡剔除和LOD(Level of Detail)三种优化技术,对系统进行了优化;
  总之,所开发的焦化厂粗苯工段三维虚拟仿真系统整体三维虚拟场景符合实际工段场景,能给使用者带来较强的沉浸性,并且系统交互方式包含键盘鼠标点击、鼠标拖动等,交互方式较多,交互功能较丰富,在普通计算机上运行流畅。用户测试与反馈较好,对其它类型的三维仿真应用有很好的参考意义,是一次有价值的探索。
[硕士论文] 宋毛宁
化学工程与技术 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:煤焦油是煤在气化和热解过程中得到的副产物,主要由芳烃、酚类以及含硫含氮的杂环化合物等组成。对煤焦油进行加氢处理制取清洁燃料油可以提高其附加值,实现煤炭的清洁高效利用,为我国日趋紧张的能源需求提新的供给路径。但我国煤焦油处置企业发展水平较低,加工深度不够,所制柴油十六烷值过低,芳烃含量依旧很高。故本论文选定已经进行一次加氢的煤焦油的柴油馏分为研究对象,重点优化煤焦油加氢工艺条件和开发加氢脱芳(HDA)催化剂,以期在保证低成本和加氢条件缓和的前提下制备出可供柴油机使用的清洁燃料油。
  采用自行开发的催化剂在固定床上考察了工艺条件对煤焦油加氢脱芳性能的影响,确定了加氢脱芳活性最佳的工艺条件为反应温度340℃、反应压力8.0 MPa、液体体积空速0.3 h-1、氢油体积比1500。
  制备了不同P含量的NiW-P/Al2O3系列催化剂,并通过X射线衍射(XRD)、程序升温脱附(NH3-TPD)、程序升温还原(H2-TPR)、N2吸附和高分辨透射电镜(HRTEM)等技术对催化剂进行了分析和表征,在固定床上考察了催化剂的HDA性能。结果表明,适量的P负载能够有效改善催化剂的酸性质、孔结构和分散性,过量的P则会与载体过度反应致使载体骨架坍塌,当P含量为2.0%时,催化剂的加氢脱芳活性最佳。
  制备了不同P添加方式的NiMo/Al2O3系列催化剂,并通过 XRD、NH3-TPD、H2-TPR、N2吸附和吡啶吸附红外光谱(Py-IR)等技术对催化剂进行了分析和表征,在固定床上考察了催化剂的HDA性能。结果表明,P添加方式对催化剂的结构和性质影响很大,以NiP-Mo添加方式制备的催化剂的金属活性相分散较均匀,最易被还原,孔结构适宜,HDA活性也最佳。
[硕士论文] 陈鹏举
化学工程与技术 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:煤炭直接液化技术是煤转化获取燃料和化学品的有效途径之一,该技术面临两种选择——以产品为导向的石油替代燃料和以原料为导向的煤基化学品及燃料。前者需加氢精制提高液化产物氢碳比、加氢裂解开环,增加烷烃比例以提高辛烷值/十六烷值,同时降低杂原子含量,能耗和氢耗大,产品价格容易受石油价格冲击;后者需经多步分离/精制,提高产品的纯度和产率,虽然产品的价值很高,但同样需要大量的能耗和物耗。因此,建立并比较煤直接液化系统两种不同选择下的工艺单元对煤直接液化技术的选择有重要的参考价值。
  本文以煤炭科学研究总院日本NEDOL模式0.1 t/d煤直接液化连续试验数据为基础,首先从物料衡算及能量衡算角度分析建立煤直接液化流程模拟的可行性,其次以Aspen Plus为平台分别对以胜利褐煤和神华煤为原料的煤直接液化工艺中的煤干燥单元、加氢液化反应单元以及反应产物气固液分离单元进行模拟计算,在流程建立的过程中,分别用模型化合物及虚拟组分表示液化油,并以液化油为中心物质,对流程中的物性参数进行补充以完善流程的模拟,同时以三甘醇萃取精馏提酚、环丁砜液液萃取芳香烃,对液化油180-200?C馏分段进行酚-芳烃-烷烃族组分分离研究,得到的主要结果和结论如下:
  1.温和工艺与传统工艺相比,由于温度、压力均下降,导致煤转化率降低,蒸馏油中重质组分增加,虽然在液化单元能耗降低,但分离过程中2.神华煤直接液化油品以虚拟组分为模型,以高低温及减压蒸馏进行分离,在能耗分布上,分离可充分利用液化产物对于温度压力表现的不同,从而利用前期投入的能量,避免冷态分离下的能耗损失。
  3.神华煤加氢液化反应热效应与文献值接近,而胜利煤加氢液化热效应放热较大,这与胜利褐煤的煤阶低,反应活性高有关。
  4.以模型化合物代替液化油,所选模型化合物保留煤液化油的基本共沸,可以用于液化油分离的模拟,热力学模型选择UNIF-LBY。
  5.三甘醇-环丁砜组合溶剂可以实现煤液化油窄馏分中酚-芳烃-烷烃的分离,溶剂易于分离回收,以180-200?C窄馏分液化油模拟,酚的提取率达99.23 wt%,纯度为95.75 wt%,得到含芳烃18.85 wt%的航空燃料,以及纯度为79.94 wt%的芳烃,并且两种溶剂的回收率均在98%以上。
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