特约综述

• 富油煤原位热解技术战略价值与科学探索

  王双明;师庆民;孙强;崔世东;寇丙洋;乔军伟;耿济世;张蕾;田华;姜鹏飞;蔡玥;刘浪;

  【背景】我国油气需求缺口大、供给制约多、煤炭绿色低碳转型任务艰巨，富油煤作为集煤、油、气属性于一体的煤炭资源，具有立足国内增加油气供给的巨大潜力。【进展】富油煤原位热解技术已在陕西榆林成功实施工程试验，目前仍处于探索阶段。其具备两大战略价值：一是弥补我国油气需求缺口，提高油气自主保障能力；二是变革煤炭开采技术，推动煤炭产业绿色、低碳转型发展。富油煤原位热解包括钻孔式和矿井式两种实践途径，目标是持续高效提取煤中油气资源，主要面临热解选区、加热技术与高效传热传质等难题。【展望】“四性”是原位热解技术研发的关键，包括地质条件适宜性、加热技术匹配性、传热传质有效性和热解安全稳定性。主要内容为：(1)从富油煤资源条件、地层封闭条件、水文地质条件和构造条件等方面阐明适宜富油煤原位热解的地质基础，揭示热辐射范围内围岩封闭动态稳定性的约束条件，为原位热解选址和工程设计提供地质依据。(2)深刻认识富油煤在温度、应力约束下的热物理性质演化行为，基于地质-工程条件论证原位加热技术适宜性，并针对煤层低导热特性开展高效加热工艺设计，通过风、光、电多种供能方式互补实现供热能源经济性。(3)地应力、大尺度煤体、焦油高黏度是制约原位热解油气运移、产出的主要因素，煤层致裂、载热介质优化与温压调控、焦油降黏轻质化是改善煤层传热传质性能和提高热解油气可产出性的潜在方法。(4)原位热解持续稳定运行依赖于全过程监测与动态预警，需要监测手段立体化、地质信息反演精准化、多相多场环境模型化、突变阈值预测预警等技术予以支撑。进一步探索与地质条件相匹配的富油煤原位持续高效热解关键技术，破解煤炭资源开发与地质环境之间的制约矛盾，是推动富油煤原位热解技术深入发展的关键。

  2024年07期 v.52;No.319 1-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 1968K]
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富油煤原位热解实践与模拟

• 陕北富油煤地下原位热解先导试验

  段中会;杨甫;王振东;马丽;段晓青;曹虎生;陈亮;

  【目的】陕北富油煤地下原位热解先导试验在国内外尚属首次，开创了富油煤、油页岩等原位转化新方向，引起了行业内外广泛关注。富油煤地下原位热解的研究尚处于起步阶段，缺少现场工程数据的系统研究。【方法】通过现场先导试验，明确富油煤地下原位热解的地质条件和工程难点，总结陕北富油煤地下原位热解开采进展，探讨下一步技术攻关方向。【结果和结论】结果表明：(1)先导试验区具有煤层稳定、煤质条件好、煤焦油产率高、生油潜力大、煤系富水性弱、隔水层厚度大等优越的原位热解地质条件，但煤层孔隙连通性差、导流能力低、煤层导热能力差、高效加热难度大、煤层改造难度大、体积造缝要求高等因素影响到工程效果。(2)开展综合地质评价有利于规避地层水、断层等不利因素对地下热解过程的影响，可控冲击波致裂技术有助于地下煤层裂缝连通，井下高效电加热器稳定运行是高效产油的关键。(3)经过一个月加热运行，成功提取出全球第一桶地下原位热解油，初步打通了富油煤地下原位热解开采技术路径，获取了产油的地下温度、压力等工艺参数。先导试验存在加热周期短、产油量低、耗能高，缺少项目运行的系统性技术评价，需从研发高效井下电加热器、地下煤层体积造缝、热解-气化一体化、热能综合利用及集成CCS等方面继续升级技术，实现降本增效，综合提高富油煤地下原位热解开采的经济性、安全性和可靠性。

  2024年07期 v.52;No.319 14-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 1993K]
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• 富油煤原位热解多物理场演化规律数值模拟研究

  杨甫;程相强;李明杰;吴志强;魏进家;曹虎生;

  【目的】富油煤原位热解是一种具有清洁、高效、安全等优势的煤炭资源新兴利用技术，尚处于起步阶段，多物理场演化规律及关键工艺参数对富油煤原位热解过程具有重要影响。【方法】通过构建耦合流体流动、传热以及化学反应的多物理场数值模型，并与富油煤圆柱煤样热解实验的结果对比分析，以验证多物理场耦合模型的可靠性。根据先导试验条件，采用均质/非均质渗透率模型研究了渗透率、热载体流量以及致裂区高度对热解过程中传热传质的影响。【结果和结论】结果表明，增大渗透率有利于快速生产，对于均质渗透率模型而言，当渗透率为1μm~2时热解反应仅需38 d即可完成，建议对煤层进行冲击致裂使得煤层渗透率达到达西级别。而对于非均质渗透率模型，在加热前期增大热载体流量可以提高传质传热速率。热载体流量为0.12 kg/s时，高渗区域热解反应完成仅需12 d左右。后期当中心高渗区域煤热解完成后，反应及渗流速率变慢，提高热载体流量对反应速率的影响较小。实际生产中建议前期选择较大的热载体流量(0.12 kg/s)促进高渗区域快速热解，更快产生焦油；后期可减小热载体流量节省成本。增大致裂区高度可提高热解速率，致裂区高度为6 m时，热解反应仅需130 d左右即可完成。实际应用中需综合考虑冲击致裂成本以及热解时间成本。

  2024年07期 v.52;No.319 25-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1768K]
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• 富油煤地下原位热解井下加热器研究现状及展望

  王振东;段中会;杨甫;马丽;

  [意义]我国富油煤地质资源丰富，是保障能源安全的潜在煤基油气资源。富油煤地下原位热解“取氢留碳”是煤炭资源清洁低碳利用的发展趋势，而井下加热器是实现富油煤地下原位高效热解的关键设备之一。【进展】在系统收集相关资料、数据和调研的基础上，简述了地下原位对流加热方法的现状，重点阐述了地下原位对流加热用加热器的研发现状，最后对井下电加热器的应用效果及后续的攻关方向分别进行了简述和展望。地表加热器的发展较为成熟，仅适用于埋深较浅和所需加热温度较低的地层(<350℃)。井下燃烧加热器还需有效解决极端工况下燃烧反应稳定性和二次点火可靠性的问题；井下电加热器通过将强化传热结构与电加热棒结合，不仅可缩小其尺寸，还可降低电加热棒的壁面温度，有效解决其加热效率低及寿命短的问题。此外，密封结构可有效提高井下电加热器在复杂工况下的适应性。采用自主研制的闭式双壳体井下电加热器，在陕北侏罗纪煤田榆神矿区大保当井田成功提取全球第一桶富油煤地下原位热解煤焦油。【展望】为提高富油煤层的加热速度和加热效率，井下电加热器的后续研究可从高功率井下电加热器和复合加热两个方面着手。复合加热在介质输送过程中仍会产生一定量的热损失，随着加热井数量及煤层深度的增加，热损失问题会进一步凸显，故应重点攻关高功率井下电加热器，以期为我国富油煤地下原位热解工艺研发与工业化应用提供技术支撑。

  2024年07期 v.52;No.319 35-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 1564K]
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• 富油煤热解特性及其孔裂隙结构演化规律

  耿济世;王双明;孙强;侯恩科;杨玉茹;胡鑫;薛圣泽;

  【目的】富油煤原位热解提取煤基油气是弥补我国油气资源短缺、提升煤炭资源利用效率的重要措施，也是富油煤高效开发的新趋势。富油煤在原位热解过程中的油气产出特征及孔裂隙发育情况直接影响到煤体内部传热、热解产物迁移及产出，查明富油煤热解特性及其孔裂隙结构演化规律尤为关键。【方法】利用自主研制的热解实验装置，结合比表面及孔径分析仪、三维显微镜和同步热分析技术，记录富油煤在不同热解温度下的产气规律，测定热解残样的微观孔隙结构及孔径分布特征，分析煤体裂隙演化规律及表面裂隙参数，揭示煤体结构和热解产物对热解温度的响应机制。【结果和结论】结果表明，富油煤热解产气总量和最大产气速率随温度的升高而增大，在温度大于300℃时热解反应变得剧烈，产气量增加显著。通过对比不同热解温度下的孔裂隙结构，发现孔隙结构类型以300℃为界发生明显改变，低于该温度热解后的孔隙类型以细小瓶颈和缝隙/楔形孔为主，主要为中孔，随着温度升高，孔隙类型以平行狭缝为主，微孔增加，中孔和大孔则进一步发育扩展贯通，形成微裂隙。与低温作用煤样相比，高温作用煤样裂隙开度增加、裂隙网络密度及表面裂隙率相应增大，煤样结构发生宏观破坏，完整性降低。富油煤热解过程中的孔裂隙结构演化是水分蒸发、吸附气体解吸析出、不均匀热膨胀、有机质热解及热解气体逸出等共同作用的结果。研究结果可为富油煤原位热解工艺参数选择提供有益参考。

  2024年07期 v.52;No.319 46-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 2365K]
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• 黏结性对富油煤热解孔隙结构演变及渗流的影响研究

  畅志兵;王楚楚;旷文昊;唐颖;吴晓丹;刘淑琴;

  【目的】富油煤的原位热解是将煤层在地下加热生产油气的技术，其中煤层的孔隙结构和渗透特性是影响加热介质注入和油气产出的重要因素。黏结性富油煤热解伴随胶质体的形成，使其孔隙结构和渗透特性不同于非黏结性煤。【方法】将黏结性富油煤在300、400、500和600℃下热解，采用饱和流体法和氮吸附法测试半焦的孔隙参数，并采用显微CT表征半焦的孔隙结构；通过构建等效孔隙网络模型，分析煤样孔隙数目、孔隙半径和配位数等参数的变化规律，并模拟高温N2在孔隙网络中的渗流特征。【结果和结论】结果表明：煤样经300℃热解后仅产生少量裂隙，总孔隙率维持在约5%；当热解温度为400～600℃时，总孔隙率逐渐增至约50%，而微观孔隙仅在600℃脱气后更为丰富。当热解温度由300℃升至400℃，胶质体的形成、膨胀使孔隙和喉道的数量显著增大，但平均半径分别维持在约160μm和约88μm；再由400℃升至600℃，挥发分的析出促进了孔隙结构的连通，使孔隙和喉道的数量逐渐减少，且概率分布向等效半径更大的范围偏移，使平均半径分别增至292.81μm和170.60μm，并使孔隙平均配位数由5.82分别增至6.60和6.33，孔隙率和配位数的增大使半焦的平均模拟渗透率由246.75μm~2显著增至1 377.49μm~2。研究结果可为黏结性富油煤原位热解的工艺研发提供参考依据。

  2024年07期 v.52;No.319 54-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1622K]
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• 富油煤原位热解典型污染物时空分布特征

  田华;张若琳;王前吉;吴小雨;张蕾;张灵茹;方思源;

  【目的和方法】富油煤原位热解产生的油、气在高温作用下会通过煤层顶板的裂隙带向覆岩层迁移富集，给地下环境造成潜在污染风险。为了了解富油煤地下热解过程中典型污染物的释放与分布特征，以陕北侏罗纪煤田神府矿区典型富油煤为研究对象，基于研究区地层结构与岩性资料，采用自主研发的富油煤原位热解相似模拟实验装置，研究富油煤热解产物的组成，及不同温度下煤焦油中酚油、萘油、洗油、蒽油和沥青等典型污染物的时空分布特征。【结果和结论】结果表明：不同热解温度下，典型污染物在覆岩中的分布随时间增加均呈现先上升后下降的趋势，且各组分含量与富集层位差异较大。热解温度为450℃和650℃下，不同覆岩层中污染物含量大小排序为沥青>蒽油>萘油>洗油>酚油。在450℃时，由于温度较低对覆岩层影响相对较小，所以各组分主要富集在中粒砂岩层。随着温度不断升高，覆岩层产生裂隙，导致650℃时轻质组分富集在距煤层较远的泥岩层，重质组分由于密度大且黏性强，迁移能力较差，所以其主要富集区域为泥质粉砂岩层。温度是影响覆岩中典型污染物时空分布特征的主要因素，升高温度会增加污染物的迁移范围，并且酚油、萘油和洗油含量的占比随之逐渐增大，蒽油和沥青含量的占比随之逐渐减小。研究结果为富油煤原位热解地下污染管控提供理论依据。

  2024年07期 v.52;No.319 64-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 1425K]
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• 富油煤原位热解地质环境影响与地质保障技术

  许时昂;张平松;程刚;吴海波;

  【目的】富油煤作为一种集煤、油、气为一体的特殊非常规油气资源，通过原位热解可转化为高附加值焦油、可燃气及半焦固体燃料等，具有解决传统煤炭工业发展过程中绿色开发、清洁低碳利用难题的潜力。在减少煤炭开采污染、提高能效利用等方面，为碳达峰碳中和(“双碳”)目标的实现提供了新的解决方案，也为我国寻求油气资源战略依赖突围提供了重要路径参考。然而，目前国内富油煤地下原位热解的研究仅限于少数先导性试验研究，对于富油煤原位热解的地质环境影响研究与全生命周期地质保障技术探索亟待开展。【方法】基于富油煤开发原位热解的地质环境扰动响应特征，重点探讨了富油煤原位热解对热解区岩体变质、覆岩损伤变形、地下水扰动、地表沉降及地表生态环境等方面的影响，总结了富油煤原位热解地质条件评价与过程监测主要内容和测试技术，梳理了富油煤原位热解地质保障面临的挑战。同时，结合理论研究、技术方法、感测装备、传感单元、数据解译、多源信息融合和工程实践等内容认识，提出了构建富油煤原位热解地质保障技术体系的思考。【结果和结论】分析认为，在富油煤原位热解的新型资源转化利用模式条件下，迫切需要研发与之相匹配的地质保障技术，制定完整的开发、设计、施工、评价方法和标准，以规范和引导富油煤热解技术的发展与应用。此外，还需要在充分挖掘和利用富油煤油气资源固有优势的基础上，积极推动富油煤清洁利用技术的研发创新、安全生产标准的提升以及生态环境保护的深度融合，为煤炭工业实现绿色转型和高效可持续发展提供全面的战略对策与保障。

  2024年07期 v.52;No.319 73-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 1924K]
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富油煤赋存与评价

• 基于煤体真密度和自然伽马响应规律的富油煤判识

  师庆民;耿旭虎;王双明;蔡玥;韩波;王生全;张哲豪;何羽飞;

  目的】格金干馏试验下的焦油产率作为评价富油煤的唯一指标受制于前期较少的勘探资料无法满足富油煤规模化精细评价要求。【方法】基于二分类法提出利用真密度(ρ)和自然伽马(GR)判识富油煤的最佳阈值，并阐释富油煤具有显著岩石物理参数响应的内在机理。【结果和结论】研究表明：不同变质程度煤不具有统一的判识阈值，其中长焰煤类富油煤最佳判识阈值为，原煤真密度小于1.41 g/cm~3、GR<80 API，判识正确率达81.82%。上述富油煤的地球物理测井参数响应受控于无机和有机组分条件，其中与焦油产率呈负相关性的灰分产率是影响煤体真密度的主要因素，灰成分(Al_2O_3+SiO_2)所指示的黏土矿物含量对GR值影响显著；而对焦油产率起决定作用的显微组分则同样对原煤真密度变化具有一定影响。从分子尺度，干燥无灰基状态下的真密度(ρdaf)越小，煤脂肪结构越丰富、越有利于热解产生焦油；反之则芳香结构含量越高、越不利于热解形成焦油。总体而言，多种因素耦合作用使得煤体真密度与焦油产率呈现良好的负相关性。上述认识为基于地球物理测井参数评价富油煤提供了理论指导。

  2024年07期 v.52;No.319 85-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 2099K]
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• 富油煤焦油产率测井评价方法研究

  田瀚;李宁;王双明;武宏亮;冯周;王克文;王贵文;

  【目的】富油煤作为一种集煤、油、气属性为一体的煤基油气资源，对于保障我国油气资源供应、实现煤炭清洁高效利用具有重要意义。目前富油煤的识别主要依靠格金干馏试验测量的焦油产率来判断，而利用地球物理手段准确识别与评价富油煤的研究则相对薄弱。【方法】以新疆三塘湖盆地侏罗系西山窑组和八道湾组煤层为研究对象，基于岩石物理实验，在明确富油煤典型测井响应特征基础上，创新建立了一种煤焦油产率测井定量评价方法。【结果和结论】结果表明：(1)相比含油煤，富油煤具有富氢结构物质含量高、孔隙结构差的特点，这造成富油煤具有“低密度、高中子和高电阻率”的常规测井响应特征；(2)通过多状态二维核磁共振实验测量分析，明确了富油煤具有“二维核磁T1谱双峰，T_2<1、T_1/T_2>10区域信号强”的核磁测井响应特征，而含油煤相应区域信号不明显，这与富油煤中富氢结构物质含量高有关；(3)基于富油煤典型测井响应特征，提出利用电阻率和中子2个参数构建富油煤指示因子Z,Z越大，表明煤焦油产率越高。在煤焦油产率刻度基础上，建立了煤焦油产率与指示因子间的线性关系，实现了煤焦油产率的准确方便计算，可操作性强。上述认识为基于地球物理测井手段识别和评价富油煤提供了理论指导。

  2024年07期 v.52;No.319 97-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 1712K]
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• 基于煤岩煤质多元指标的BP神经网络焦油产率预测方法研究

  乔军伟;王昌建;赵泓超;师庆民;张煜;范琪;王朵;袁丹丹;

  【目的】焦油产率是煤低温干馏利用最重要的煤质参数，决定着富油煤的清洁利用方向。但由于多方面的原因，在煤炭地质勘查阶段对煤焦油产率的测试数据十分有限，极大地制约了富油煤的精细评价和高效利用。【方法】为了提高富油煤精细评价的科学性和准确性，以陕北侏罗纪煤田以往测试1 073组煤岩煤质数据为基础，并筛选出显微组分、工业分析、元素分析、灰成分分析等20项煤岩煤质参数齐全的141组数据，利用BP神经网络算法分别建立了20项煤岩煤质指标的焦油产率预测模型和以4项工业分析为基础的焦油产率预测模型，并对预测模型的准确性和合理性进行分析评价。【结果和结论】结果表明：以20项煤岩煤质指标为特征建立的预测模型最终训练均方误差为0.30，测试集数据预测结果平均绝对误差为0.65；以4项工业分析指标为特征建立的预测模型最终训练均方误差为1.07，测试集数据预测结果平均绝对误差为1.35；扩展集数据在两个模型中预测结果平均绝对误差分别为0.84和1.34，显示出20项煤岩煤质指标比4项工业分析煤质指标建立的预测模型具有更高的拟合优度和泛化性能。利用SHAP算法进一步对预测模型中20项煤岩煤质指标的重要性进行量化分析，显示出镜质组、氢元素、三氧化二铁、水分、挥发分、碳元素、壳质组、氧元素含量是焦油产率的正向影响因素，三氧化二铝、惰质组、固定碳、灰分、二氧化硅含量是焦油产率的负向影响因素，模型中煤岩煤质与焦油产率之间的内在联系很好地契合了地质上对焦油产率影响因素的基本认识，该焦油产率预测模型可以很好地应用于陕北侏罗纪煤田的焦油产率预测，为陕北地区富油煤的清洁高效利用提供支撑。

  2024年07期 v.52;No.319 108-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1476K]
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• 宁东煤田石炭-二叠系富油煤赋存的地质控制作用

  黄鹏程;郭伟勇;姬晓燕;蔡飞飞;张志峰;黄康;程云强;刘争;王贝;陈蓉;师庆民;

  【目的】鄂尔多斯盆地宁东煤田蕴藏丰富的富油煤资源，其中石炭-二叠系煤层由于热演化及沉积环境差异导致富油煤赋存较为特殊。【方法】以红墩子矿区和四股泉矿区煤为研究对象，在分析富油煤赋存特点及关键物质组成基础上，探讨了煤化程度与沉积环境对煤焦油产率的控制作用。【结果与结论】结果表明：宁东煤田石炭-二叠系煤层焦油产率平均值介于7.15%～11.07%，但不同区域、不同煤层及同煤层不同部位焦油产率普遍存在差异性。煤化程度是影响研究区富油煤赋存的核心地质控制因素，使得煤焦油产率随煤化程度升高呈现先增加后降低的变化趋势，峰值转折点为C_(daf)=84%。煤化作用控制下，H/C、O/C与焦油产率之间呈现相近的演化趋势，同时造成活性组分(镜质组+壳质组)仅在Cdaf<84%时与焦油产率呈良好正相关性。成煤母质、气候条件和水体古盐度对煤焦油产率影响较小，但水体还原性及水动力条件间接影响了同煤级煤焦油产率的离散性。镜惰比(V/I)、凝胶化指数(GI)、灰成分指数(K)、U/Th及δU指示的成煤环境表现出覆水性深、闭塞潮湿、还原性强、木本组织少，有利于形成高焦油产率的富油煤；灰分产率、SiO_2+Al_2O_3等指示水动力条件强、陆源碎屑输入量大，不利于高焦油产率富油煤形成。

  2024年07期 v.52;No.319 119-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 1600K]
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• 陕北富油煤分子模型构建及其热解提油分子动力学特性

  郭伟;杨盼曦;俞尊义;杨甫;王晶;马丽;李红强;杨伯伦;吴志强;

  【目的】富油煤结构复杂，热解反应过程与机理不明晰，需要进一步研究富油煤结构与其热解产物分布的构效关系，明晰富油煤热解提油机理。【方法】以陕北典型富油煤为研究对象，结合~(13)C NMR、FTIR和XPS等表征方法，计算并构建富油煤分子模型，分子式为C_(444)H_(380)O_(74)N_8S。基于构建的富油煤分子模型，通过ReaxFF MD对陕北富油热解产物分布、热解特性以及焦油生成机理进行了深入分析。【结果和讨论】结果表明，陕北富油煤具有大量脂肪侧链和桥键等富氢结构，受热容易分解生成焦油和气体等挥发分。温度和升温速率对富油煤热解产物分布影响显著，模拟热解温度在1 500 K时富油煤没有完全反应，挥发性产物质量分数为7.8%；模拟热解温度升高至2 000～3 000 K时，分子及自由基碎片运动越剧烈，二次反应也更明显。随着升温速率的增加，气体产物降低，而焦油产物先增加后减少；升温速率在100～200 K/ps时，富油煤没有完全热解，导致挥发分产率低于36%。根据热解产物分布推测，陕北富油煤热解反应机理是富油煤大分子中富氢结构受热断裂形成自由基碎片，进一步发生热解生成轻质焦油、重质焦油和气体产物。

  2024年07期 v.52;No.319 132-143页 [查看摘要][在线阅读][下载 2692K]
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富油煤热解油气调控及机制

• 铈改性磁性核壳HZSM-5催化富油煤热解研究

  周安宁;张致;陈永安;张怀青;白状伟;石智伟;贺新福;

  【目的】富油煤是集煤、油气属性为一体的宝贵煤炭资源，催化热解是实现其绿色低碳开发的重要途径。然而，高效可回收催化剂的研发仍面临着极大的挑战。【方法】以HZSM-5@SiO_2@MgFe_2O_4(HSMF)为原料，采用水热法与碱改性制备具有多级孔结构的HZSM-5@SiO_2@MgFe_2O_4(mHSMF)，再通过沉淀法制备铈改性mHSMF (5-CeO_2/mHSMF)；并利用固定床反应器考察了5-CeO_2/mHSMF对神府富油煤热解产物的调控作用及其抗积炭性能。【结果和结论】结果表明，CeO_2改性有助于在HSMF表面形成微-介孔多级孔道结构；在5-CeO_2/mHSMF催化剂上，650℃、N_2气氛、反应1 h的条件下，神府富油煤焦油产率达到13.38%，是格金试验焦油产率的176%；相较于原煤热解，催化热解得到的焦油中脂肪烃类及苯类化合物含量分别增加了3.04%和3.07%，煤气中H_2和CH_4含量提高了10.49%；经CeO_2改性后，催化剂的抗积炭性能增幅达86.1%，积炭量仅为11.60 mg/g，且积炭趋于稳定的石墨化结构。5-CeO_2/mHSMF对神府富油煤催化热解产物的分布及组成具有明显调控作用，并表现出良好的抗积炭效果和磁性可回收性能。

  2024年07期 v.52;No.319 144-155页 [查看摘要][在线阅读][下载 1961K]
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• 富油煤焦油中多环芳烃加氢饱和反应研究进展

  贺新福;高凡;吴红菊;张小琴;马涛;石智伟;周安宁;张亚婷;

  【意义】多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是煤焦油中最主要的成分之一，通过加氢饱和可制取具有高能量密度和高热稳定性的喷气燃料。通过分析PAHs加氢过程特点，指出PAHs自身的共振能和加氢中间产物的空间位阻，以及原料和中间产物在催化剂活性位上的竞争吸附是PAHs加氢饱和的关键难题。【进展】综述了近年来PAHs加氢饱和催化剂的研究进展，分析了影响催化剂性能的本质原因，指出提高催化剂活性金属组分的分散度、减小催化剂金属颗粒尺寸可以使催化剂具有更多的加氢活性位点，活性金属适宜的缺电子状态能促进PAHs分子在活性位点上的吸附活化，抑制竞争吸附带来的不利影响。具有丰富孔道和介孔(6～8 nm)结构的催化剂载体有利于PAHs和加氢中间产物的扩散，降低加氢中间产物的空间位阻对加氢反应的不利影响，同时可提供更多的反应表面，促进深度加氢反应进行。酸性适宜的载体可以与活性组分产生相互作用，促进活性组分形成适宜的缺电子状态。总结了PAHs加氢饱和过程的热力学和动力学特征，PAHs加氢反应为放热可逆反应，平衡常数和平衡转化率随反应温度降低而增大，随反应压力的升高而增大，PAHs的扩散性随反应温度的升高而增强，吸附常数随饱和环数的增加而减小。【展望】最后，从催化剂活性组分和载体的设计及调控、PAHs加氢饱和过程热力学和动力学研究等方面提出了研究建议。对煤焦油中PAHs加氢饱和过程及其催化剂的分析和讨论将为富油煤资源高效开发利用提供有益指导。

  2024年07期 v.52;No.319 156-165页 [查看摘要][在线阅读][下载 1099K]
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• 富油煤热解重质焦油基泡沫炭性能研究

  张蕾;刘春江;宋瑞康;王琪;陈雅;黄鹏程;

  【目的】富油煤热解重质焦油制备石墨化泡沫材料是富油煤资源高值化利用的方式之一。【方法】为探究不同反应条件与泡沫炭性能的联系从而制备高性能泡沫炭材料，以重质焦油制备中间相沥青为前驱体，采用高温自发泡法制备泡沫炭。考察不同反应温度、升温速率和反应压力对煤焦油基泡沫炭性能的影响，最后进行Box-Behnken响应面设计实验建立二次多项回归方程，揭示泡沫炭孔隙率、导热系数与反应条件的关系。【结果和结论】结果表明：反应温度、升温速率和反应压力对煤焦油基泡沫炭性能有显著影响。泡沫炭孔隙率的最优值为72.8%，对应的条件为温度559℃、压力0.48 MPa、升温速率9℃/min，影响因素温度>压力>升温速率；泡沫炭导热系数最优值为0.219 W/(m·K)，对应的条件为温度549℃、压力2 MPa、升温速率3.9℃/min，影响因素升温速率>压力>温度。经过响应面模型优化后的工艺参数可制备具有良好孔隙率及导热性的泡沫炭材料，为提升富油煤热解效率提供新方案。

  2024年07期 v.52;No.319 166-175页 [查看摘要][在线阅读][下载 23144K]
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• 陕北富油煤热解提油产物分布特性研究

  俞尊义;郭伟;杨盼曦;高琨;杨甫;马丽;王晶;李红强;杨伯伦;吴志强;

  【目的】富油煤是集煤、油、气属性于一体的特殊煤炭资源，富含带有脂肪结构的侧链和桥键等富氢结构，在热解过程中易裂解生成焦油和煤气，是实现煤热转化制油气的理想原材料。目前关于富油煤热解提油相关研究尚处于起步阶段，探究热载体类型、升温类型、热解温度等工艺条件对热解过程的影响，对于优化富油煤热解制油气工艺具有重大意义。【方法】以陕北神木富油煤为研究对象探究其在CO_2、N_2等不同气体热载体条件下热解的油气产出特性，并利用响应面分析法建立富油煤热解所得焦油产率和轻质焦油产率受关键因素影响的回归模型，探究升温类型、气体热载体类型、热解温度三因素交互作用对二者的影响以及焦油产率和轻质焦油产率最大时的最优反应条件。【结果和结论】结果显示：慢速热解过程中，焦油产率在N_2气氛下随温度升高呈先升后降趋势，在550℃时最高为10.50%；轻质焦油产率不断增加，在600℃时达到60.67%。相比N_2气氛，CO_2气氛下，焦油产率和气体产率均有所升高，轻质焦油产率进一步提高，最高达63.67%，焦油中芳香烃和含氧化合物含量也有所升高。相比于慢速热解，富油煤在两种气体热载体条件下快速热解所得焦油产率均有所升高，600℃时CO_2气氛下最高(11.71%)，焦油中酚油、蒽油等含量增加，轻质焦油产率下降，焦油中酚类、脂肪烃、含氧化合物含量有所增加，热解气中H_2和CH_4浓度有所降低。基于响应面分析得到三因素对焦油产率和轻质焦油产率影响的显著性顺序均为：热解温度>气体热载体类型>升温类型。以最大焦油产率和最大轻质焦油产率为目标，利用回归模型优化得到最优热解工艺分别为：快速热解、CO_2气氛、595℃和慢速热解、CO_2气氛、558℃，最优预测值分别为11.72%和60.75%。经过实验验证确定最优条件下的焦油产率和轻质焦油产率分别为：11.94%和60.67%，优化结果与实验验证结果基本一致。

  2024年07期 v.52;No.319 176-188页 [查看摘要][在线阅读][下载 1599K]
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• H₂O气氛下富油煤热解过程的反应分子动力学模拟

  黄淄博;刘倩如;刘红;周文静;魏进家;

  【目的】我国富油煤资源丰富，通过热解技术可将其转化为能源产品(化学品、气体或液体燃料等)，缓解我国油气资源的对外依存程度。深入认识热解过程中的产物变化规律和反应机理，对于煤炭清洁高效转化工艺的研究至关重要。【方法】采用反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟探究富油煤(长焰煤)热解过程以及H_2O气氛对热解产物分布的影响和作用机制。【结果和结论】结果表明，富油煤(长焰煤)热解的温度范围为1 200～2 800 K，热解过程主要分为热解(1 200～2 000 K)和缩聚(2 000～2 800 K)两个阶段。在热解阶段，随着温度的升高，煤分子快速裂解，焦炭产物不断减少，焦油和气体产物不断增加；在缩聚阶段，焦油产物之间发生缩聚反应生成焦炭，同时释放小分子气体，导致焦油产物减少，焦炭和气体产物增加。因此，提高热解温度、延长热解时间可得到更多的气体产物，而提升焦油产量的关键则是抑制缩聚反应发生。在高温缩聚阶段引入H_2O气氛热解，结果表明，H_2O能够有效地促进煤分子的裂解，随着H_2O占比的增加，煤热解体系中C―C键减少，C―H和C―O键增加。分析二者之间的交互作用发现，煤热解产生的自由基与H_2O反应，促进H_2O分子分解，H_2O分解产生的H·和OH·又进一步促进煤裂解，并与煤热解产物反应，生成更多的焦油和气体。研究加深了对富油煤热解过程的理解，对煤炭资源的清洁高效利用具有一定指导意义。

  2024年07期 v.52;No.319 189-199页 [查看摘要][在线阅读][下载 3731K]
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• 《煤田地质与勘探》征稿简则

  <正>《煤田地质与勘探》于1973年创刊,月刊(2022年1月起变更),中煤科工西安研究院(集团)有限公司主办,是煤炭地质行业学术与实用技术并重的综合性期刊。主要刊载煤炭地质,矿井地质,煤系气,煤伴生矿产,水文地质,工程地质,环境地质,煤田物探,矿井物探,钻掘工程等方面,具有较高学术、技术水平和实用价值的基础理论、先进技术与方法、先进经验等科研或工程实践成果。本刊发表的文章在国内外具有较广泛的影响,欢迎煤炭地质及相关领域的广大科技工作者踊跃投稿。

  2024年07期 v.52;No.319 200页 [查看摘要][在线阅读][下载 252K]
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