低品质煤大规提质利用的基础研究.doc

一、关键科学问题及研究内容 1．关键科学问题 本项目低品质煤大规模提质利用，出拟解决的三个科学问题。 煤中的粗粒矿物可通过一般选煤方法脱除，但煤炭深度脱硫降灰是针对煤中微细矿物展开的。煤中微细矿物一般是指肉眼难以分辨的、嵌布在有机质中通过常规选煤方法不能脱除的矿物，如浸染黄铁矿、原生黏土矿物等，微细矿物难于脱除的原因在于其被煤包裹并与煤本体形成复杂的结构关系。因此，需要深入研究微细矿物种类、组成、在有机质中的嵌布形态和分布规律及其对脱除的影响。 有机硫存在于煤有机分子结构中，由于煤有机结构的复杂性，目前对煤中有机硫的研究主要关注含硫官能团的辨识以及在利用过程中硫的化学变迁。煤中有机硫定向脱除的关键是深入认识各种含硫组分及含硫化学结构与基团在煤有机质中的赋存规律，阐明煤有机结构与相应含硫基团和结构间的作用类型与作用规律，解析典型有机含硫组分的化学结构、硫键和相关结构对不同形式的外加能量的化学物理响应规律，从而找到有机硫的脱除机理和方法。 煤炭高含水的原因在于其含有大量的含氧官能团和发达的孔结构。含氧官能团的组成、结构、存在形态和分布规律对煤持水特性有重要影响；褐煤孔隙中水的富集和作用机制与有机质的内表面吸附性及毛细管作用有关，各种含氧官能团和孔隙结构相互交织形成的多维空间体系使水的赋存更加复杂，不同赋存形态的水与本体间的作用力形式和大小不同。对这些问题的深入认知是煤脱水提质的关键基础。 关键科学问题二：杂质组分脱除的能量作用机制和界面调控 煤中杂质组分脱除的本质是外界输入能量克服杂质组分与煤本体之间结合能的过程，不同的杂质组分具有不同的结合能。煤脱水的理论基础应当是对煤中羧基和羟基等含氧官能团造成强持水性的原因、发达孔结构中水的表面吸附和毛细管作用机制的充分认知，并系统研究不同赋存形式水脱除所对应的本征能量和不同环境条件下脱水过程的热力学特征，从而为构建煤低能耗脱水的技术原型提供科学理论支持。煤微波辐照下脱硫是基于微波的穿透性和微观靶向能量作用。对煤及其含硫组分的微观化学结构、介电性质及其差异性和表征方法的研究是煤微波脱硫的基础；研究微波频率、功率和耦合谐振方式等条件与硫组分解离效应的匹配，可为微波辐照下煤中硫组分的降解脱除提供科学理论和方法指导。 分离过程涉及不同尺度的相界面，相界面能的有效调控是低品质煤高效提质的基础。煤脱水后煤。基础与过程动力学煤炭提质相间相互作用机理煤与矿物非均衡与物性匹配的多流态非均衡过程 低品质煤提质前后杂质赋存和物理化学特性发生了显著变化。因此，应该研究提质煤孔隙结构、含氧官能团、矿物成分、表面性质变化对其高效燃烧反应特性的影响机理，灰熔融特性变化及调控规律，杂质元素在燃烧等过程中的迁移及控制规律。 2．主要研究内容 以煤的杂质赋存化学物理基础以低品质煤提质的物质基础能量作用界面调控过程强化提质利用为研究主线，以提质为目的，围绕关键科学问题重点开展以下方面的研究： 1）低品质煤的矿物、硫、水等杂质赋存化学与物理 ① 低品质煤中微矿物组成、赋存及其 ② 低品质煤的有机含硫及其典型赋存 ③ 褐煤水的赋存化学与物理2）煤炭脱水提质的量子/分子力学分析与能量机制 ① 煤脱水量子/分子力学 ② 煤脱水及 ③ 提质煤的界面稳定性及其调控 （3）煤中含硫组分对微波的化学物理响应与脱除 ① 煤非均质介电特性 ② 含硫组分结构对微波的断键响应及降解规律 ③ 微波脱硫动力学及调控 4）低品质煤干法脱灰脱水的流态化基础 ① 大型浓相分选流的稳定机制 ② 煤炭干法的分离过程及其动力学 ③ 流态化及传递 5）煤炭深度脱硫降灰的非均衡过程及其动力学 ① 微细矿物分离的尺度效应 ② 多流态梯级强化的非均衡分离过程 ③ 煤炭深度脱硫降灰的 （6）提质煤的高效燃烧气化机理及污染控制 ① 提质煤燃烧气化反应动力学② 提质煤热转化过程中污染物生成、迁移及阻滞机制 ③ 提质煤高温熔融物相生成及黏温特性调控  二、预期目标 总体研究目标：针对我国低品质煤大规模开发的重大需求，研究低品质煤中矿物、硫、水等杂质的赋存化学与物理，揭示杂质组分脱除的化学物理响应和界面调控规律，构建以稳定流态化与非均衡分离过程为特征的低品质煤大规模提质的工程基础，提出提质煤的燃烧等高效利用原理与方法，形成我国低品质煤提质利用的理论体系与技术创新。 项目的具体目标： （1）通过低品质煤中矿物、硫和水等杂质的赋存形态、化学结构及与煤有机质本体的分子间键合和物理作用机制研究，建立低品质煤的杂质赋存化学与物理理论。 （2）建立多元多组分复杂煤的计算模拟研究平台，从分子层次脱水本征能量理论。大型浓相分选流的稳定流态化能量传递煤脱灰脱水为高灰高水煤炭的干法流态化高效提质提供理论基础和技术支持。非线性物性相匹配的多流态， 建立国一流研究平台，取得一批具有国际影响的研