同步辐射技术研究焦炭结构及其综合性质
燕慧1
高亚芳1
崔贝贝2
申岩峰2
王美君2
1.山西焦化股份有限公司,山西 临汾 0416062.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,山西 太原 030024
摘要：深度认识焦炭分子结构及气化反应性的本质是科学评价焦炭质量、定向调控焦炭反应行为的关键.以山西某焦化厂所用 16 种单种煤和 8 种配合煤为原料,利用 40 kg焦炉制备了 24 种焦炭.通过工业分析、元素分析、灰成分分析、孔隙率和焦炭光学组织分析等手段表征焦炭的宏观组成及介观结构特性.借助同步辐射X射线小角散射(SAXS)和广角散射(WAXS)联用技术研究焦炭的碳-孔-灰特性.基于焦炭的宏观、介观和微观结构特性以及溶损机制分析了焦炭结构及组成与强度和反应性的本质联系.结果表明:焦炭有机质中碳元素质量分数占 96.29%～99.07%;灰分质量分数在 9.35%～14.51%范围内波动.中黏煤TB和贫煤CZ制备的焦炭富含 2～70 nm孔隙,呈现清晰的小角散射现象.焦煤LL和配煤BC2 在成焦过程中 1～100 nm孔隙被封闭或转化成 200～800 μm孔.期间,焦炭芳香度(fa)增加且片层间距(d002)减小,形成明锐的WAXS散射环,其余焦样呈弱散射环.低阶煤因挥发分释放引起焦炭裂纹网络形成与发展;高阶煤碳网结构在热应力作用下发生破裂,2 种现象均导致焦炭抗碎强度(M40)下降.焦炭分子中适当的无定形结构(高Porod斜率)和表面粗糙度可增加碳层结构单元间的交联,并抑制平行碳层间的滑移;分形维数(DS)和芳香堆垛尺寸(La和Lc)是决定焦炭反应性(CRI)的根本因素.
关键词：同步辐射焦炭结构气化反应性抗碎强度溶损反应
分类号：TQ530.2(煤化学及煤的加工利用)
资助基金：山西焦化股份有限公司技术开发基金资助项目(GFPMJS(2022)004)山西省重点研发计划基金资助项目(202102090301002)
论文发表日期：2025-07-31
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 130-140 )
英文信息