第1章中國高堿煤資源和利用現狀001

1.1中國高堿煤資源特征001

1.2高堿煤利用現狀及問題002

參考文獻003



第2章高堿煤結構特征及熱溶萃取004

2.1溶劑種類對萃取的影響004

2.2溫度對溶劑萃取的影響006

2.3萃取過程中萃取產物的分析007

2.3.1固相產物分析007

2.3.2液相產物分析010

2.3.3氣相產物分析013

2.4高堿煤熱溶萃取過程機理014

參考文獻016



第3章高堿煤中活性礦物質賦存形態017

3.1高堿煤中堿金屬及堿土金屬的賦存形態017

3.2煤中Na和Cl的NMR原位分析021

3.3分選煤中礦物質分析024

3.4高堿煤灰中堿金屬和堿土金屬分布029

參考文獻033



第4章高堿煤熱解特性034

4.1高堿煤常規熱解特性034

4.1.1溫度對淖毛湖高堿煤熱解產物的影響038

4.1.2壓力對熱解產物的影響042

4.1.3熱解終溫停留時間對熱解產物的影響045

4.2高堿煤的加氫熱解048

4.2.1壓力對加氫熱解產物的影響048

4.2.2溫度對加氫熱解產物分布規律的影響054

4.2.3熱解終溫停留時間對加氫熱解產物分布規律的影響060

4.2.4高堿煤的快速加氫熱解特性065

4.3熱解焦油產物組成分析069

4.4礦物質對煤熱解特性的影響075

4.5顯微組分熱解差別079

4.5.1分選煤樣的結構特性079

4.5.2不同顯微組分的熱解特性分析081

4.5.3熱解過程產物與官能團結構變化關聯083

參考文獻087



第5章高堿煤熱解過程礦物質初始沉積089

5.1熱解過程堿性礦物質釋放演變特性089

5.1.1素高溫熱演變規律092

5.1.2加壓熱解過程AAEMs的釋放及擴散特性096

5.1.3熱解溫度對堿性礦物沉積行為的影響099

5.1.4熱解壓力的變化對沉積特性的影響102

5.2半焦中堿性礦物的物化特性105

5.3煤熱解過程中不同形態的Na、Cl和S的相互作用106

5.4高堿煤熱解過程初始沉積層形成機理110

參考文獻112



第6章高堿煤氣化過程堿性礦物質擴散和結渣116

6.1煤焦中堿性礦物質特性及結渣規律116

6.1.1半焦中AAEMs的賦存形態及分布特性116

6.1.2不同氣化溫度下礦物質層狀沉積特性118

6.1.3高堿煤焦加壓氣化過程中底灰礦物特性121

6.2氣化過程中細顆粒物形成和釋放規律125

6.2.1熱轉化條件對PM形成特征的影響127

6.2.2外加礦物對煤焦氣化過程中PM釋放特性影響131

6.2.3外加礦物對氣化底灰形態的影響134

6.3高堿煤工業氣化結渣分析137

6.3.1高堿煤氣化灰渣組成及礦物相分析137

6.3.2灰渣高溫熔融及黏溫特性140

6.3.3高堿煤氣化過程礦物演變及結渣預測142

參考文獻145



第7章高堿煤燃燒過程結渣行為148

7.1燃燒結渣機制及結渣預測148

7.1.1礦物質顆粒高溫結渣行為149

7.1.2飛灰高溫結渣預測152

7.2新疆高鈉煤燃燒利用過程中的問題154

7.3高堿煤燃燒結渣抑制技術165

7.3.1洗脫前處理技術166

7.3.2混煤摻燒技術167

7.3.3添加劑摻燒抑制技術172

7.3.4燃燒工藝優化176

7.3.5塗層噴塗工藝178

7.3.6NOx排放抑制技術179

參考文獻180



第8章高堿煤直接液化特性及無機質遷移184

8.1高堿煤加氫液化概述184

8.2溫和加氫液化反應特征187

8.3不同壓力下加氫液化反應特征194

8.4直接液化過程堿金屬及堿土金屬演化207

8.4.1堿金屬在直接液化過程中的分布207

8.4.2堿土金屬及氯在直接液化過程中的分布212

參考文獻215



第9章高堿煤制活性炭和型焦216

9.1高堿煤活化制活性炭216

9.2高堿煤半焦成型制型焦224

參考文獻231

伴隨我國社會經濟的高速發展，短時期內消耗了大量優質煤炭資源，促使煤炭利用逐漸向儲量更豐富的褐煤和次煙煤等低階煤過渡。在“碳達峰、碳中和”的背景下，煤炭利用的清潔化、大型化、規模化、低碳化是主要方向。為響應“西部大開發”戰略和“一帶一路”倡議，西部地區將成為我國未來重要的能源供應基地。

我國新疆地區煤炭儲量極其豐富，是世界上的整裝煤田。新疆煤開采成本低、反應性好、易燃盡，且素含量低，因此是動力用煤和化工用煤的優良原料。然而，由於獨特的成煤環境和地質特點，導致新疆煤中堿金屬及堿土金屬含量普遍高於我國其他地區的煤，是非常典型的高堿煤。在高堿煤燃燒和氣化利用過程中，易引起嚴重的沾污和結渣問題，極大制約了地區資源開發和經濟發展。另一方面，新疆煤普遍屬於高油煤，殼質組含量較高，適合熱解和加氫液化等高附加值利用。因此，在充分認識新疆高堿煤質特性基礎上，開發適合的轉化利用技術，是資源高效利用的關鍵。

高堿煤的利用是近年來我國煤炭加工領域遇到的新問題，相關基礎研究快速發展，理論創新得到一定程度的提升，但是技術革新仍然發展緩慢，主要原因是對高堿煤的物理和化學特性缺乏繫統科學的認識。本書結合作者多年來對高堿煤組成、結構及反應性的研究成果，繫統歸納了高堿煤特性，介紹了高堿煤的熱溶萃取特性以及大分子結構特征。高堿煤中賦存大量活性礦物質，是影響高堿煤利用的主要問題。因此，本書詳細總結了高堿煤中活性礦物質的形態、分析方法，以及在熱解、燃燒、氣化、直接液化等典型轉化利用過程中的演變規律和對工藝產生的影響；重點闡述了煤中活性礦物在轉化過程中“質”的轉化和“量”的再分配機制。本書還分析了典型高堿煤中顯微組分的分布規律，以及不同顯微組分在轉化過程中的作用。本書內容可為解決高堿煤利用過程中的問題提供一定的依據和理論支撐，同時可以根據高堿煤的特征，拓展其利用方向。

由於作者水平有限，研究結果為近幾年科研成果的積累，部分為個人觀點，可能存在一定的不確定性，歡迎讀者對此提出不同的意見。

在本書編著過程中，林雄超、王彩紅主筆進行了內容撰寫；楊遠平、郭衛傑、徐榮聲、殷甲楠、李昌倫、李首毅等人在國家自然科學基金項目資助下，針對高堿煤的特性和利用進行了大量的基礎性研究工作，本書內容基於上述研究成果進行了歸納總結；張珂、陶先鋒、黨坤、張續春等進行了大量的文獻搜集和資料整理工作；同時，王永剛對本書的內容進行了校核和審定，在此一並表示感謝。

本書涉及一定的理論和實驗分析方法，有助於繫統認識高堿煤的特性及利用技術。本書可以作為科研工作者的參考書，也可以作為碩士和博士研究生的參考教材，希望能達到預期的效果。



編著者

2021年12月