第1章緒論1

1.1我國低變質煙煤資源及其分布 1

1.2陝北低變質煤煤質特征 3

1.2.1宏觀特征 3

1.2.2岩相特征 4

1.3陝北低變質煤的利用途徑 5

參考文獻 6



第2章低溫干餾生產蘭炭技術8

2.1概述 8

2.2低變質煤低溫干餾產品 10

2.2.1蘭炭 10

2.2.2煤焦油 12

2.2.3煤氣 14

2.3內熱式蘭炭生產裝置及工藝 17

2.3.1SJ 型繫列低溫干餾方爐 17

2.3.2內熱式直立爐干餾工藝 17

2.3.3低溫干餾過程的物料平衡與熱量平衡 20

2.3.4炭化爐的熱效率和炭化耗熱量 22

2.3.5炭化過程能耗分析 24

2.4基於蘭炭生產的多聯產技術 25

2.4.1煤-蘭炭-硅鐵-金屬鎂多聯產 25

2.4.2煤-蘭炭-電石-聚氯乙烯多聯產 26

2.4.3煤-蘭炭-化工產品-電多聯產 27

2.4.4循環流化床熱電煤氣三聯產技術 27

參考文獻 28



第3章低變質煤微波熱解技術及產品分析30

3.1微波加熱技術 30

3.1.1微波加熱原理與特點 30

3.1.2微波加熱技術的應用 31

3.2工藝過程與研究方法 33

3.2.1原料 33

3.2.2常規熱解與微波熱解 33

3.2.3分析與表征 33

3.3低變質煤常規熱解及其主要影響因素 34

3.3.1TG-DTG 分析 34

3.3.2常規熱解的主要影響因素 36

3.4低變質煤微波熱解及其主要影響因素 40

3.4.1微波場中的升溫特性 40

3.4.2工藝條件對微波熱解過程的影響 42

3.4.3低變質煤微波與常規熱解對比分析 52

3.5液化殘渣的常規熱解 58

3.5.1液化殘渣的索氏萃取實驗 58

3.5.2常規熱解過程分析 60

3.5.3熱解溫度對熱解過程的影響 65

3.6液化殘渣的微波熱解 70

3.6.1微波熱解的主要影響因素 70

3.6.2液化殘渣微波與常規熱解的對比分析 80

參考文獻 86



第4章低變質煤共熱解技術及理論分析89

4.1概述 89

4.2工藝過程與研究方法 90

4.2.1原料 90

4.2.2低變質煤與添加劑的共熱解 91

4.3低變質煤與液化殘渣（DCLR）共熱解 91

4.3.1共熱解產物收率 92

4.3.2共熱解產品分析 92

4.3.3氣相產物的析出特性 96

4.3.4SJC 與DCLR 共熱解過程與反應機理 100

4.3.5DCLR 加入量對共熱解過程的影響 101

4.3.6固體焦的原位紅外分析及成焦機理 110

4.4低變質煤與低溫焦油重質組分（HS）共熱解 122

4.4.1共熱解產物收率 123

4.4.2共熱解產品分析 123

4.4.3氣相產物的析出特性 127

4.4.4SJC HS 共熱解過程與反應機理 131

4.5低變質煤與瀝青（LQ）共熱解 132

4.5.1共熱解失重特性分析 132

4.5.2共熱解過程氣相產物的析出規律 133

4.5.3固體焦的原位紅外分析 137

4.5.4熱解過程活性官能團的演變 138

4.5.5共熱解過程固體焦的形成機理 146

參考文獻 148



第5章低變質粉煤成型熱解制備型焦技術150

5.1概述 150

5.2工藝過程與研究方法 151

5.3以液化殘渣（DCLR）為黏結劑制備型焦 152

5.3.1液化殘渣的灰分組成及其對型焦結構性能的影響 152

5.3.2液化殘渣添加比例對熱解過程及型焦結構性能的影響 157

5.3.3型焦制備過程的其他影響因素 162

5.4以重質油（HS）、焦煤（JM） 和瀝青（LQ） 為復合黏結劑制備型焦 175

5.4.1型煤低溫氧化過程主要影響因素 175

5.4.2型煤低溫氧化過程分析 178

5.4.3熱解過程主要影響因素 185

5.4.4原料配比對型焦制備過程的影響 187

5.5以瀝青（LQ）為黏結劑制備型焦 196

5.5.1成型熱解過程的主要影響因素 197

5.5.2預氧化條件對型焦抗壓強度的影響 200

參考文獻 201



第6章煤基電極材料的制備及電吸附處理氰化廢水203

6.1概述 203

6.1.1煤基電極材料 203

6.1.2氰化提金廢水 206

6.2工藝過程與研究方法 208

6.2.1原料 208

6.2.2實驗步驟 209

6.2.3分析表征 210

6.3煤基電極材料的制備及其結構性能優化 212

6.3.1煤基電極材料制備過程影響因素 212

6.3.2煤基電極材料的水蒸氣活化 217

6.3.3煤基電極材料的硝酸活化 221

6.4電吸附處理氰化提金廢水 227

6.4.1熱解活化條件對吸附過程的影響 227

6.4.2電解工藝條件對吸附過程的影響 229

6.4.3煤基電極電吸附處理氰化廢水過程分析 235

參考文獻 237

陝北地區低變質煤資源具有低灰、低硫、低磷、高發熱量、高揮發分、高化學活性的特點，在我國能源結構中占有至關重要的地位。以循環經濟理念為指導，將蘭炭生產、煤焦油加工、焦爐煤氣利用置於同等重要的位置，打造以蘭炭產業為龍頭的多聯產技術與產業園區，是引領我國煤化工產業健康有序發展的重要舉措。作者對多年來承擔的國家支撐計劃、國家973計劃預研、國家自然科學基金、陝西省科技統籌計劃及其他各類項目的研究成果進行梳理總結，介紹了微波熱解、共熱解、成型熱解等低變質煤清潔轉化與分級提質新技術和新理論，以期為我國低變質煤的高效、清潔轉化及資源綜合利用提供理論支持和幫助。

全書共分六章，章主要介紹我國低變質煤資源的特點及其利用現狀；第二章講述了SJ型內熱式直立方爐制備蘭炭技術及相關理論計算；第三章介紹了低變質煤與液化殘渣微波熱解技術及其相關基礎理論；第四章主要介紹低變質煤與液化殘渣、重質油、瀝青等的共熱解技術與理論；第五章主要介紹低變質粉煤成型熱解制備型焦技術及其相關理論；第六章主要介紹低變質粉煤制備煤基電極材料及其電吸附處理氰化提金廢水新技術和新理論。研究表明，微波熱解具有升溫速率與熱解速率快、熱解焦油和煤氣收率高的特點，微波場中“熱效應”與“非熱效應”共同作用可促進低變質煤、液化殘渣熱解過程中瀝青質熱分解，有助於氣相產物快速釋放與焦油產品輕質化。共熱解過程中供氫作用與協同效應共同作用導致氫重新分配，使得液相產物收率增大，熱解氣中H2含量降低，有助於熱解產品進一步加工利用。以低變質粉煤為主要原料通過成型熱解技術生產型焦及煤基電極材料是陝北低變質粉煤清潔轉化與增值利用的一種新思路，既可以解決粉煤熱解轉化面臨的瓶頸問題，又可以提高煤焦油收率、改善焦油組成，同時可獲得性能優良的型焦及煤基電極材料，進一步提升了低變質煤的利用價值。基於煤基電極的電吸附處理技術可有效去除氰化廢水中的氰化物及有價金屬離子，電吸附過程是離子定向遷移、吸附及富集沉澱三者共同作用的結果，值得進行繫統深入的應用基礎研究。

本書由西安建築科技大學宋永輝、蘭新哲與西安交通大學馬勝強撰寫，主要內容基於課題組多年來在低變質煤資源綜合利用方面的研究成果，同時也受益於學術同仁提出的中肯意見與建議，博士生尹寧參與了全書的文字整理工作，在此一並表示感謝。

本書出版得到國家自然科學基金（51774227）與陝西省自然科學基金陝煤聯合基金項目（2019JLM44）的資助，也獲得了陝西省黃金與資源重點實驗室、陝西省冶金工程技術研究中心與西安建築科技大學冶金工程學院的大力支持。

本書雖經多方面努力，但由於作者研究及撰寫水平有限，在基礎理論及專業技術的理解方面難免出現偏頗與疏漏，敬請本領域內的專家和廣大讀者批評指正。



編者

2021年8月