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燃料化学学报(中英文) 2025年

作者：颜井冲马凯祥葛蓉雷智平李占库张维东任世彪王知彩水恒福安徽工业大学化学化工学院安徽省煤炭清洁转化与低碳利用重点实验室

富氢炼铁是减少高炉焦炭消耗和碳排放的一种极具潜力的方法。本文探讨了焦炭的结构特征与其在溶损气化反应性之间的关系，特别是在富氢气氛下的表现。研究中对六种不同类型的焦炭进行了表征，并分析了它们在不同气氛中的溶损行为，以揭... 详细信息

富氢炼铁是减少高炉焦炭消耗和碳排放的一种极具潜力的方法。本文探讨了焦炭的结构特征与其在溶损气化反应性之间的关系，特别是在富氢气氛下的表现。研究中对六种不同类型的焦炭进行了表征，并分析了它们在不同气氛中的溶损行为，以揭示富氢气氛下的影响。研究结果表明，固定碳含量的增加导致焦炭反应性指数（CRI）降低和反应后焦炭强度（CSR）提高。在CO2气氛下，焦炭的CSR由35.76%提升至62.83%；在90CO2/10H2气氛下，焦炭的CSR由65.67%提高到84.09%。CRI与焦炭的微晶结构参数之间具有良好的线性关系。结晶度较高、非晶态成分较低以及光学组织（OTI）值较低的焦炭，在高炉中表现出更强的抗降解能力，保持了结构完整性。通过位移修正随机孔隙模型（S-MRPM）进行的动力学分析显示，孔隙结构和内在矿物组成的变化显著影响了反应速率。少量水蒸气的引入加速了溶损过程，而少量氢气（<10%）的加入由于其不完全转化为水蒸气及气化剂分压的降低，反而减缓了溶损速率。热力学计算也表明，引入的氢气不会转化为相同分数的水蒸气。随着温度升高，溶损过程从化学反应控制转变为气体扩散控制，成为速率决定步骤；在此过程中，氢气的引入并未显著改变溶损行为。研究表明，添加少量氢气（<10%）可以降低焦炭的溶损速率，从而增强焦炭强度，减少焦炭消耗和碳排放。这些发现对发展富氢低碳炼铁技术具有重要意义。

关键词：富氢气氛焦炭溶损动力学活化能

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一种U型煤岩显微组分组语义分割网络模型

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煤炭学报 2025年

作者：王培珍周峰张克汪旋张代林安徽工业大学电气与信息工程学院东北大学计算机科学与工程学院安徽工业大学煤的洁净转化与高值化利用安徽省重点实验室

煤岩显微组分组的语义分割是采用图像技术对其显微组分组含量进行自动测定的重要前提。为了提高煤岩显微组分组识别的准确性，根据煤岩显微图像的特点，基于U-Net网络模型的架构，提出一种用于煤岩显微组分组语义分割的U型深度学习模型... 详细信息

煤岩显微组分组的语义分割是采用图像技术对其显微组分组含量进行自动测定的重要前提。为了提高煤岩显微组分组识别的准确性，根据煤岩显微图像的特点，基于U-Net网络模型的架构，提出一种用于煤岩显微组分组语义分割的U型深度学习模型。首先，采用基于组混合注意力机制搭建的Transformer主干网络构建U型网络的编码器，并通过多个尺度特征的聚合及自注意力机制实现特征信息更全面的聚合，使模型对复杂图像中的结构信息更敏感。其次，在编码器末端级联空洞空间卷积池化金字塔模块，以在不降低特征图分辨率的前提下扩大感受野。最后，构建邻层减法模块以聚合不同尺度的编码器和解码器之间的差异特征，通过改进层级间信息聚合的方式，更有效地整合高层次的语义信息与低层次的细节信息，提供更丰富的特征表达，使模型在具有复杂结构的煤岩显微图像和多尺度目标的分割上具有更好的精度和鲁棒性。针对现有方法多数针对单一煤种或单一目标，构建了包含不同煤化程度的煤岩显微组分组语义分割数据集，采用该数据集训练所提语义分割模型，实现了适应于多种煤阶的煤岩显微组分组的多目标同时分割与解释，结果表明本文提出的网络其mDice系数可达93.39%，平均交并比(mIoU)为88.19%，像素准确率(PA)为96.50%，比U-Net原型网络分别提升了4.48%、7.32%和2.82%。将由模型计算所得煤岩显微组分组的数据与人工测定的结果间进行比较，极差小于4%的占比为95.3%，验证了本文所提的语义分割模型在煤岩组分组语义分割中的适应性与稳定性。

关键词：煤岩显微组分组显微图像 U-Net 语义分割深度学习

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基于分子动力学的焦炭溶损反应及其机理研究

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化工学报 2023年第7期74卷 2935-2946页

作者：陈吉洪泽雷昭凌强赵志刚彭陈辉崔平安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243002 煤清洁转化与高值化利用安徽省重点实验室安徽马鞍山243032 湖南涟源钢铁集团湖南娄底417000

为从分子层面研究焦炭溶损反应及其机理,借助分子动力学和第一性原理构建了一种包含石墨化碳和非石墨化碳的焦炭分子模型,研究了电荷密度和孔径大小对焦炭溶损反应及其机理的影响,并通过实验对模拟结果加以验证。结果表明,所建模型真密... 详细信息

为从分子层面研究焦炭溶损反应及其机理,借助分子动力学和第一性原理构建了一种包含石墨化碳和非石墨化碳的焦炭分子模型,研究了电荷密度和孔径大小对焦炭溶损反应及其机理的影响,并通过实验对模拟结果加以验证。结果表明,所建模型真密度在焦炭实测密度范围内;焦炭石墨化程度越高,碳原子周边电荷密度越小,其溶损反应程度越低,实验结果与模拟结果相近;CO_(2)在孔径大于50?(1?=1×10^(-10)m)气孔内以扩散为主,其扩散表观活化能最小,为131.24 kJ/mol;在孔径小于2?气孔内以吸附为主,其吸附能的绝对值最大,为192.54 kJ/mol;焦炭溶损反应机理包括焦炭分子生成石墨化碳和非石墨化碳原子的裂解反应、碳原子之间的异构化反应以及碳原子与CO_(2)的氧化反应,在氧化反应过程中,碳原子与CO_(2)反应生成的烯酮式结构会因其稳定性差裂解成CO,完成反应过程。

关键词：焦炭溶损反应机理分子模拟电荷密度孔径吸附

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高温煤焦油增韧酚醛泡沫的制备及性能表征

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燃料化学学报 2022年第5期50卷 530-537页

作者：程锦远李占库闫洪雷雷智平颜井冲任世彪王知彩康士刚水恒福安徽工业大学化学与化工学院煤清洁转化与高值化利用安徽省重点实验室安徽马鞍山243032

以高温煤焦油为原料,部分替代石油基苯酚合成可发泡性酚醛树脂,通过发泡工艺制备煤焦油酚醛泡沫。利用气相色谱质谱仪和红外光谱仪分别对高温煤焦油和酚醛泡沫进行分析表征;采用光学显微镜、热重分析仪、极限氧指数仪、导热系数仪等对... 详细信息

以高温煤焦油为原料,部分替代石油基苯酚合成可发泡性酚醛树脂,通过发泡工艺制备煤焦油酚醛泡沫。利用气相色谱质谱仪和红外光谱仪分别对高温煤焦油和酚醛泡沫进行分析表征;采用光学显微镜、热重分析仪、极限氧指数仪、导热系数仪等对酚醛泡沫的表观形貌、压缩强度、粉化率、热稳定性、阻燃性能和隔热性能进行表征。结果表明,煤焦油酚醛泡沫的压缩强度有所降低,但是泡沫的韧性提高,其粉化率下降。同时煤焦油酚醛泡沫具有良好的热稳定性,当替代率为10%−15%时,极限氧指数最高为36.1%,导热系数最低为0.034 W/(m·K)。这说明,高温煤焦油能够部分替代苯酚制备出性能优良的酚醛泡沫,为高温煤焦油的高值化利用提供了新的思路。

关键词：高温煤焦油酚醛树脂酚醛泡沫增韧

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基于迁移学习的煤岩壳质组显微组分识别模型

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煤炭科学技术 2022年第1期50卷 220-227页

作者：王培珍余晨薛子邯张代林安徽工业大学电气与信息工程学院安徽马鞍山243032 安徽工业大学工程实践与创新教育中心安徽马鞍山243032 安徽工业大学煤的洁净转化与综合利用安徽省重点实验室安徽马鞍山243032 安徽工业大学冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室安徽马鞍山243032

为了提高煤岩壳质组显微组分的识别准确率,避免分类器构建中特征提取阶段的人工干预,采用深度学习的方法实现煤岩壳质组显微组分类别的自动识别。由于煤岩壳质组样本数有限,采用传统的卷积神经网络构建分类器对其识别容易产生过拟合,泛... 详细信息

为了提高煤岩壳质组显微组分的识别准确率,避免分类器构建中特征提取阶段的人工干预,采用深度学习的方法实现煤岩壳质组显微组分类别的自动识别。由于煤岩壳质组样本数有限,采用传统的卷积神经网络构建分类器对其识别容易产生过拟合,泛化能力较差。为解决该问题,提出了一种基于迁移学习的煤岩壳质组显微组分识别模型(分类器)。该模型在传统的卷积神经网络模型基础上,通过迁移学习共享预训练网络模型中卷积层和池化层的权值系数,并结合煤岩壳质组显微图像样本,优化网络模型结构和全连接层参数,进而构建适合于煤岩壳质组显微组分识别的深度学习网络模型。试验结果表明:与由传统神经网络直接构成的深度学习模型相比,本文构建的基于迁移学习的煤岩壳质组识别模型性能和效果均明显提高,尤其是以VGG16作为预训练模型构建的分类器在本文数据集上性能表现最优,其对测试样本识别准确率可达98.10%;由于模型的训练参数减少,模型的训练时间明显缩短,且在较短的训练周期内达到收敛且训练集的识别准确率保持稳定,表明了以VGG16作为预训练模型的分类器在煤岩壳质组识别中具备较好的性能。

关键词：煤显微组分壳质组迁移学习卷积神经网络

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高性能超级电容器用N/S共掺杂多孔炭纳米片电极材料

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新型炭材料（中英文） 2022年第4期37卷 707-715页

作者：魏雨晨周健杨磊顾敬陈志鹏何孝军安徽工业大学化学化工学院煤炭清洁转化与高价值利用安徽省重点实验室冶金减排与资源循环利用教育部重点实验室安徽马鞍山243002

如何采用无酸工艺合成高性能超级电容器(SCs)用多孔炭纳米片电极材料是一个大的挑战。本文报道了一种简便且无酸的由煤焦油沥青(CTP)构建N/S共掺杂相互连接的多孔炭纳米片(NS-IPCNs)的新方法。制备的NS-IPCN_(800)具有相互连接的三维结... 详细信息

如何采用无酸工艺合成高性能超级电容器(SCs)用多孔炭纳米片电极材料是一个大的挑战。本文报道了一种简便且无酸的由煤焦油沥青(CTP)构建N/S共掺杂相互连接的多孔炭纳米片(NS-IPCNs)的新方法。制备的NS-IPCN_(800)具有相互连接的三维结构,这些三维结构由含有大量分级孔的二维炭纳米片组成。其中,丰富的微孔增加了离子吸附所需的活性位点,而短的中孔为离子传输提供了通道。此外,相互连接的三维结构为电子的快速传递提供了通道;掺杂的杂原子为NS-IPCNs电极提供了额外的赝电容。受益于这些优点,NS-IPCN_(800)电极在6 mol L^(−1) KOH电解液中,在0.05 A g^(−1)电流密度下的比电容达302 F g^(−1)。另外,NS-IPCN_(800)电容器在功率密度为25.98 W kg^(−1)下其能量密度达9.71 Wh kg^(−1)。更重要的是,NS-IPCN_(800)电容器在10000次循环充放电后电容保持率为94.2%,表现出优异的循环稳定性。这项工作为由CTP构建高性能储能装置用NS-IPCNs开辟了一种危害较小的策略。

关键词：煤焦油沥青 N/S共掺杂相互连接的多孔炭纳米片分级孔超级电容器

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冷冻预处理对神府长焰煤萃取率的影响及机理研究

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煤炭转化 2022年第2期45卷 31-38页

作者：白晟修奥瑞刘祥春唐遥谢瑞伦赵志刚崔平安徽省煤洁净转化与综合利用重点实验室安徽工业大学化学与化工学院安徽马鞍山243032

以神府长焰煤为研究对象,对其进行冷冻预处理,然后利用四氢呋喃对煤样进行索氏萃取,研究冷冻预处理的温度和时间对煤样萃取率的影响规律,获得冷冻预处理提高煤样萃取率的最优实验条件。通过分析冷冻预处理前后煤样的孔结构、表面形貌、... 详细信息

以神府长焰煤为研究对象,对其进行冷冻预处理,然后利用四氢呋喃对煤样进行索氏萃取,研究冷冻预处理的温度和时间对煤样萃取率的影响规律,获得冷冻预处理提高煤样萃取率的最优实验条件。通过分析冷冻预处理前后煤样的孔结构、表面形貌、萃取物的红外光谱和X射线光电子能谱,提出冷冻预处理提高煤样萃取率的机理。结果表明:冷冻预处理提高了煤样的萃取率,最优实验条件为温度-80℃、时间12h;在最优实验条件下,煤样的四氢呋喃萃取率由6.16%增加到7.67%,增加了24.68%;孔结构分析结果表明,与原煤相比,冷冻预处理后煤样的孔容、孔径和比表面积均增加,其中比表面积由6.77m^(2)/g增加至7.21m^(2)/g,增加了6.50%,孔容由0.011 mL/g增加至0.013mL/g,增加了18.18%,孔径由7.30nm增加到7.32nm,增加了0.27%;扫描电镜实验结果表明,与原煤相比,冷冻预处理后样品的表面粗糙度增加;红外光谱及X射线光电子能谱分析结果表明,冷冻预处理增加了萃取物中脂肪烃的含量,含C=C,C=O及C—O键的化合物含量减少。冷冻预处理提高煤样萃取率的机理为:冷冻预处理增大了煤样的孔容,对其进行溶剂萃取,有利于大分子骨架缝隙中独立存在的脂肪族低分子化合物的溶出。

关键词：冷冻预处理长焰煤萃取物化特性孔道形变

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锡林郭勒褐煤在超临界水和不同气氛下的液化性能

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煤炭转化 2022年第1期45卷 43-49页

作者：张恺王知彩雷智平任世彪康士刚颜井冲李占库水恒福安徽工业大学化学与化工学院煤洁净转化与高值化利用安徽省重点实验室安徽马鞍山243002

研究了锡林郭勒褐煤在超临界水和N_(2)气氛下,以及K_(2)CO_(3),FeS+S和KOH三种催化剂分别作用下的液化性能,并与其在供氢溶剂四氢萘和H_(2)气氛下的液化性能进行比较。结果表明:锡林郭勒褐煤在供氢溶剂四氢萘和H_(2)气氛下具有较高的液... 详细信息

研究了锡林郭勒褐煤在超临界水和N_(2)气氛下,以及K_(2)CO_(3),FeS+S和KOH三种催化剂分别作用下的液化性能,并与其在供氢溶剂四氢萘和H_(2)气氛下的液化性能进行比较。结果表明:锡林郭勒褐煤在供氢溶剂四氢萘和H_(2)气氛下具有较高的液化活性,在420℃、无催化剂条件下褐煤的液化转化率和油水气收率分别为76.8%和51.0%;而在相同温度、添加5%甲酸的超临界水和N_(2)气氛下,褐煤的液化转化率和油水气收率分别降为32.0%和29.2%,且褐煤液化主要转化为附加值高的油气部分。K_(2)CO_(3),FeS+S和KOH三种催化剂对锡林郭勒褐煤在超临界水中液化都具有较好的催化活性,按催化活性由高到低排序为K_(2)CO_(3),FeS+S,KOH;420℃时K_(2)CO_(3)对锡林郭勒褐煤具有最好的催化效果,褐煤的液化转化率和油水气收率最高,分别为46.5%和42.2%。气氛对锡林郭勒褐煤在超临界水中的液化性能具有较大的影响,在CO气氛下锡林郭勒褐煤的液化活性最高,420℃时褐煤的液化转化率和油水气收率最高,分别为52.2%和44.4%。这是由于在CO气氛下能够发生水煤气变换反应,可以为液化过程提供原位活性H,从而促进了油气收率和液化转化率的提高。

关键词：褐煤超临界水催化剂 N_(2)气氛液化

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C_(60)-MoP-C纳米花范德瓦耳斯异质结及其电催化析氢性能

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无机化学学报 2024年第4期40卷 771-781页

作者：李文江关平丽余锐程源晟魏先文安徽师范大学化学与材料科学学院功能分子固体教育部重点实验室芜湖241000 安徽工业大学化学与化工学院材料科学与工程研究院煤清洁转化与高值化利用安徽省重点实验室马鞍山243002

采用气固法制备了磷化钼-碳纳米花(MoP-CFs),通过简单的超声自组装将C_(60)修饰在MoP-CFs表面,形成范德瓦耳斯异质结。研究其电催化析氢性能发现,C_(60)的修饰能够有效降低电催化析氢过电位。其中,10%C_(60)-MoP-CFs样品(10%为C_(60)的... 详细信息

采用气固法制备了磷化钼-碳纳米花(MoP-CFs),通过简单的超声自组装将C_(60)修饰在MoP-CFs表面,形成范德瓦耳斯异质结。研究其电催化析氢性能发现,C_(60)的修饰能够有效降低电催化析氢过电位。其中,10%C_(60)-MoP-CFs样品(10%为C_(60)的质量分数)表现出最佳催化活性,在酸性和碱性条件下达到10 mA·cm^(-2)的电流密度时,所需要的过电位分别为158和157 mV,并且具有至少20 h的电催化稳定性。C_(60)与MoP-CFs之间强电子耦合作用促进电子由C_(60)迁移到MoP-CFs表面,有助于减小电荷传输阻力,加快电催化析氢界面反应动力学过程。

关键词：富勒烯能量转换多相催化电化学制氢绿色化学

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高硫煤硫的脱除及其在配煤炼焦中的应用研究进展

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安徽工业大学学报(自然科学版) 2025年第2期42卷 118-135页

作者：曹先中李占库康士刚水恒福安徽工业大学煤清洁转化与低碳利用安徽省重点实验室安徽马鞍山243032

随着低硫优质炼焦煤资源的大量消耗,高硫煤的高效和资源化利用问题凸显,而硫的有效脱除是解决这一问题的关键。煤自身的性质,特别是其变质程度以及硫的赋存形态与分布直接影响煤转化过程中硫的迁移行为。基于此,本文综述煤中硫的赋存形... 详细信息

随着低硫优质炼焦煤资源的大量消耗,高硫煤的高效和资源化利用问题凸显,而硫的有效脱除是解决这一问题的关键。煤自身的性质,特别是其变质程度以及硫的赋存形态与分布直接影响煤转化过程中硫的迁移行为。基于此,本文综述煤中硫的赋存形态及其脱除方法,包括煤热解过程中硫的热转化行为,以及高硫煤在配煤炼焦过程中的应用。结果表明:煤的硫含量及其赋存形态受煤生成时期沉积环境的影响较大,不同形态硫分解的温度区间不同,导致在热解过程中其转化行为存在明显差异。因此,需要结合现有或采用新的表征方法,精确识别煤中硫的含量及其形态分布。采用机器学习结合先进的算法挖掘出统计数据蕴含的规律,是煤热解脱硫研究的新方向。通过调整配合煤的组成,利用高挥发分煤裂解产生的富氢自由基作为原位供氢体,与含硫自由基结合,促使生成的含硫气体随挥发分一同逸出;同时,通过调控高挥发分煤中的矿物质(尤其是碱性化合物)组成,降低其固硫作用,从而获得低硫高质量焦炭,是高硫煤在炼焦配煤中有效应用的可行途径。此外,研究煤炭化过程中传质效应对硫调控的作用机制,对于抑制含硫组分与焦炭的表面反应、实现高硫炼焦煤的清洁转化及其在配煤炼焦中的高效利用具有重要意义。

关键词：高硫煤硫赋存形态脱硫配煤炼焦资源化利用清洁转化煤热解

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