本书集合了洁净兰炭与污染控制创新团队近年来的研究成果，主要介绍煤炭清洁高效利用技术。全书分四篇共22章，第一篇（第1～6章）主要介绍SJ 型低温干馏方炉的温度与压力场；第二篇（第7～12章）主要介绍粉煤成型-干馏双效黏结剂制备及作用机制；第三篇（第13～16章）主要介绍神府煤低温定向催化热解及机理相关内容；第四篇（第17～22章）主要介绍兰炭废水酚/氨组分制备多孔炭结构调控及储电储热性能。
本书适合从事煤炭、清洁能源等相关技术工作的人员阅读参考，也可作为高等院校相关专业师生的参考书。

闫龙，汉族，1980年5月出生，陕西米脂人，中共党员，三级教授、工学博士、德国耶拿大学访问学者，榆林学院党委委员、副院长。长期从事低阶煤中低温热解、工业水处理、化工新材料领域的基础与应用研究。陕西省三秦人才、陕西省青年科技新星、陕西省特支人才计划、陕西省五一劳动奖章获得者、榆林市十大杰出青年；教育部高等学校化工类专业教学指导委员会西北区委员、中国煤炭加工利用协会兰炭专家委员会委员、"洁净兰炭与污染控制创新团队"陕西省重点科技创新团队负责人。

第一篇SJ 型低温干馏方炉的温度与压力场研究
第1章低温干馏方炉技术概述001
1.1低温干馏方炉发展的背景及意义001
1.2煤低温干馏及影响因素002
1.2.1煤化程度的影响003
1.2.2入炉煤粒径的影响003
1.2.3压力的影响003
1.2.4煤的水分含量003
1.2.5热解终温的影响004
1.2.6熄焦方法的影响004
1.3低温干馏炉的分类004
1.3.1外热式干馏炉004
1.3.2内热式干馏炉005
1.4国内外煤低温干馏研究进展005
1.4.1国内低温干馏技术与产业发展现状006
1.4.2国外低温热解技术与产业发展现状006
1.5CFD 模拟软件FLUENT 简介007
1.5.1FLUENT 的软件结构及其求解流程007
1.5.2FLUENT 在干馏炉中的研究进展007
1.6背景及主要内容008

第2章兰炭炉物料平衡计算010
2.1工厂采集数据整理010
2.1.1干馏炉主要工艺参数010
2.1.2煤气热值计算011
2.1.3煤气密度计算011
2.1.4煤气实际燃烧量计算012
2.2兰炭炉物料平衡收入项计算013
2.2.1入炉煤量013
2.2.2入炉煤气量013
2.2.3入炉空气量014
2.3物料平衡支出项计算014
2.3.1兰炭量014
2.3.2焦油量015
2.3.3氨量015
2.3.4全煤气量015
2.3.5水量016
2.4差值016
2.5物料平衡汇总017
2.6本章小结018

第3章兰炭炉热平衡计算019
3.1热平衡收入项计算019
3.1.1煤气的燃烧热019
3.1.2煤气的显热020
3.1.3空气的显热021
3.1.4入炉煤的显热021
3.2热平衡支出项计算022
3.2.1兰炭带走的热量022
3.2.2焦油带走的热量022
3.2.3氨带走的热量023
3.2.4全煤气带走的热量023
3.2.5水分带走的热量024
3.2.6炉体散热量024
3.2.7差值025
3.3热平衡汇总026
3.3.1热平衡汇总表026
3.3.2热平衡影响因素026
3.4干馏炉的热工效率027
3.4.1热工效率计算027
3.4.2热工效率分析027
3.5炼焦耗热量028
3.5.1湿煤耗热量028
3.5.2干煤耗热量028
3.6煤焦比（干） 028
3.7主要技术指标汇总028
3.8本章小结029

第4章SJ 型低温干馏方炉温度和压力的模拟030
4.1几何模型建立与网格划分030
4.2数学模型的建立031
4.2.1流体流动和传热的控制方程031
4.2.2气体流动模型032
4.2.3气相燃烧模型033
4.2.4传热模型033
4.2.5多孔介质模型034
4.3边界条件034
4.3.1入口边界条件035
4.3.2出口边界条件035
4.3.3壁面边界条件035
4.4SJ 型兰炭炉温度场模拟035
4.4.1不同粒径入炉煤纵向中心与横向中心截面温度场分布036
4.4.2纵向中心截面不同煤层高度的温度分布特点040
4.4.3炉内最高温度与粒径的关系041
4.4.4SJ 型炉内温度区间百分率与粒径的关系042
4.5不同粒径纵向中心截面压力场分布043
4.6模拟数据与工厂试验数据对比分析046
4.7本章小结047

第5章熄焦方式对兰炭的特征影响分析048
5.1概述048
5.2水蒸气熄焦工艺简介048
5.3样品选取及分析仪器049
5.4工业分析049
5.5强度分析050
5.6傅里叶红外分析050
5.7拉曼光谱分析051
5.8X 射线衍射分析051
5.9孔径、孔比表面积分析052
5.9.1等温吸附图分析052
5.9.2孔径-累计比表面积分析052
5.9.3孔径-累计孔体积分析052
5.10压汞测试053
5.10.1孔隙率测试053
5.10.2MIP 测试兰炭孔隙参数053
5.10.3压汞曲线054
5.10.4孔径分布054
5.11扫描电子显微镜分析055
5.12本章小结056

第6章兰炭干熄焦过程的温度场与压力场分布057
6.1兰炭干熄焦技术057
6.2建模与网格划分057
6.3喷水后的温度场与压力场分布058
6.4不同熄焦水量的温度场分布059
6.5本章小结060
本篇结论061
参考文献062


第二篇粉煤成型-干馏双效黏结剂制备及作用机制
第7章粉煤成型-干馏双效黏结剂概述064
7.1概述064
7.2低阶煤分级分质利用现状065
7.2.1低阶煤分级分质利用技术065
7.2.2低阶煤干馏技术067
7.3低阶粉煤成型干馏过程的影响因素068
7.3.1粉煤粒度068
7.3.2水分添加量069
7.3.3成型压力069
7.3.4成型方式069
7.4黏结剂国内外研究进展071
7.4.1有机黏结剂071
7.4.2无机黏结剂071
7.4.3复配黏结剂071
7.5粉煤成型干馏过程及黏结作用机制072
7.5.1粉煤成型过程及黏结作用机制072
7.5.2型煤干馏过程及黏结作用机制073
7.6背景、意义及内容073

第8章实验部分075
8.1实验原料075
8.2实验试剂与设备075
8.3样品的测试与表征076

第9章粉煤成型干馏双效黏结剂的制备078
9.1概述078
9.2马铃薯渣基黏结剂的制备及其对粉煤成型干馏的影响079
9.2.1马铃薯渣的预处理079
9.2.2马铃薯渣基黏结剂及型煤型焦的制备079
9.2.3马铃薯渣基黏结剂对型煤型焦抗压强度的影响080
9.3兰炭废水基酚醛树脂的引入及其对粉煤成型干馏的影响084
9.3.1兰炭废水基酚醛树脂交联剂的制备084
9.3.2引入交联剂的黏结剂制备084
9.3.3交联剂掺入量对型煤型焦抗压强度的影响085
9.4金属镁渣的引入及其对粉煤成型干馏的影响085
9.4.1金属镁渣的预处理086
9.4.2金属镁渣中主要成分分析086
9.4.3引入金属镁渣及氧化物黏结剂的制备方法086
9.4.4金属镁渣及氧化物对型煤型焦的抗压强度的影响086
9.5本章小结088

第10章粉煤成型干馏双效黏结剂的作用机制研究089
10.1概述089
10.2马铃薯渣基黏结剂的黏结机制分析089
10.2.1官能团分析089
10.2.2微晶结构分析090
10.2.3微观结构分析091
10.2.4热解机理分析092
10.3引入兰炭废水基酚醛树脂交联剂的黏结机制分析094
10.3.1引入交联剂的官能团分析094
10.3.2引入交联剂的微晶结构分析094
10.3.3引入交联剂的微观结构分析095
10.3.4引入交联剂的热解机理分析095
10.4引入金属镁渣及氧化物的作用机制分析097
10.4.1工业分析097
10.4.2热解机理分析099
10.5本章小结103

第11章粉煤成型干馏的产品评价104
11.1概述104
11.2粉煤成型干馏的TG-MS 分析104
11.2.1小分子物质104
11.2.2烃类物质104
11.3粉煤成型干馏经济性分析106
11.3.1粉煤成型干馏黏结剂成本106
11.3.2粉煤成型干馏的财务核算106
11.3.3传统块煤干馏财务核算107
11.3.4粉煤成型干馏与传统块煤干馏财务评价对比108
11.4本章小结108

第12章粉煤微波热解及制备电石性能评价109
12.1概述109
12.2实验部分109
12.2.1实验原料及准备109
12.2.2微波热解实验109
12.2.3样品分析110
12.3结果与讨论111
12.3.1原煤的分析111
12.3.2微波和常规热解产物分布对比112
12.3.3微波和常规热解气相组成与含量对比113
12.3.4微波和常规热解半焦对比114
12.3.5煤/CaO 混合物微波热解三相产率和气相产物分布117
12.3.6煤/CaO 混合物微波热解半焦分析119
12.3.7电石性能表征121
12.4本章小结123
本篇结论124
参考文献125


第三篇神府煤低温定向催化热解及机理研究
第13章神府煤低温定向催化技术概述129
13.1研究背景129
13.2煤热解概述130
13.2.1煤热解的定义130
13.2.2影响煤热解焦油收率的因素130
13.2.3煤热解机理研究132
13.3煤的催化热解概述132
13.4国内外研究现状133
13.4.1催化剂研究现状133
13.4.2煤催化热解工艺现状134
13.5研究内容的提出135
13.6研究的内容和意义135

第14章神府煤中低温定向直接催化热解及机理研究136
14.1概述136
14.2实验部分136
14.2.1实验原料136
14.2.2实验装置137
14.2.3焦油计算公式137
14.3结果与讨论138
14.3.1热解温度对原煤出油率的影响138
14.3.2铁盐催化剂种类对原煤出油率的影响138
14.3.3铁盐催化剂的添加量对原煤出油率的影响139
14.3.4不同酸处理对原煤焦油产率的影响140
14.3.5硫酸铁催化剂对热解煤气组分的影响141
14.3.6神府煤添加硫酸铁催化剂的热解情况分析141
14.3.7热分析动力学方程的建立142
14.3.8焦油组分GC-MS 分析144
14.4本章小结146

第15章神府煤中低温定向间接催化热解及机理研究148
15.1概述148
15.2实验部分148
15.2.1实验原料148
15.2.2载体催化剂的制备149
15.3结果与讨论149
15.3.1Ni/Co/ZSM-5 催化剂的表征149
15.3.2不同催化剂在不同条件下对热解气体组分的影响153
15.3.3不同催化剂在不同条件下对煤焦油组分分布的影响156
15.4本章小结158

第16章神府煤中低温直接间接协同催化热解研究160
16.1概述160
16.2实验部分161
16.3结果与讨论161
16.3.1热解温度对煤气组分分布的影响161
16.3.2催化剂添加量对煤气组分分布的影响162
16.3.3硫酸铁的质量分数对煤气组分分布的影响162
16.3.4热解温度对焦油组分分布的影响163
16.3.5催化剂添加量对焦油组分分布的影响163
16.3.6硫酸铁的质量分数对焦油组分分布的影响164
16.3.7响应曲面设计165
16.3.8响应曲面模型及回归方程显著性检验165
16.3.9响应曲面法优化分析166
16.3.10验证实验169
16.4本章小结169
本篇结论171
参考文献173


第四篇兰炭废水酚/氨组分制备多孔炭结构调控及储电储热性能研究
第17章兰炭废水酚/氨组分制备多孔炭技术概述177
17.1兰炭废水概述177
17.1.1兰炭废水的来源177
17.1.2兰炭废水的水质特征和危害178
17.1.3兰炭废水的处理方法178
17.2酚醛树脂概述179
17.2.1酚醛树脂简介179
17.2.2酚醛树脂的应用180
17.3酚醛多孔炭概述182
17.3.1酚醛多孔炭简介182
17.3.2酚醛多孔炭的制备183
17.3.3酚醛多孔炭的应用184
17.4国内外研究现状185
17.5研究内容及技术路线187
17.5.1研究内容187
17.5.2技术路线188

第18章实验部分189
18.1实验原料189
18.2试剂与仪器189
18.3分析测试方法191
18.3.1兰炭废水水质分析方法191
18.3.2酚醛树脂的表征方法193
18.3.3酚醛多孔炭的表征方法196
18.3.4酚醛多孔炭的电化学性能测试197
18.3.5热化学性能测试198

第19章兰炭废水资源化制备酚醛树脂研究200
19.1实验过程200
19.2兰炭废水的水质分析200
19.3制备条件对酚醛树脂质量的影响204
19.3.1废水pH 值对合成酚醛树脂质量的影响204
19.3.2反应时间对合成酚醛树脂质量的影响204
19.3.3反应温度对合成酚醛树脂质量的影响205
19.3.4甲醛加入量对酚醛树脂质量的影响205
19.3.5响应曲面法优化酚醛树脂的制备条件206
19.4兰炭废水衍生酚醛树脂的性能和组分表征210
19.4.1酚醛树脂固含量的测定210
19.4.2酚醛树脂残炭率的测定211
19.4.3酚醛树脂凝胶时间的测定211
19.4.4酚醛树脂黏度的测定211
19.4.5酚醛树脂游离酚的测定212
19.4.6酚醛树脂游离醛的测定213
19.4.7酚醛树脂红外光谱表征213
19.4.8酚醛树脂SEM 表征214
19.4.9酚醛树脂TG-DSC 表征214
19.4.10酚醛树脂XPS 表征215
19.5兰炭废水衍生酚醛树脂规模化制备探索216
19.5.1兰炭废水基酚醛树脂试验放大及经济评价216
19.5.2兰炭废水制备酚醛树脂后的水质分析217
19.6兰炭废水中酚/氨组分的转化机制及产物热解动力学219
19.6.1酚醛树脂与乌洛托品的制备220
19.6.2单酚酚醛树脂的表征及热解动力学研究220
19.6.3混合酚酚醛树脂的表征及热解动力学研究224
19.6.4单铵/混铵乌洛托品的表征及热解动力学研究226
19.7本章小结229

第20章KOH 活化对酚醛多孔炭结构及性能调控230
20.1实验流程230
20.2制备条件对酚醛多孔炭性能的影响231
20.2.1碱脂比对酚醛多孔炭性能的影响231
20.2.2炭化-活化温度对酚醛多孔炭性能的影响231
20.2.3恒温时间对酚醛多孔炭性能的影响232
20.2.4KOH 活化酚醛树脂制备多孔炭的响应曲面优化232
20.3KOH 活化后酚醛多孔炭的结构变化239
20.3.1KOH 活化后酚醛多孔炭的X 射线衍射和拉曼分析239
20.3.2KOH 活化后酚醛多孔炭形貌及杂原子分布分析239
20.3.3KOH 活化后酚醛多孔炭的比表面积分析240
20.4KOH 活化后酚醛多孔炭N/O/S 元素变化241
20.5KOH 活化后酚醛多孔炭的电化学性能变化242
20.6KOH 对兰炭废水基酚醛树脂的活化造孔机制245
20.6.1KOH 活化过程中单酚对酚醛多孔炭的贡献246
20.6.2KOH 活化酚醛树脂的热分析及其对多孔炭的造孔机理247
20.6.3KOH 活化乌洛托品的热分析及其对多孔炭的造孔机理250
20.6.4KOH 活化混合酚铵树脂的热分析及其对多孔炭的造孔机理251
20.6.5KOH 活化过程中酚/氨组分对多孔炭孔道贡献253
20.7KOH 活化对酚醛多孔炭结构及电化学性能的作用机理258
20.8本章小结259

第21章Na2CO3 活化对酚醛多孔炭结构及性能调控261
21.1实验流程261
21.2制备条件对酚醛多孔炭性能的影响262
21.2.1活化剂对酚醛多孔炭吸附性能的影响262
21.2.2盐脂比对酚醛多孔炭性能的影响263
21.2.3炭化-活化温度对酚醛多孔炭性能的影响263
21.2.4炭化-活化时间对酚醛多孔炭性能的影响264
21.2.5Na2CO3 活化酚醛树脂制备多孔炭的响应曲面优化264
21.3Na2CO3 活化后酚醛多孔炭的结构变化271
21.3.1酚醛多孔炭XRD 和拉曼分析271
21.3.2Na2CO3 活化后酚醛多孔炭形貌及杂原子分布分析271
21.3.3酚醛多孔炭BET 分析272
21.4Na2CO3 活化后酚醛多孔炭的N/O/S 元素变化273
21.5不同酚醛多孔炭的杂原子比较研究274
21.6Na2CO3 活化后酚醛多孔炭的电化学性能变化275
21.6.1温度对酚醛多孔炭电化学性能的影响276
21.6.2最优条件所制酚醛多孔炭的电性能测试277
21.7Na2CO3 对兰炭废水基酚醛树脂的模板/活化双重造孔机制278
21.7.1Na2CO3 活化对酚醛多孔炭性能的影响278
21.7.2Na2CO3 活化酚醛树脂的热分析及其对多孔炭的造孔机理280
21.7.3Na2CO3 活化乌洛托品的热分析及其对多孔炭的造孔机理282
21.7.4Na2CO3 活化混合酚铵树脂的热分析及其对多孔炭的造孔机理283
21.7.5Na2CO3 活化过程中酚/氨组分对多孔炭孔道贡献285
21.8Na2CO3 活化对酚醛多孔炭结构及电化学性能的作用机理290
21.9本章小结291

第22章酚醛多孔炭相变复合材料制备及储热性能研究292
22.1概述292
22.2酚醛多孔炭相变复合材料制备292
22.3酚醛多孔炭形貌结构表征292
22.4相变复合材料的表征与分析295
22.4.1形貌结构分析295
22.4.2泄漏测试296
22.4.3热化学性能分析297
22.4.4光热转换应用299
22.5本章小结300
本篇结论301
参考文献303