铁、钙、铝对胜利褐煤结构热演变及自燃倾向的影响

发布时间：2020-08-07 10:21

【摘要】：以胜利褐煤为研究对象,探究Fe、Ca、Al对胜利褐煤结构热演变及自燃倾向的影响。首先在不同温度及惰气气氛下热解制备实验煤样,使之发生结构热演变,然后通过程序升温及梯度等温在固定床反应器中进行煤/焦的燃烧性能实验,利用FT-IR、Raman、XRD等表征方法,确定了煤/焦结构的变化和自燃倾向。添加铁元素的煤/焦实验结果表明:炼焦温度在室温至400℃内,Fe能够显著增加胜利褐煤/焦的燃烧性能,这个温区内铁对煤样的结构并无明显影响;炼焦温度在400℃-700℃范围内,煤中的含氧官能团随着炼焦温度的升高而逐渐减少,煤焦的主体结构由低聚类结构向高聚类结构演变;炼焦温度在700℃-900℃范围内,煤焦由高聚类结构逐渐向碳微晶结构演变,煤焦的石墨化程度迅速增大,FT-IR显示700℃时煤中苯环C=C骨架振动吸收峰明显减弱,苯环骨架已经大量破碎。Fe不仅能够增加胜利褐煤低温焦的自燃倾向而且能够增加胜利褐煤高温焦的自燃倾向。添加钙元素的煤/焦的实验结果表明:炼焦温度在室温至400℃范围内,Ca能够增加胜利褐煤/焦中高聚类结构的燃烧性能;炼焦温度在400℃-700℃范围内,煤中的低聚类结构逐渐向高聚类结构演变,FT-IR显示在这一温区内煤样红外波普振动吸收峰的个数逐渐减少;炼焦温度在700℃-900℃范围内,高聚类结构朝着碳微晶结构演变,但Ca能够减缓胜利褐煤高温焦的石墨化进程,抑制高聚类结构向碳微晶结构演变,梯度等温实验结果显示SL~+-Ca-900中仍有大约50%的高聚类结构物质。Ca能够明显增加胜利褐煤高温焦的自燃倾向。添加铝元素的煤/焦的实验结果表明:炼焦温度在室温至400℃内,Al能够降低胜利褐煤/焦的燃烧性能;炼焦温度在400℃-700℃范围内,煤焦的主体结构由低聚类结构向高聚类结构演变;炼焦温度在700℃-900℃范围内,煤焦的主体结构由高聚类结构朝着碳微晶结构演变。Al能够降低胜利褐煤低温焦的自燃倾向,增加胜利褐煤高温焦的自燃倾向。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD849.2;TD752.2
【图文】：

图 2-1 固定床燃烧反应装置Fig.2-1 Fixed-bed combustion reactor反应气：空气 色谱载气：H2色谱载气流量： 20 0.20 ml min-1 中部等温区尺寸：> 80 mm反应器系统压力： 0.20 0.01 MP 固定床反应器规格：250 450 mm色谱采样频次：70s/次 TCD 检测定量分析固定床燃烧实验与固定床梯度等温燃烧实验生成的所有 CO2气体均采用GC7700 色谱进行采集，TCD 检测器进行定量分析。气相色谱采样时间间隔为 70秒，在固定床燃烧反应结束时(以 GC 采集并分析得到的 CO2生成气含量为 0%)后，停止反应气体的通入，开启降温风扇将色谱温度降至室温后，再将燃烧反应后的剩余物进行称量记录并且保留剩余物，对剩余物进行进一步的表征分析。因为在固定床燃烧实验中，煤样中的水、固有矿物质、挥发分等成分不同，为了统一所有的研究基准，本实验中所有的数据，除特了别说明之外，均以干燥无灰基为标准，并通过下面的公式对所有实验数据进行标准无因次量化处理。

3620 3624-3613 分子内氢键[44]2926 2975-2915 甲基、亚甲基不对称伸缩振动[45]2902 2935-2900 环烷或脂肪族中的亚甲基对称伸缩振动2852 2850 附近 亚甲基的伸缩振动[46]1706 1710-1700 芳香族的羰基伸缩振动（醛、酮、酸）1594 1595-1589 芳核 C=C 振动或 C=O 伸缩振动[48]1100 1110 附近 芳环 C-H 弯曲振动[49]1034 1034 附近 芳香环的伸缩振动[50]912 921 附近 羧酸中 OH 的弯曲振动694 690 附近 C-S 的振动538 540 附近 S=S 的振动470 475 附近 有机硫的 SH 振动褐煤等低阶煤中含有大量的官能团，本实验对 SL、SL+及 SL+-Fe 系列行了红外光谱测试，谱图如下。

第三章 铁对胜利褐煤结构热演变及自燃倾向的影响从上图观察到，SL、SL+、SL+-Fe、SL+-Fe-300 的红外光谱相似，这表在 300℃之前，煤中的各种官能团个数与强度都未发生明显变化，煤也并未发生巨大变化。从 SL+-Fe-300 到 SL+-Fe-600 煤中红外光谱的吸少趋势，这说明当热处理温度在 300°C-600°C 之间时，煤中的各类官，煤样的各类支链结构也随之减少，煤样的燃烧性能逐渐降低。观察 SL+-Fe-700 的红外光谱发现,1594cm-1处的振动吸收峰明显减小，这700°C 内，煤焦的结构发生了较为明显的变化。SL+-Fe-700 到 SL+-Fe谱谱图相似，振动吸收峰的个数基本一样，这些都表明煤中的各类C-900°C 的热处理温度内，并无明显的变化，煤中的结构也趋于稳定随着炼焦温度的逐渐升高，煤中振动吸收峰的数量也随之减少，煤中也逐渐减少，煤的结构随着热处理温度的提高而更加稳定，煤样的反降低。

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本文编号：2783858