褐煤中有机氧的赋存形态及在热解过程中迁移规律的研究

发布时间：2020-04-25 10:53

【摘要】：水分和有机氧含量高是导致褐煤热值低的主要因素。热解是褐煤提质利用的有效手段之一,深入了解褐煤中有机氧的赋存形态及其在热解过程中的迁移规律,对于优化褐煤高效提质利用的工艺具有十分重要的指导意义。本文选取白音华(BYH)和锡林郭勒(XLGL)两种褐煤为研究煤样。通过X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和元素分析等研究褐煤中有机含氧官能团(OFGs)的赋存形态。结果表明:褐煤中的OFGs可以分为羧基、羟基(酚羟基和醇羟基)、羰基、活性醚键和非活性醚键。由于褐煤中水的吸附形态主要与羟基的存在形态有关。通过对红外光谱中羟基官能团的分峰拟合得出褐煤中的羟基主要为自由羟基(FHG)、羟基氢键(PHB)、自由缔合的羟基氢键(SHB)、羟基醚氢键(EHB)、呈环状紧密缔合的羟基(RHB)和羟基N氢键(NHB),其中主要以PHB和EHB的形态存在。利用固定床石英管反应器对BYH和XLGL两种褐煤进行快速热解,研究了热解温度和气体停留时间(GRT)对热解产物的产率及氧分布的影响,并用多种先进分析手段研究了热解产物中含氧化合物(OOSs)的组分和含量。结果表明,BYH褐煤在500 oC,GRT为2.5 s时焦油产率达到最大值为15.3%(daf)。XLGL褐煤在600 oC,GRT为1.5 s时焦油产率最大为12.9%(daf)。低于600 oC时,CO_2为主要的热解气体,并且在低于400 oC下主要来源于羧基的热解。CO的含量随热解温度的升高而显著增加。700 oC时,BYH和XLGL中CO的生成量达最大值分别为46.4和44.0 m L/g(daf)。热解水中氧的产率在200 oC时小于20%,温度增加至700 oC时,由于OFGs的脱除率增加和挥发分的裂解加剧,热解水中的氧的产率显著增加至30%左右。高于400 oC时,OFGs主要分解为热解水和热解气。焦油中可检测到的OOSs为酚类、酮类、酯类、醇类和呋喃类物质,其中酚类物质(苯酚、甲酚和二甲酚)为主要含氧物质。反应条件为500 oC,GRT为10 s时,BYH和XLGL焦油中酚类的最大产率分别为27.1%和26.3%(以焦油含量为基准)。本文探究了褐煤中的氧在热解过程中的迁移规律,为提高褐煤的高效利用提供了理论依据。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ530.2

【参考文献】