低温等离子体强化中低阶煤的可溶性研究

发布时间：2020-05-14 20:44

【摘要】：煤炭资源是我国重要的能源资源,从当前我国能源的生产供应能力及能源消费构成来看,煤炭是我国最重要的一次资源这一事实在相当长的时间内不会改变,但我国煤炭工业面临着市场低迷,产能过剩、综合利用率低和环境污染严重等顽疾,因此研究煤炭清洁技术对我国的能源战略有着极其重要的意义,煤炭处理技术是开发低品质煤炭新的利用空间、挖掘低品质煤炭潜在利用价值的高效方法。鉴于等离子体拥有特殊的化学反应活性,使得可以完成在常温常压下非常难发生的物理和化学反应,本文将目光瞄准在利用等离子体技术提高煤炭的可溶性上。其基本思路是对煤样实施介质阻挡(DBD)等离子体处理,考察溶剂处理、处理气氛(氮气、空气),输入电压、处理次数、单次处理时间对煤可溶性的影响,以溶剂萃取率作为放电效果的评价标准。通过元素分析、工业分析、傅里叶变换红外(FTIR)、气相色谱—质谱联用(GC/MS)检测手段,分析处理前后煤及溶剂萃取物的变化。煤样经等离子体处理后,其化学元素含量、主要官能团、溶剂萃取的化合物和含量都发生变化了。对氮气DBD处理而言,煤样a、b、c、d的四氢呋喃溶剂萃取率在不同工况下最大增加了 3.83%、5.24%、1.62%、3.04%。对空气DBD处理而言,煤样b、煤样d的溶剂萃取率在不同工况下最大增加了 3.93%,3.26%,以上实验结果证明利用低温等离子体增强煤的可溶性是切实可行的。根据煤炭结构、等离子体的知识和前人已有的研究成果,对DBD等离子体作用煤的机理进行初探。煤的主体结构是三维空间高分子,结构单元通过各种桥键连接。欧美学者瓦尔曼(Wahlman)提出:在煤分子的空隙中均匀分布着小分子,它们依靠各种结合力吸附在煤分子中。因此本课题利用介质阻挡放电等离子体激励工作气体产生的活性粒子,通过碰撞将能量传给煤样并产生热效应,破坏这些结合力或者打断化学键,形成新的小分子。在整个放电过程中,电场生成的自由基和碰撞产生的热能可以脱除煤中的水分,溶剂处理亦可以对反应起到加速作用。
【图文】：

图１．２自然存在的等离子体（左：星云，右：闪电）逡逑Ｆｉｇ．１．２邋Ｎａｔｕｒａｌ邋ｐｌａｓｍａ邋（ｌｅｆｔ：邋ｎｅｂｕｌａ，邋ｒｉｇｈｔ：邋ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ）逡逑

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【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ530

【参考文献】

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本文编号：2663910