东胜和万利长焰煤及其镜质组热解特性及热解产物分析

发布时间：2020-07-09 22:33

【摘要】：长焰煤作为我国重要的动力用煤和民用煤,不仅是重要的一次能源,更是理想的化学及化工原料,在我国能源结构中占据着重要地位。然而由于其是由不同显微组分组成的非均质混合物,导致相同或相近变质程度长焰煤的化学组成和结构有所差别。而镜质组作为煤中生烃能力较强且相对含量较多的有机显微组分,在煤热解过程中起着重要作用。为此本文以内蒙古东胜和万利煤田的两种长焰煤及其镜质组煤为研究对象,主要利用同步热分析仪、热重-气质联用仪、格金干馏炉三种技术手段探究其热解特性及热解产物的差异性,从相对微观的角度探究煤热解过程的实质。主要内容与结论如下:(1)采用同步热分析仪探究试样宏观热解特性,通过热解特征指数P对煤样整个热解过程的化学反应活性进行了定量分析,发现其变化规律为:P_(WLV)P_(DSV)P_(DS)P_(WL);通过Coats-Redfern方程对主要热解温度段(400~600~oC)的热解活化能求解,可知东胜和万利煤及其镜质组煤的热解活化能分别为43.66、50.42、33.32、38.24KJ/mol。以上结果表明镜质组煤较原煤有较高的热反应活性,原煤相对于镜质组煤具有更高的热稳定性。(2)利用热重-气质联用仪对主要热解温度下热解挥发物产率分布及主要热解产物的演化特性进行了探究,结果表明,热解挥发物以芳香单环类和脂肪类为主,且其含量在450~oC取得最大值。热解挥发物中单环芳烃化合物取代基类型以1取代和2取代为主,单环芳烃化合物取代基的碳链长度以C_1为主,脂肪物碳链长度以C_(6-10)为主;同一热解温度下,其相对含量变化规律为:DSVWLVDSWL,即镜质组煤的挥发物含量大于原煤的挥发物含量,东胜镜质组煤热解挥发物含量大于万利镜质组煤对应的挥发物含量。(3)通过格金干馏炉获取热解过程的固体、液体及气体产物,并对产物的产率分布、主要热解挥发物的物质演化及固体产物的吸附特性进行了探究。结果表明,同一热解终温下,原煤热解气中的CO_2含量大于其镜质组对应的百分含量,而镜质组热解气中的CO、CH_4、C_mH_n的含量大于其原煤对应的百分含量;热解焦油以脂肪类物质和酚类物质为主,且各组分含量在500~oC下取得最大值。热解焦油中芳香单环物质以2取代和3取代为主,单环芳烃取代基碳链长度以C_1为主,脂肪化合物以长链物质(C_(20))为主。镜质组热解焦油成分含量大于原煤对应的焦油成分含量,东胜镜质组热解焦油成分含量大于万利镜质组对应的焦油成分含量;将热解半焦应用于模拟偶氮染料(刚果红染料)废水的吸附,结果表明,原煤热解半焦对染料的去除率和吸附率高于镜质组热解半焦的去除率和吸附量,且万利原煤热解半焦对染料的去除率和吸附量高于其他煤热解半焦的去除率和吸附量。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ530.2
【图文】：

1 绪论（2）长焰煤及其镜质组的热解特性及动力学对比不同升温速率、煤种、煤岩组分煤样热解产物的释放特性，确定不同实验条件对试样热解挥发物析出特性的影响规律。通过选取最佳动力学模型方程对不同实验试样主要热解过程动力学参数进行求解，建立相应的动力学方程，且结合整个热解过程的热解特征参数明确实验主导影响因素。（3）长焰煤及其镜质组热解产物产率及组成分布研究原煤及其镜质组煤在热解过程中热解产物的产率分布特性，探究主要热解产物的演化规律差异。综合分析热解过程中气体和液体产物的组成特性及热解固体产物的吸附特性，获得原煤及其镜质组在热解过程中热解产物组成和结构的差异性。

图 3-1 不同实验煤样的 X 射线衍射图Fig. 3-1 XRD spectra of the different coal samples 3-1 可以看出，东胜原煤和其镜质组煤及万利镜质煤中的含有矿物质成分，而万利原煤中含有以高岭石为主及少量石英为辅英为此在热解过程结构相对稳定，而高岭石在 440～600oC 煤大程度的质量损失[60]。外光谱分析决定性质，性质反映结构。为进一步了解试样的化学结构（主骨架结构）变化，需要对煤样进行红外光谱分析。由于煤的不要官能团结构难以通过传统的测试手段进行准确的测定和分析谱应用于煤结构的分析，可对重叠峰的分辨，光谱的差减及基到解决，且该测试方法具有用量少、测试时间快等优点，为此应用于煤结构的研究。本实验采用德国布鲁克公司的 VERTE分析仪进行测试，首先将试样在真空干燥箱里以 60℃干燥 24

表 3-4 煤的红外光谱特征吸收峰的归属[61]Table 3-4 Infrared spectral absorption peak of coalm-1官能团归属 波数/cm-1官能团归 -OH 自缔合氢键，酚类 1375 甲基对称变形 芳烃 CH 伸缩振动 1330-1110 醇、酚、醚、 CH3非对称伸缩振动 1040-910 灰分 脂肪烃或环烷烃 CH28601,2,4-；1,2,4,5烃 CH 羰基 833 1, 4-取代芳烃芳香环；稠环中 C＝C 伸缩振动8151,2,4-；1,2,3,4烃 CH470 芳香环 750 1, 2-取代芳烃 —CH3反对称变形振动 700单取代芳烃 1芳烃 CH

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本文编号：2748071