NaOH处理对胜利褐煤微结构和燃烧性能的影响

发布时间：2020-08-07 16:49

【摘要】：褐煤的自燃与其组成及化学结构密切相关,深化对褐煤组成及化学结构的认识,对抑制褐煤的自燃及安全高效利用具有重要的指导意义。本文选用锡林郭勒的胜利褐煤作为研究对象,利用盐酸及氢氟酸脱除其所含矿物质,并对原煤、脱矿煤及不同温度热解煤进行NaOH处理,同时对NaOH处理后的脱矿煤进行热解处理,利用SEM-EDS、XRD、Raman、FT-IR和XPS等方法对所制备煤样进行了表征,考察了NaOH处理过程中钠与煤中含氧官能团的结合形式及煤样微结构的变化,并利用热重分析仪研究了NaOH处理煤样的燃烧反应性能。同时,选用结构相对简单的均苯三甲酸和氧化石墨作为煤的模型化合物,以进一步解析钠与煤中含氧官能团的结合形式对煤燃烧性能的影响。具体研究内容及结论如下:(1)NaOH处理对胜利褐煤结构和燃烧性能有较大影响。不同浓度NaOH处理后胜利褐煤均出现了燃烧滞后现象,且随着NaOH处理浓度的增大,燃烧滞后现象越明显,同时煤中羧基结构逐渐减少。(2)将胜利脱矿煤在不同温度下热解后进行NaOH处理,当热解温度低于400℃时,其燃烧反应性能出现滞后现象,钠与煤中的羧基官能团形成类羧酸盐结构。当热解温度大于400℃时,其燃烧滞后现象消失。进一步考察NaOH处理脱矿煤时发现,其燃烧反应性能同样出现明显的滞后现象。FTIR表征结果表明,NaOH处理的脱矿褐煤中钠与羧基官能团结合为羧酸盐,这种结构的形成有效的抑制了褐煤的燃烧反应性能。将NaOH处理后的脱矿煤进行不同温度的热解处理,结果表明,随着热解温度的升高,形成的羧酸钠结构逐渐向碳酸钠结构转变。褐煤中钠结合方式的改变直接影响其燃烧性能。(3)用NaOH处理模型化合物氧化石墨及其不同温度热解焦,以考察钠在其中的主要存在形式及其燃烧反应性能。结果表明,氧化石墨经过NaOH处理,其燃烧反应性能没有明显的滞后现象。不同温度热解焦经过NaOH处理,其燃烧反应性能出现明显的滞后现象,而FTIR表征中表明有羧酸钠的存在。用不同浓度的NaOH处理模型化合物均苯三甲酸,其结果与不同浓度的NaOH处理褐煤原煤相似,并根据均苯三甲酸NaOH处理后的反应结构关系,推测出NaOH处理后胜利褐煤的燃烧反应过程与可能的结构对应关系。
【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】：TQ530
【图文】：

褐煤,含氧官能团,挥发物含量,低阶煤

1.1.1 褐煤的结构褐煤，又称柴煤，外表褐色，是泥炭成岩后得到的一种具有独特的物理和化学性质的低阶煤，是煤化程度最低的煤种。褐煤具有复杂的结构，见图1-1，其主要由三维高分子网络，各种小分子有机物和无机材料组成。褐煤具有含水量高，空隙发达，挥发物含量高，含氧量高[9-11]的特点。褐煤的含氧组分中，含氧官能团对其燃烧性能影响很大。褐煤中的含氧官能团有-C=O、-COOH、ROH、ArOH等类型[12]，其中主要的官能团为-COOH和-OH，较高的-COOH含量是褐煤的一个典型特性，褐煤中

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图 1-2 煤自燃发展过程Fig.1-2 Coal spontaneous combustion process理人 Plot[29]写出了探讨煤自燃起因的文章，那是人人们提出了多种假说来解释褐煤的自燃过程[30]煤氧化作用假说[31-32]。煤氧化作用假说认为原始发生氧化并产生热量，当具备适宜的储热条件时假说还不能从微观角度解释煤自燃过程中的一氧，醛等气体成分是如何产生的，因而无法揭示煤揭示煤氧化过程中的一氧化碳，二氧化碳等产双平行反应模型。即煤氧接触的直接氧化反应和。Itay[34]等提出煤自燃过程仅包括一个连续的氧络合物，随后，这些络合物分解，生成不同种类燃的研究进展

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图 2-1 TG-DTG 法示意图Figure 2-1 Demonstrations of TG-DTG method曲线的研究中，使用燃烧稳定性判别指数（Rw）[62]来衡。定义如式（2-1）所示：ipipwTTdxdtdxdtTTRmax7max(/)8.5875100.00582655763(/) 655：碳粉的起燃温度，℃；763：碳粉达到最大燃烧反；0.00582：碳粉的最大燃烧失重速率，S-1；Ti：煤样的起燃烧失重速率对应的温度，℃；(dx/dt)max：煤样的最大失重于热重分析仪中采用恒定的载气流量，且燃烧反应的样压的变化，为方便比较和计算，采用简单的均相反应动力[62,63,64]： kfxdtdx 守 Arrhenius 定律： k Aexp E/RT

【参考文献】