论文部分内容阅读
为实现中低阶煤分级转化联产低碳燃料和化学品,中低阶煤热解多联产分级利用被认为是煤炭清洁高效利用的有效途径之一。通过水热预处理从热解源头来提高热解油气的品质,开展对低阶煤结构与其热解产物之间的关联研究,从煤中碳结构层面研究水热处理对热解产物分布的影响机理、提高热解焦油产率及合理利用热解焦油,具有重要的理论意义和经济价值。本文以小龙潭褐煤(XLT)、先锋褐煤(XF)和胜利褐煤(IM)为原料,采用水热处理的方法,在高压釜中对褐煤进行水热处理,考察了水热处理对煤中碳结构及其热解产物分布的影响,通过13C固体核磁(13C-NMR)和傅立叶转换红外光谱(FTIR)对处理前后煤样结构的表征,结果表明,水热处理可以改变煤中弱键作用,降低煤中含氧量,适当的水热处理(处理温度处于220-260℃),含氧官能团发生水解反应,水中的氢在自由基和离子效应的协同作用下被加入到煤中,并在煤中发生氢转移,煤结构中CH2/CH3比值增加,从而使得水热处理后的煤热解焦油产率增加20%上下,热解气产率降低。其中,处理后的煤热解焦油中的烷烃比例略有提高,热解气体组分中CO2比例下降,烃类气体比例明显升高。顺磁共振(EPR)检测到水热处理后的褐煤样中自由基浓度增加,原因是在水热环境中褐煤的脱氧水解作用导致煤中自由基浓度增加,当处理温度在220-260℃间时,不同成煤环境的褐煤自由基浓度的增加率都存在一个最小值,说明在此条件下处理时,水中的氢可能通过自由基和离子效应的协同作用下加入到煤中,有稳定自由基作用,在此条件处理后的煤样在热解过程中生成较多的中等分子,使得其热解焦油产率达到较高水平。为验证煤中碳结构与其热解产物分布关系,又研究了3种低阶烟煤的碳结构,发现低阶烟煤的热解产物分布与煤的碳结构也存在一定的关联,其规律与褐煤相似。研究低阶煤热解产物分布与煤中碳结构的关系结果表明,对于Cdaf在73%-84%间的低阶煤,其热解焦油产率与CH2/CH3比值、faS/fa比值和与氧相连的碳比例存在一定的数量关系。热解气产率与O/C比和脂肪碳比成线性相关；热解油气组成也与煤中碳结构存在密切的关联。此外,采用一种集成方法对煤焦油进行加工,发现原沥青中轻组分可以调控沥青聚合过程中QI的生成,原因是由于沥青中轻组分的存在,在热聚合初期,一方面小分子环绕于大、中分子周围,形成空位稳定作用,抑制大、中分子进一步聚合形成QI；另一方面小分子在热反应过程中产生一定的曳力,使得沥青在热缩聚过程QI解聚,降低改质沥青中QI含量。试验获得了QI<0.2%,β树脂>23%,和SP=90-100℃的改质沥青,为优质炭材料原料的工业化生产提供理论依据。