【摘 要】
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我国陕北地区的低变质煤储量丰富,并且热解是对低变质煤有效利用的主要手段,因此研究其热解产物析出特性对低变质煤的高效转化有着重要的理论意义与现实意义。本文选用陕北低变质煤为原料,采用热解实验方法研究了灰分、碳含量和热解温度的影响,结合TG-FTIR和Py-GC/MS等分析方法揭示热解过程产物的析出特性,并进行了过程动力学研究,得出如下结论:(1)脱灰过程使得煤中O-与碱金属相连的结构转化为羟基结构,
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我国陕北地区的低变质煤储量丰富,并且热解是对低变质煤有效利用的主要手段,因此研究其热解产物析出特性对低变质煤的高效转化有着重要的理论意义与现实意义。本文选用陕北低变质煤为原料,采用热解实验方法研究了灰分、碳含量和热解温度的影响,结合TG-FTIR和Py-GC/MS等分析方法揭示热解过程产物的析出特性,并进行了过程动力学研究,得出如下结论:(1)脱灰过程使得煤中O-与碱金属相连的结构转化为羟基结构,液体产物中酚类物质含量增多,增长部分以苯二酚为主要组成部分。脱灰后产生新孔道有利于轻质挥发分的逸出。(2)气液产物总收率与煤样碳含量大小密切相关。C=O结构裂解大多以含氧气体(CO、CO2)形式逸出,而羟基则大部分转化为液态产物。液体产物焦油中烷烃释放大多以长链的形式逸出;酚类主要以低级酚形式存在;芳烃大多以甲苯、间/对二甲苯、萘的形式释放。(3)气体CO主要是由于羧基、醛或酮类结构中的弱键断裂分解和小部分醚键、含氧杂环发生裂解产生的。CO2主要是醌、醛或酮类结构和醚键结构发生裂解,以及焦油中含氧杂环或羰基官能团的断裂产生。CH4是由于弱甲基键的断裂以及甲氧基、侧链甲基和焦油中烷烃类物质的裂解形成。H2是由极少部分游离氢自由基组合,以及脱氢缩聚、固态产物结构芳构化和气体分子间的聚合反应或小分子裂解产生。(4)TG-FTIR分析得出在400-600℃之间气体吸收峰最高。Py-GC/MS分析发现ZM煤在600℃时液体产物组分种类最多,并且酚类含量是最多的,而其他煤样焦油在400℃时组分种类最多,烷烃类最佳释放温度为300℃。(5)动力学热解过程可以用三段连续的一级反应来描述。第一阶段主要发生了客体小分子的释放,热稳定性差的弱键以及活波官能团的断裂,故所需的活化能相对较小。第二阶段是煤的活波热分解阶段,此阶段主要发生了煤结构大分子的分解与解聚,大量失重过程,生成大量焦油与煤气,此过程需要很大的能量,故活化能最大。而第三阶段主要是半焦进一步缩聚成焦炭,伴随着二次脱气反应,所需的能量相对较小,故活化能较低。
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