神東和平朔煤在不同反應器中的熱解特性.pdf

1、本文以研究西部弱還原性煤一神東煤的熱解特性為目的，分別采用熱重(TG)和熱重一質(zhì)譜( TG-MS)、固定床熱解裝置和半連續(xù)式亞臨界和超臨界萃取裝置等實驗設備進行研究，考察其在不同裝置上的產(chǎn)物分布規(guī)律以及實驗條件對產(chǎn)物分布規(guī)律的影響，并對亞臨界和超臨界萃取所得殘渣的性質(zhì)進行分析；以還原性的平朔煤作為參比對象，比較性地探討了具有不同還原性的兩種煤的熱解特性。論文的主要研究內(nèi)容和結果如下：
　　 在熱重分析裝置上，研究兩種煤的非等溫熱

2、解規(guī)律，考察了升溫速率對熱解過程的影響，并進行了熱解動力學分析。研究結果表明：神東煤的主要熱解溫度區(qū)間為365-650℃，最大失重速率峰出現(xiàn)在450℃左右；與平朔煤相比，神東煤具有較大的總失重量、較小的最大失重速率以及較低的最大失重速率所對應的溫度，最大不同在于神東煤在600-700℃有一明顯失重峰；升溫速率提高，最大失重速率所對應的溫度向高溫區(qū)移動；動力學分析表明，神東煤熱解活化能(118-265kJ/mol)明顯低于平朔煤熱解活化能

3、(196-280kJ/mol)。
　　 在熱重.質(zhì)譜聯(lián)用裝置上，考察了兩種煤熱解逸出物的逸出規(guī)律。研究結果表明：在600-700℃之間，神東煤的H2和CO2的逸出強度均要高于平朔煤，說明神東煤在600-700℃的失重峰是神東煤的二次熱解和其礦物質(zhì)組分中碳酸鹽部分的熱分解共同造成的。由低分子碳氫化合物的逸出規(guī)律可知，與平朔煤相比，神東煤在主要分解溫度段的熱解強度要弱些。平朔煤熱解氣體中的H2S主要是由煤大分子結構中的含硫鍵斷裂形成

4、的，平朔煤熱解氣體中的SO2是由有機硫的逸出和硫鐵礦的分解共同造成的；神東煤的熱解氣體中的H2S和SO2主要是由煤中硫鐵礦的分解生成的，少部分的SO2是由有機硫的逸出生成的。
　　 在固定床熱解裝置上，考察了兩種煤熱解和加氫熱解過程中溫度對產(chǎn)物分布規(guī)律的影響，并對所得半焦的性質(zhì)進行了分析。結果表明：神東煤氮氣氣氛下焦油產(chǎn)率呈現(xiàn)隨溫度提高先增加后減小的趨勢，在650℃時達到最大值10.5％；在加氫熱解條件下，則呈緩慢近線性增大的趨

5、勢，在700℃時達到最大值12.1％；無論氮氣還是氫氣氣氛，平朔煤熱解的焦油產(chǎn)率均呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，均在650℃附近達最大值，分別17.1％和19.8％，均高于神東煤；兩種煤熱解和加氫熱解所得氣體的逸出規(guī)律相近，但神東煤的氣體生成總量稍高于平朔煤；兩種煤的半焦產(chǎn)率都隨著溫度升高而降低，相同終溫下，神東煤的半焦產(chǎn)率大于平朔煤的半焦產(chǎn)率。
　　 在半連續(xù)式亞臨界和超臨界萃取裝置上，考察了兩種煤在不同溶劑和不同壓力下的產(chǎn)物分布規(guī)

6、律。研究結果表明：以水為溶劑時，隨著壓力的升高，液體產(chǎn)率增加，30MPa時，平朔煤和神東煤的液體產(chǎn)率分別為21.3％和16.3％；兩種煤液體產(chǎn)物中主要組分均為瀝青烯，但神東煤液體產(chǎn)物具有相對較高的油組分，隨著溫度的增加，液體產(chǎn)物生成速率先增大，在400℃左右出現(xiàn)峰值后再降低；隨著壓力的增加，液體產(chǎn)物最大生成速率所對應的溫度向高溫區(qū)移動，與平朔煤相比，神東煤具有較低的液體最大生成速率和與之相對應的溫度；兩種煤氣體產(chǎn)率也隨著壓力的增加而稍有

7、增大，神東煤比平朔煤有更高的氣體產(chǎn)率，平均高3％左右，氣體組成中H2、CH4和CO2是主要成分；殘渣產(chǎn)率為65％-75％，并隨著壓力的增加而減小，神東煤具有比平朔煤低的殘渣產(chǎn)率。以甲苯為溶劑時，液體和氣體產(chǎn)物隨溫度和壓力的變化所呈現(xiàn)的規(guī)律與以水為溶劑時大體相似，不同的是在變化幅度和具體組成上。30MPa時，平朔煤和神東煤液體產(chǎn)率分別為35.3％和33.8％，液體產(chǎn)物的主要成分為油組分，與以水為溶劑時的結果相比，液體產(chǎn)物在相對較寬的溫度范

8、囝生成，但最大生成速率變小，最大生成速率對應的溫度提高；神東煤的氣體產(chǎn)率高于平朔煤，主要氣體成分為H2和CH4；殘渣產(chǎn)率為70％-80％，神東煤比平朔煤具有較高的殘渣產(chǎn)率。當以甲苯和四氫萘(9:1，V/V)的混合物為溶劑時，液體產(chǎn)率仍隨著反應壓力的增加而增大，30MPa下，平朔煤和神東煤的液體產(chǎn)率分別為68.2％和64.0％，油是液體產(chǎn)物的主要成分，其中很大部分液體產(chǎn)物來自于溶劑的反應；液體產(chǎn)物生成速率在低壓時隨溫度的變化規(guī)律與以水和甲

9、苯為溶劑時相似，高壓時則隨著溫度的升高而不斷增大。在氣體產(chǎn)率和組成上，與以甲苯為溶劑時相似，但H2含量有所增加。殘渣產(chǎn)率為65％-75％，神東煤比平朔煤具有較低的殘渣產(chǎn)率。
　　 對兩種煤在不同溶劑下亞臨界和超臨界萃取所得的殘渣進行了煤質(zhì)分析、紅外光譜分析和燃燒反應實驗。結果表明：以水為溶劑所得殘渣與原煤相比，幾乎不含水分，具有較高的灰分、較低的揮發(fā)份；C元素含量增加，H、O元素含量降低，具有較高的發(fā)熱量；與平朔煤殘渣相比，神東

10、煤殘渣有較高的C、N含量，具有略低的揮發(fā)份和較低的灰分。通過對原煤與萃取殘渣的紅外光譜的對比分析發(fā)現(xiàn)：大部分的礦物質(zhì)并未參與到萃取過程中，以水為溶劑得到的神東煤殘渣的發(fā)熱量高于平朔煤殘渣，且更容易反應和燃燒，燃燒反應符合一級反應；甲苯為溶劑和采用混合溶劑時所得殘渣表現(xiàn)出與以水為溶劑時相似的規(guī)律，只是在幅度和具體數(shù)值上有所差別。
　　 對以水為溶劑所得殘渣進行了氮吸附和XPS分析，考察亞臨界和超臨界萃取對煤結構和表面元素賦存狀態(tài)的

11、影響。研究結果顯示：殘渣的平均孔徑與原煤相比減小，比表面積有較大增加，且隨著反應壓力的增加而增大，說明亞臨界和超臨界水萃取對于煤具有一定的活化作用。神東煤殘渣具有較大的比表面積和較小平均孔徑，具有一定的中孔材料特征。原煤與殘渣的表面C的主要賦存狀態(tài)為C-C，神東煤相對于平朔煤具有較高的C-C和較低的C-H賦存比例；原煤與殘渣的表面O的主要賦存狀態(tài)為C-O；吡啶型氮(N-6)和吡咯型氮(N-5)是原煤表面N的主要賦存形式，吡啶型氮(N-6