中等變質程度煤熱解特征研究.pdf

1、由于作為煉焦用煤的中等變質程度煤其資源量有限,擴大煉焦用煤的范圍,采用配煤煉焦是將來焦碳工業(yè)的必由之路.該文基于此目的對從氣煤到焦煤的五種煤進行了其結構、熱解動力學及熱解產物析出特征的研究,試圖從分子水平上了解它們的熱解機理,從而為預測單煤或配煤煉焦時煤的物理化學行為奠定基礎.應用FT-IR及分峰擬合技術對五種煤的結構特征進行了詳細的分析,發(fā)現(xiàn):(1)煤中存在五種類型的羥基:自由羥基、與芳香體系形成氫鍵的羥基、羥基之間相互作用形成氫鍵的

2、羥基、與醚作用形成氫鍵的羥基、形成環(huán)狀結構的羥基;(2)在肥煤階段CH3/CH2最大;(3)煤中含氧官能團的變化趨勢為穩(wěn)定的官能團具有增大的特征,而不穩(wěn)定的則減少;(4)在肥煤階段其芳香烴碳-碳雙鍵強度減小,然后又增大,而在該階段煤中的長鏈脂肪類物質(1443cm<'-1>)與芳香環(huán)上的甲基(1372cm<'-1>)之比最大;5)提出在肥煤階段煤化作用躍變是由于脂肪側鏈和芳香體系相互競爭的結果的新觀點.在TG/MS分析的基礎上,結合煤結

3、構分析結果對煤的熱解動力學及熱解過程揮發(fā)分析出規(guī)律進行了討論,獲得的主要結果為:(1)煤的熱解動力學及熱解過程揮發(fā)分析出規(guī)律均表明煤熱解過程可分為三個階段,第一階段:200-350℃,為煤中吸附物質的析出,不穩(wěn)定官能團的熱解和非共價鍵的破壞等,其熱解活化能最低,是容易進行的過程;第二階段350-600℃,為主熱解階段,其活化能最大;第三階段600-900℃,為縮聚反應階段,其活化能介于第一與第二階段之間.可以用一級動力學方程來擬合這三個

4、階段.熱解活化能在肥煤階段為最大,煤熱解活化能的大小取決于脂肪側鏈的含量和分布方式.(2)煤熱解過程中烷基側鏈的熱解將導致煤結構的解體,甲基的熱解斷裂溫度高于亞甲基及次甲基,隨煤變質程度的增大,它們析出的峰溫增高.(3)熱解過程中存在三種甲烷的析出,一種是煤中吸附的甲烷的析出,一般在370℃以前,第二種是煤中甲基的熱解脫落,形成甲基離子,進而與氫反應形成甲烷,其主峰溫度一般在510℃左右;第三種是芳香體系聚合形成更大的稠環(huán)體系,釋放出甲