中等變質(zhì)程度煤熱解特征研究.pdf

1、由于作為煉焦用煤的中等變質(zhì)程度煤其資源量有限,擴(kuò)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(jìn)行了其結(jié)構(gòu)、熱解動力學(xué)及熱解產(chǎn)物析出特征的研究,試圖從分子水平上了解它們的熱解機(jī)理,從而為預(yù)測單煤或配煤煉焦時煤的物理化學(xué)行為奠定基礎(chǔ).應(yīng)用FT-IR及分峰擬合技術(shù)對五種煤的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了詳細(xì)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(jié)構(gòu)的羥基;(2)在肥煤階段CH3/CH2最大;(3)煤中含氧官能團(tuán)的變化趨勢為穩(wěn)定的官能團(tuán)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(qiáng)度減小,然后又增大,而在該階段煤中的長鏈脂肪類物質(zhì)(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(cè)鏈和芳香體系相互競爭的結(jié)果的新觀點.在TG/MS分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合煤結(jié)

3、構(gòu)分析結(jié)果對煤的熱解動力學(xué)及熱解過程揮發(fā)分析出規(guī)律進(jìn)行了討論,獲得的主要結(jié)果為:(1)煤的熱解動力學(xué)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(zhì)的析出,不穩(wěn)定官能團(tuán)的熱解和非共價鍵的破壞等,其熱解活化能最低,是容易進(jìn)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(yīng)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(xué)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(cè)鏈的含量和分布方式.(2)煤熱解過程中烷基側(cè)鏈的熱解將導(dǎo)致煤結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jìn)而與氫反應(yīng)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