我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)決定了煤炭在能源消費(fèi)中占據(jù)主導(dǎo)地位。由于煤的復(fù)雜性和不均一性,導(dǎo)致對(duì)煤結(jié)構(gòu)的理解不充分,因此煤的清潔高效利用也一直受到限制。煤熱解是煤后續(xù)轉(zhuǎn)化過(guò)程的第一步,通過(guò)對(duì)煤熱解過(guò)程的研究能夠直接獲得和煤結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息,是一種研究煤結(jié)構(gòu)特征的有效方法。煤在熱解過(guò)程中同時(shí)產(chǎn)生半焦、焦油和熱解氣,對(duì)于熱解產(chǎn)物的分析有利于揭示煤有機(jī)質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)及其熱解途徑。本論文選取車集煙煤（CJ）、俄礦次煙煤（EK）和東勝利褐煤（DSL）作為實(shí)驗(yàn)煤樣,在不同的實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)其熱解過(guò)程進(jìn)行研究。采用傅里葉紅外光譜（FTIR）、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC/MS）、高分辨靜電場(chǎng)軌道阱質(zhì)譜（Orbitrap-MS）和在線式氣體檢測(cè)技術(shù)對(duì)煤熱解產(chǎn)物進(jìn)行分析,獲得不同熱解條件下產(chǎn)物分布特點(diǎn)。此外,對(duì)煤熱解過(guò)程動(dòng)力學(xué)和氣體逸出動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析。最后利用熱裂解-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（Py-GC/MS）和同步輻射光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜（SVUV-PI-TOFMS）對(duì)煤熱解產(chǎn)物進(jìn)行在線分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明熱解產(chǎn)率隨著加熱溫度和升溫速率的上升而提高;EK-600-10樣品熱解產(chǎn)率為25.2%,而EK-1000-20樣品熱解產(chǎn)率上升至34... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：106 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

三種不同變質(zhì)程度煤的FTIR譜圖

碩士學(xué)位論文26增加，羧酸等弱官能團(tuán)在高溫高壓環(huán)境下更易于斷裂。因此煤階越高，羧酸官能團(tuán)越少，直至到無(wú)煙煤階段逐漸消失。而其他含氧官能團(tuán)，如醚鍵，羥基等均隨著煤階上升而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，最終與芳香環(huán)形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)而少量存在煤中。3.3.2不同加熱終溫下半焦的變化規(guī)律為了研究煤在熱解過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化，利用FTIR對(duì)不同熱解溫度下的半焦分析。在10oC/min的升溫速率下，不同半焦的分析結(jié)果如圖3-6到3-8所示。如上所述，對(duì)煤的FTIR區(qū)域分為四個(gè)部分進(jìn)行分析。圖3-6所示，在3000-3800cm-1對(duì)應(yīng)的羥基吸收峰和1000-1800cm-1的官能團(tuán)吸收峰的特征吸收區(qū)域內(nèi)。隨著熱解溫度的升高，譜圖中吸收峰強(qiáng)度均有一定的變化，在600-800oC溫度區(qū)間內(nèi)，3000-3800cm-1和1000-1800cm-1區(qū)域內(nèi)吸收峰的強(qiáng)度明顯下降，這表明在此溫度區(qū)間是煤含氧官能團(tuán)的主要反應(yīng)區(qū)間，含氧官能團(tuán)大量脫除。而2800-3000cm-1對(duì)應(yīng)的脂肪族碳?xì)滏I的特征吸收區(qū)域，隨溫度的上升有一定的波動(dòng)，這主要是因?yàn)镃J變質(zhì)程度較高，煤結(jié)構(gòu)中的脂肪側(cè)鏈較少，分子結(jié)構(gòu)以芳香結(jié)構(gòu)為主。這在700-900cm-1的區(qū)域內(nèi)的峰強(qiáng)度變化中得到印證，其中隨著溫度的升高，其中的芳香碳?xì)涞拿嫱馍炜s振動(dòng)強(qiáng)度逐漸增加，這是由于在高溫下半焦的縮聚反應(yīng)導(dǎo)致芳香結(jié)構(gòu)快速增加而導(dǎo)致[62]。圖3-6不同溫度下CJ半焦的FTIR譜圖Figure3-6FTIRspectraofCJsemi-cokeatdifferenttemperatures圖3-7中為DSL半焦的FTIR譜圖。DSL煤化程度較低，在煤大分子結(jié)構(gòu)中含有更多的含氧官能團(tuán)和側(cè)鏈結(jié)構(gòu)。因此，在熱解過(guò)程中煤結(jié)構(gòu)的變化更加顯著。在3000-3800cm-1和1000-1800cm-1的特征官能團(tuán)吸收區(qū)域內(nèi)，可以明顯觀察到

3原煤及半焦分析27半焦的吸收峰強(qiáng)度隨著加熱溫度的上升而下降，這表明在熱解過(guò)程中，其中的含氧官能團(tuán)在升溫過(guò)程中逐漸脫除，整個(gè)熱解階段中都有含氧類化合物生成，而這與低階煤中豐富的含氧結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。低階煤中的氧元素以多種方式存在，相應(yīng)的化學(xué)鍵的鍵能有很多的差別，因此在熱解過(guò)程中斷裂相應(yīng)鍵能所需要的能量各不相同。而在700-900cm-1吸收區(qū)域內(nèi)，對(duì)應(yīng)于煤中芳香碳?xì)滏I的特征吸收峰，在此區(qū)域內(nèi)，從圖中可以觀察到隨著溫度的上升吸收峰強(qiáng)度緩慢上升，在熱解過(guò)程中煤中的半焦進(jìn)一步縮聚生成焦炭，導(dǎo)致的煤中芳香結(jié)構(gòu)增多[63]。從圖中可以得知，DSL熱解過(guò)程中，主要發(fā)生的是含氧官能團(tuán)的脫除反應(yīng)和半焦的縮聚反應(yīng)，導(dǎo)致了煤對(duì)應(yīng)區(qū)域的吸收峰強(qiáng)度發(fā)生變化。圖3-7不同溫度下DSL半焦的FTIR譜圖Figure3-7FTIRspectraofDSLsemi-cokeatdifferenttemperatures圖3-8中為EK半焦的分析結(jié)果。在EK半焦的FTIR圖中觀察到同樣的變化趨勢(shì)。在1000-1800cm-1區(qū)域內(nèi)，對(duì)應(yīng)于煤中醚、酮、醇等的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)的伸縮振動(dòng)峰，觀察到吸收峰強(qiáng)度的明顯降低，被認(rèn)為是其中含氧官能團(tuán)在升溫過(guò)程中的脫除。而在700-900cm-1對(duì)應(yīng)的芳香碳?xì)涞拿嫱庹駝?dòng)峰區(qū)域，加熱溫度的提高，該區(qū)域的峰強(qiáng)度明顯上升，表明了半焦的縮聚在EK中的的程度更加劇烈。而其他區(qū)域的峰強(qiáng)度變化趨勢(shì)并不顯著，這可能是因?yàn)镋K中含有大量礦物質(zhì)，礦物質(zhì)的存在影響了煤的熱解，導(dǎo)致其中的大部分官能團(tuán)變化趨勢(shì)不明顯。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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