【摘要】：褐煤的自燃與其組成及化學(xué)結(jié)構(gòu)密切相關(guān),深化對褐煤組成及化學(xué)結(jié)構(gòu)的認識,對抑制褐煤的自燃及安全高效利用具有重要的指導(dǎo)意義。本文選用錫林郭勒的勝利褐煤作為研究對象,利用鹽酸及氫氟酸脫除其所含礦物質(zhì),并對原煤、脫礦煤及不同溫度熱解煤進行NaOH處理,同時對NaOH處理后的脫礦煤進行熱解處理,利用SEM-EDS、XRD、Raman、FT-IR和XPS等方法對所制備煤樣進行了表征,考察了NaOH處理過程中鈉與煤中含氧官能團的結(jié)合形式及煤樣微結(jié)構(gòu)的變化,并利用熱重分析儀研究了NaOH處理煤樣的燃燒反應(yīng)性能。同時,選用結(jié)構(gòu)相對簡單的均苯三甲酸和氧化石墨作為煤的模型化合物,以進一步解析鈉與煤中含氧官能團的結(jié)合形式對煤燃燒性能的影響。具體研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)NaOH處理對勝利褐煤結(jié)構(gòu)和燃燒性能有較大影響。不同濃度NaOH處理后勝利褐煤均出現(xiàn)了燃燒滯后現(xiàn)象,且隨著NaOH處理濃度的增大,燃燒滯后現(xiàn)象越明顯,同時煤中羧基結(jié)構(gòu)逐漸減少。(2)將勝利脫礦煤在不同溫度下熱解后進行NaOH處理,當熱解溫度低于400℃時,其燃燒反應(yīng)性能出現(xiàn)滯后現(xiàn)象,鈉與煤中的羧基官能團形成類羧酸鹽結(jié)構(gòu)。當熱解溫度大于400℃時,其燃燒滯后現(xiàn)象消失。進一步考察NaOH處理脫礦煤時發(fā)現(xiàn),其燃燒反應(yīng)性能同樣出現(xiàn)明顯的滯后現(xiàn)象。FTIR表征結(jié)果表明,NaOH處理的脫礦褐煤中鈉與羧基官能團結(jié)合為羧酸鹽,這種結(jié)構(gòu)的形成有效的抑制了褐煤的燃燒反應(yīng)性能。將NaOH處理后的脫礦煤進行不同溫度的熱解處理,結(jié)果表明,隨著熱解溫度的升高,形成的羧酸鈉結(jié)構(gòu)逐漸向碳酸鈉結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。褐煤中鈉結(jié)合方式的改變直接影響其燃燒性能。(3)用NaOH處理模型化合物氧化石墨及其不同溫度熱解焦,以考察鈉在其中的主要存在形式及其燃燒反應(yīng)性能。結(jié)果表明,氧化石墨經(jīng)過NaOH處理,其燃燒反應(yīng)性能沒有明顯的滯后現(xiàn)象。不同溫度熱解焦經(jīng)過NaOH處理,其燃燒反應(yīng)性能出現(xiàn)明顯的滯后現(xiàn)象,而FTIR表征中表明有羧酸鈉的存在。用不同濃度的NaOH處理模型化合物均苯三甲酸,其結(jié)果與不同濃度的NaOH處理褐煤原煤相似,并根據(jù)均苯三甲酸NaOH處理后的反應(yīng)結(jié)構(gòu)關(guān)系,推測出NaOH處理后勝利褐煤的燃燒反應(yīng)過程與可能的結(jié)構(gòu)對應(yīng)關(guān)系。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ530
【圖文】：

1.1.1 褐煤的結(jié)構(gòu)褐煤，又稱柴煤，外表褐色，是泥炭成巖后得到的一種具有獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)的低階煤，是煤化程度最低的煤種。褐煤具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，見圖1-1，其主要由三維高分子網(wǎng)絡(luò)，各種小分子有機物和無機材料組成。褐煤具有含水量高，空隙發(fā)達，揮發(fā)物含量高，含氧量高[9-11]的特點。褐煤的含氧組分中，含氧官能團對其燃燒性能影響很大。褐煤中的含氧官能團有-C=O、-COOH、ROH、ArOH等類型[12]，其中主要的官能團為-COOH和-OH，較高的-COOH含量是褐煤的一個典型特性，褐煤中

圖 1-2 煤自燃發(fā)展過程Fig.1-2 Coal spontaneous combustion process理人 Plot[29]寫出了探討煤自燃起因的文章，那是人人們提出了多種假說來解釋褐煤的自燃過程[30]煤氧化作用假說[31-32]。煤氧化作用假說認為原始發(fā)生氧化并產(chǎn)生熱量，當具備適宜的儲熱條件時假說還不能從微觀角度解釋煤自燃過程中的一氧，醛等氣體成分是如何產(chǎn)生的，因而無法揭示煤揭示煤氧化過程中的一氧化碳，二氧化碳等產(chǎn)雙平行反應(yīng)模型。即煤氧接觸的直接氧化反應(yīng)和。Itay[34]等提出煤自燃過程僅包括一個連續(xù)的氧絡(luò)合物，隨后，這些絡(luò)合物分解，生成不同種類燃的研究進展

圖 2-1 TG-DTG 法示意圖Figure 2-1 Demonstrations of TG-DTG method曲線的研究中，使用燃燒穩(wěn)定性判別指數(shù)（Rw）[62]來衡。定義如式（2-1）所示：ipipwTTdxdtdxdtTTRmax7max(/)8.5875100.00582655763(/) 655：碳粉的起燃溫度，℃；763：碳粉達到最大燃燒反；0.00582：碳粉的最大燃燒失重速率，S-1；Ti：煤樣的起燃燒失重速率對應(yīng)的溫度，℃；(dx/dt)max：煤樣的最大失重于熱重分析儀中采用恒定的載氣流量，且燃燒反應(yīng)的樣壓的變化，為方便比較和計算，采用簡單的均相反應(yīng)動力[62,63,64]： kfxdtdx 守 Arrhenius 定律： k Aexp E/RT

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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本文編號：2784256