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胜利褐煤热解产物结构分析及典型半焦分子模型构建

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1绪论

1.1 研究背景 (Research Background)

1.2 褐煤资源概述 (Overview of Lignite Resources)

1.3 褐煤的特征及其利用问题(Characteristics and Utilization of Lignite)

1.4 煤热解特性概述(Overview of Lignite Pyrolysis Characteristics)

1.5 褐煤热解与褐煤结构模型的构建(Lignite Pyrolysis and Construction of Structure Model of Lignite)

1.6 研究内容及框架(Content and Framework)

2 实验部分

2.1 实验原料及试剂(Materials and Reagents)

2.2 实验仪器与设备(Instruments and Equipments)

2.3 实验方法(Methods)

2.4 原煤的基本性质分析(The Basic Properties of Raw Coal)

3 热解温度对胜利褐煤热解产物的影响

3.1 热解温度对产物产率的影响(Effect of Pyrolysis Temperature on the Yield of the Product)

3.2 热解温度对褐煤元素含量的影响(Effect of Pyrolysis Temperature on Ultilnate of Lignite)

3.3 热解温度对半焦的影响(Effect of Pyrolysis Temperature on the Char)

4 停留时间对胜利褐煤热解产物的影响

4.1 停留时间对产物产率的影响(Effect of Retention Time on the Yield of the Product)

4.2 停留时间对褐煤元素含量的影响(Effect of Retention Time on Ultilnate of Lignite)

4.3 停留时间对半焦的影响(Effect of retention time on the char)

4.4 停留时间对焦油组成的影响( Effect of Retention Time on Composition of Tar)

4.5 停留时间对气体组成的影响(Effect of Retention Time on Gas Composition)

4.6 本章小结 (Summary)

5 350℃半焦平均分子结构模型的建立

5.1 350℃半焦平均分子模型构建的依据(Construction Basis of 350℃ Char’s Average Molecular Structural Model)

5.2 350℃半焦平均分子结构的构建与优化(Construction and Optimization of 350℃ Char’s Average Molecular Model)

5.3 本章小结(Summary)

6 500℃半焦平均分子结构模型的建立

6.1 500℃半焦平均分子模型构建的依据(Construction Basis of 500℃ Char’s Average Molecule Structural Model)

6.2 500℃半焦平均分子结构模型的构建与优化(Construction and Optimization of 500℃ Char’s Average Macromolecule Model)

6.3 本章小结(Summary)

7 结论及展望

7.1 主要结论(Main Conclusions)

7.2 研究展望(Future Researches)

7.3 创新之处(The Point of Innovation)

参考文献

作者简历

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摘要

褐煤在我国储量丰富,研究主要集中在热解、气化、液化、燃烧等方面。从热解的角度对褐煤大分子结构进行研究也成为研究的热点。本文以胜利褐煤低温热解产物作为研究对象,探讨热解条件对胜利褐煤热解产物的影响。选取350℃和500℃热解后的产物半焦为研究对象,通过元素分析、FT-IR、13C NMR分析等数据,建立这两个半焦平均大分子模型。通过实验研究表明:
  (1)温度对胜利褐煤热解产物的影响:随温度升高,半焦产率降低,热解水和气体产率升高。350-400℃温度段,C=O含量减少并不明显,400℃之后, C=O开始断裂产生CO。随温度升高煤样的平衡复吸水含量依次递减,在不同RVP下,不同热解温度下褐煤的复吸含水量与-OH和C=O的含量均是呈线性相关关系,与-O-的线性相关性不强。焦油中酚类占比例最大,500℃时所占比例达到36.99%。脂肪类化合物主要以烷烃化合物为主。
  (2)停留时间对胜利褐煤热解产物的影响:随停留时间延长,含氧官能团吸收峰面积百分比降低,停留时间在5-10 min之间变化相对比较明显。随着热解保温时间延长,样品复吸水含量逐渐降低。随着保留时间增加,总酚产率在20 min左右达到最大,超过20 min后变化较小。
  (3)根据实验数据、结合分子结构的稳定性特点,推出350℃半焦平均大分子结构模型,分子式为C142H116O38N2,结构单元模型的特点为:芳香结构以苯环结构为主,脂肪结构以短链的形式存在,含氧官能团主要以羟基、羰基和醚键为主,在HF/3-21G基组条件下计算得到350℃平均大分子模型的红外光谱,计算光谱与实验光谱吻合良好。
  (4)根据500℃半焦元素分析、红外分峰、13C-NMR分析等结构参数,推出500℃半焦平均大分子结构模型,分子式为C92H88O21,模型结构特点为:芳香结构以苯环结构,脂肪碳原子数较少,且为较短的脂肪链,含氧官能团以醚键和羰基为主。采用与350℃半焦平均大分子结构模型相同的计算方法,计算模拟其红外光谱,与实验谱图吻合良好,构象稳定,模型结构的推断比较合理。

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