四种不同变质程度煤热解过程研究

摘要

煤的热解反应是煤气化、液化、燃烧反应的初始阶段。研究煤的热解过程对于煤的高效利用及煤结构的深入了解有很大的帮助。本文选用胜利褐煤（Shengli，简称SL）、阿拉格陶古褐煤（Alagtogoo，简称AT）、神华烟煤（Shenhua，简称SH）和塔旺陶勒盖无烟煤（Tawantolgoi，简称 TT）为研究对象，利用热重分析仪及固定床装置，对煤样程序升温热解过程的失重特性和气体析出特性进行考察。并对四种煤样在不同温度（550℃-850℃）下热解炼焦所得焦样进行红外定性定量分析。
　　研究结果表明，随着煤化程度的增加各煤样热解温区ΔT、最大失重量ΔWmax呈减小趋势；解特征综合指数P值大小顺序为：AT≈SL＞SH＞TT。低阶煤较高阶煤有较强的热解反应性，但方式有所不同：SL煤有较宽的反应温区，失重速率保持稳定；AT煤反应温区较窄，温区内热解反应变化剧烈。选取反应级数n=2时相对于n=1和n=1.5更准确，各煤样热解表观活化能随着温度的升高均呈先减小后增大的趋势。DTG拟合结果说明较高阶煤结构中高键能的共价键比例相对于低阶煤较高。
　　煤热解生成 CH4和H2温区相对较为集中，而生成 CO、CO2温区较宽，峰形复杂。生成CO2+CO总量大小顺序为：SL＞AT＞SH?TT，随着煤化程度的增加煤结构中的含氧官能团数量大幅减少。TT煤热解产生的CH4和H2量远远大于其他三种煤。煤样热解合成气热值基本呈现先增大后减小趋势。煤样热解生成 CO2、CO、CH4和H2均是由几个不同的基元反应构成，相同类型的基元反应活化能大小基本相同。
　　四种原煤红外结构参数中 R1、R2值基本上随着煤阶的升高而加大，即随着煤化程度的增加煤中芳香结构的比例增加明显；D值也随着煤化程度的增加、煤样芳香度的增加而增加，较高阶煤中具有较大比例的稠合芳环；C值随着煤化程度的增加呈陡然下降趋势，随着煤化程度的增加煤中C=O结构大幅减少，煤成熟度增加。经过热解炼焦之后，SL、AT、SH及TT各类焦样的R2值、D值均明显增大。其中SH、TT煤炼焦后的R2值、D值较各自原煤增大幅度相对较大，较高阶煤炼焦后芳香度及芳香环稠合程度均比较低阶煤高。SL、SH和TT煤经过炼焦后C值均迅速减小为0，AT煤随热解炼焦温度的升高C值逐渐减小。热解炼焦使煤样趋于成熟，有助于煤的提质。

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第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 煤的热解过程

1.3 煤热解过程中的化学反应

1.4 煤的热解机理

1.5 热解大分子模型

1.6 热解反应动力学模型

1.7 研究内容与意义

第二章 实验设计

2.1 主要实验仪器

2.2 煤样制备及其表征

第三章 煤样宏观热解特性及动力学分析

3.1 热解失重特性分析

3.2 热解动力学计算

3.3 热解反应中化学键信息

3.4 小结

第四章 煤样热解气体生成特征分析

4.1 实验部分

4.2 气体产物生成速率分析

4.3 气体产物累积组成分析

4.4 气体产物生成动力学及机理分析

4.5 小结

第五章 原煤及焦红外光谱分析

5.1 实验方法

5.2 红外光谱归属及FTIR结构参数计算方法

5.3 原煤红外图谱及FTIR结构参数

5.4 SL煤及焦红外图谱及FTIR结构参数

5.5 AT煤及焦红外图谱及FTIR结构参数

5.6 SH煤及焦红外图谱及FTIR结构参数

5.7 TT煤及焦红外图谱及FTIR结构参数

5.8 小结

结论

参考文献

致谢