褐煤与塑料共混非液化加氢改质实验研究

摘要

褐煤属于低变质煤种，相对高变质煤来说，其化学结构的改变更容易实现。对褐煤进行加氢提质处理，改变褐煤原有的性质，使其转变为具有一定黏结性、可用于炼焦的改质煤资源，对褐煤的加工提质、合理利用煤炭资源有着重要意义。塑料是富氢少碳的聚合物，在褐煤与塑料共混加氢改质过程中，塑料中的富氢结构会对煤的结构和性质产生影响。
　　 本文对褐煤进行了不同氢压、反应温度和反应时间条件下褐煤高压釜加氢、褐煤与聚丙烯(PP)共混加氢实验以及褐煤和聚丙烯共热解实验。采用气相色谱、热分析技术、红外光谱分析和热解-气相色谱-质谱联用分析技术(PY-GC-MS)等分析、测试手段对改性增黏煤的结构特性进行了表征，分析了褐煤与塑料共混加氢增黏机理，研究的主要结果如下:
　　 1.褐煤在350℃、8MPa氢压条件下加氢反应3小时得到的改性煤有较大的H/O比，表明氢含量增加，部分含氧基团得到了脱除。改性煤中脂肪结构增多，热解反应性得到了提高，表明含氧官能团脱除并添加自由氢和侧链断裂添加自由氢均使煤的内部供氢能力增加，改性煤中低分子化合物的组成和含量发生改变。改性煤的黏结指数有了很大提高。
　　 2.褐煤和聚丙烯共热解实验数据表明，它们之间存在着重叠的热解温度区间，共热解时表现出最大失重速率对应的温度均高于褐煤和聚丙烯单独热解。采用假设条件下的理论计算与实际测得数据相比较的方法，发现各温度段的实际失重率小于理论失重率，表明聚丙烯和煤共热解时存在相互作用。
　　 3.褐煤与聚丙烯10∶1混合物在350℃、8MPa氢压条件下加氢反应3小时得到的改性煤相比褐煤同条件下单独加氢得到的改性煤有更大的黏结指数。通过对改性煤的分析可知，350℃条件下，聚丙烯热分解离子碎片参与与煤离子碎片的相互作用，生成了更多具有适度的分子结构的黏结性活性组分，包括高含脂肪族结构和酚、醇类结构。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 中国煤炭资源及其分布特点

1．2 褐煤的特性及利用现状

1．3 煤结构的研究进展及研究方法

1．4 褐煤的液化加氢

1．4．1 褐煤液化加氢机理

1．4．2 褐煤液化加氢研究现状

1．5 褐煤非液化加氢

1．5．1 煤黏结性来源及形成机理

1．5．2 褐煤非液化加氢增塑机理

1．5．3 褐煤非液化加氢研究现状

1．6 废塑料在煤炭加工中的利用

1．6．1 废塑料与煤共焦化

1．6．2 废塑料与煤共液化

1．6．3 废塑料与褐煤共混非液化加氢

1．7 选题背景和论文研究内容及技术路线

第二章 实验装置及测试方法

2．1 煤样选取

2．2 粘结指数测定

2．3 高压反应装置

2．4 气相色谱分析

2．5 热重分析

2．6 固体样品红外分析

2．7 热解-色谱-质谱联用分析(PY-GC-MS)

第三章 褐煤中度加氢改性研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验条件的确定

3．1．2 实验及分析方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 各反应条件下固体产物黏结指数测定

3．2．2 加氢改性煤样的红外光谱分析

3．2．3 加氢改性煤样的热重分析

3．2．4 加氢反应气体产物的色谱分析

3．2．5 加氢改性煤样的热解-色谱-质谱联用分析(PY-GC-MS)

3．2．6 加氢改性煤样黏结指数变化

3．3 本章小结

第四章 褐煤与塑料的热解及共热解研究

4．1 实验及分析方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 褐煤热解特性分析

4．2．2 聚丙烯塑料热解特性分析

4．2．3 褐煤和聚丙烯塑料共热解特性分析

4．3 本章小结

第五章 褐煤与塑料共混中度加氢改性研究

5．1 实验及分析方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 各反应条件下固体产物黏结指数测定

5．2．2 加氢加塑改性煤样的红外分析

5．2．3 加氢加塑改性煤样的热重分析

5．2．4 各反应气体产物的色谱分析

5．2．5 加氢加塑煤样黏结指数变化机理分析

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 论文的创新点

6．3 论文的不足和展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文