褐煤中有機氧的賦存形態及其在熱解過程中的遷移規律

《褐煤中有機氧的賦存形態及其在熱解過程中的遷移規律》是依託中國礦業大學，由趙小燕擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：褐煤中有機氧的賦存形態及其在熱解過程中的遷移規律
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：趙小燕
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

水分和有機氧含量高是導致褐煤熱值低的主要因素。熱解是褐煤提質利用的有效手段之一，深入了解褐煤中有機氧的賦存形態及其在熱解過程中的遷移規律對於最佳化褐煤高效提質利用的工藝具有十分重要的指導意義。本項目通過超臨界醇解切斷褐煤中的含氧橋鍵進而運用氣相色譜/質譜聯用儀、高效液相色譜/多級離子阱質譜聯用儀和快速高分離液相色譜/飛行時間質譜/紅外光譜聯用儀分析等先進的分析手段表征所得可溶物中有機氧的分子結構，從分子水平上揭示褐煤中有機氧的賦存形態；在不同條件下熱解褐煤及其含氧模型化合物，通過後續的分離和分析研究熱解產物的組成分布，特別是所得焦油中有機氧的組成結構，運用直接分析質譜、紅外光譜和X射線光電子能譜等先進原位分析手段了解褐煤及所得半焦的含氧官能團的表面物理化學屬性，揭示褐煤熱解過程中有機氧的遷移規律和水的析出機理，為最佳化褐煤的熱解提質工藝提供理論依據。

結題摘要

水分和有機氧含量高是導致褐煤熱值低的主要因素。熱解是褐煤提質利用的有效手段之一，深入了解褐煤中有機氧的賦存形態及其在熱解過程中的遷移規律，對於最佳化褐煤高效提質利用的工藝具有十分重要的指導意義。 本文選取白音華（BYH）和錫林郭勒（XLGL）兩種褐煤為研究煤樣。通過X射線光電子能譜（XPS）、傅立葉變換紅外光譜（FTIR）和元素分析等研究褐煤中有機含氧官能團（OFGs）的賦存形態。結果表明：褐煤中的OFGs可以分為羧基、羥基（酚羥基和醇羥基）、羰基、活性醚鍵和非活性醚鍵。由於褐煤中水的吸附形態主要與羥基的存在形態有關。通過對紅外光譜中羥基官能團的分峰擬合得出褐煤中的羥基主要為自由羥基（FHG）、羥基氫鍵（PHB）、自由締合的羥基氫鍵（SHB）、羥基醚氫鍵（EHB）、呈環狀緊密締合的羥基（RHB）和羥基N氫鍵（NHB），其中主要以PHB和EHB的形態存在。 利用固定床石英管反應器對BYH和XLGL兩種褐煤進行快速熱解，研究了熱解溫度和氣體停留時間（GRT）對熱解產物的產率及氧分布的影響，並用多種先進分析手段研究了熱解產物中含氧化合物（OOSs）的組分和含量。結果表明，BYH褐煤在500 oC，GRT為2.5 s時焦油產率達到最大值為15.3%（daf）。XLGL褐煤在600 oC，GRT為1.5 s時焦油產率最大為12.9%（daf）。低於600 oC時，CO2為主要的熱解氣體，並且在低於400 oC下主要來源於羧基的熱解。CO的含量隨熱解溫度的升高而顯著增加。700 oC時，BYH和XLGL中CO的生成量達最大值分別為46.4和44.0 mL/g（daf）。熱解水中氧的產率在200 oC時小於20%，溫度增加至700 oC時，由於OFGs的脫除率增加和揮發分的裂解加劇，熱解水中的氧的產率顯著增加至30%左右。高於400 oC時，OFGs主要分解為熱解水和熱解氣。焦油中可檢測到的OOSs為酚類、酮類、酯類、醇類和呋喃類物質，其中酚類物質（苯酚、甲酚和二甲酚）為主要含氧物質。反應條件為500 oC，GRT為10 s時，BYH和XLGL焦油中酚類的最大產率分別為27.1%和26.3%（以焦油含量為基準）。本文探究了褐煤中的氧在熱解過程中的遷移規律，為提高褐煤的高效利用提供了理論依據。