预处理对鄂尔多斯褐煤热解特性的影响

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褐煤储量约占煤炭总量13%,由于“三高一低”的特点在现有热解工艺技术下仍不能被大规模应用。因此,有必要探究褐煤的热解特性,从而为煤炭工艺技术的设计与开发提供数据参考。本文以鄂尔多斯褐煤为研究对象,首先对褐煤分别进行水热预处理、溶剂溶胀预处理以及离子负载预处理,然后采用流化床对原煤热解以确定最佳热解温度,最后在最佳温度下进行预处理煤样的热解实验。热解产物由热重分析仪(TG)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)、X射线光电子能谱仪(XPS)、气相色谱仪(GC)、卡尔费休测水仪等进行产量和组成分析。分析结果如下:1.通过200-300℃范围内的水热预处理发现,水热预处理可脱除煤中水溶性的无机金属,分解含氧官能团,还促进脂肪侧链的断裂。煤结构交联键的破坏使得孔道结构坍塌。且预处理温度越高,这些作用越强。200℃下热解效果最佳,焦油产率最大且轻质组分中脂肪烃,单环芳烃和酚类含量提高。预处理温度进一步提高反而降低了热解焦油产率,这是由于小分子和金属离子含量的降低分别减弱了热解过程中对自由基的稳定作用和对大分子的裂解作用。2.选用正己烷、甲醇、丙酮、四氢呋喃在常温下对煤进行溶胀处理,结果表明:非极性溶剂对煤结构影响较小;极性溶剂处理后煤样芳香片层间距增大,羟基吸收峰向低波数移动,孔结构坍塌。表明褐煤中含氧官能团与羟基的氢键交联被溶剂取缔,促进煤体积膨胀,增加小分子的流动性,从而降低热解初始温度。氢键交联的破坏使得溶胀后的煤样热解水产率降低,焦油和气相产率均有所提高。与原煤相比,极性溶剂甲醇、丙酮、四氢呋喃处理煤样的热解焦油产率分别提高了18.88%、26.72%、33.58%,焦油的轻质组分中酚类、单环和双环类芳香烃组分含量明显增加。3.选用氯化钾、氯化钙、氯化铜、氯化钴通过浸渍的方法进行负载,发现四种离子均降低了热解初始温度,提高煤的热解反应性,但影响程度不同。钾有利于热解气含量升高,钙抑制了活泼热解阶段挥发分的逸出,使得半焦产量增加。过渡金属铜、钴的催化作用降低了氧的结合能,促进了煤的轻质转化,使得焦油产率分别提高了23.9%和17.8%,且焦油中脂肪烃、单环与双环芳烃含量增加。与原煤相比,离子负载煤样热解水的含量普遍较高。
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