贵州龙潭组煤中树皮体赋存特征及热解特性研究

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树皮煤是以高树皮体含量为特点的一种稀缺煤种,对于树皮煤的深入研究在煤炭分类以及高附加值利用方面具有重要意义。本文以贵州晚二叠世龙潭组树皮煤作为对象,在煤质特征以及热性质分析的基础上,进行了煤中树皮体的赋存特征研究,并成功地富集了树皮体,再通过对原煤和不同树皮体添加量模拟样品的低温热解实验,获得了最佳的热解条件,找到了煤热解焦油组成的突变点,为划分树皮煤与富树皮体腐植煤之间的界限提供理论依据。煤质特征分析研究结果显示,贵州龙潭组树皮煤是一种高挥发分、高氢含量、中等灰分的低阶烟煤;煤岩组分以壳质组为主,含量高达45.7%,镜质组和惰质组含量偏低;煤中主要矿物质有石英、高岭石、黄铁矿以及地开石等矿物;热重分析发现该煤失重范围窄,生烃高峰期为400℃~520℃段。煤中树皮体含量增高,其总的失重率增大,但是不影响煤样的失重区间。采用筛分浮沉的方法分析了树皮煤中树皮体的赋存特征,发现在-0.125~0.074 mm粒度级、-1.20~1.15 g/mL密度级中,树皮体的解离度以及含量明显高于其他粒度级、密度级;煤中树皮体主要集中在-1.20~1.15 g/mL中,-1.15~1.10g/mL次之,密度大于1.30 g/mL的两个密度级中树皮体的含量极少。光学显微镜下树皮体包腔结构明显且界线清晰,边缘呈不规则锯齿状,在煤中主要以条带状、细脉状以及片状形态存。随着煤料破碎粒度的减小,煤中连生体含量明显降低,树皮体的解离程度增大。采用等密度梯度离心法结合浮选的分离方法对该煤中树皮体富集到90.7%。树皮煤的低温热解研究分析表明,热解终温对树皮煤热解产物组成的影响显著,保温时间和升温速率对其影响较小。树皮煤的最佳热解条件是热解终温、保温时间和升温速率依次为530℃、60 min、8℃/min,该条件下其低温热解焦油产率最高(21.8%)。对树皮煤低温热解焦油的组成分析发现,原煤热解焦油组成中含有机物45种,以碳数C9~C16的低分子有机化合物为主。包括烷烃、萘、苯、芳烃、酯、取代烷烃、酚、酮、酸、芴等各类有机化合物。不同树皮体含量煤样的低温热解研究分析表明,煤中树皮体含量增加,造成焦油组成中有机物分子含碳数在C9~C16段显著增加,高碳含量段减少;焦油组成中烷烃类和酯类有机物含量逐渐减少,萘、蒽、菲、苯以及芳烃类有机物含量明显增加;树皮体添加量为40%时是树皮煤热解焦油产物组成产生跳跃式变化,大于40%以后,煤样低温热解焦油中有机物的组成相近。
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