【摘要】：褐煤水含量高,不適宜直接燃燒和氣化,但高的揮發(fā)分和氧含量有利于其在溫和條件下熱解和熱溶轉(zhuǎn)化。同時,熱解是煤氣化、液化、燃燒和焦化的初始階段,研究煤熱解過程中有機質(zhì)的釋放規(guī)律對科學(xué)調(diào)控這些煤加工過程具有重要意義。本文首先依次利用石油醚、環(huán)己烷、二硫化碳、丙酮、甲醇和等體積的丙酮/二硫化碳對白音華褐煤進行分級萃取,得到萃取物和萃余煤。再用甲醇、甲苯和等體積的甲醇/甲苯混合溶劑在350oC下依次對萃余煤進行熱溶,得到熱溶物和熱溶殘渣。利用固定床反應(yīng)器在300~700oC對白音華褐煤進行熱解,得到焦油、半焦和氣體,再對熱解半焦采用萃余煤相同方法進行熱溶得到半焦熱溶物和熱溶殘渣。利用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(GC/MS)、實時直接分析質(zhì)譜(DART-MS)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和熱重等分析方法研究了萃取物、熱溶物、焦油、萃余煤、半焦以及熱溶殘渣的組成和結(jié)構(gòu)特征。白音華褐煤在甲醇中的萃取率為7.02%,而分級萃取總收率僅為9.37%(daf),表明甲醇對白音華褐煤大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中游離的有機質(zhì)具有較好的溶解性。GC/MS分析表明,白音華褐煤石油醚萃取物中烷烴含量為56.76%,甲醇萃取物則以芳烴為主,且菲衍生物含量最高。DART-MS分析表明,各級萃取物的平均分子量在271~464 Da,等價雙鍵數(shù)(DBE)值集中在5~20。萃余煤在甲醇、甲苯和甲醇/甲苯混合溶劑中的熱溶物產(chǎn)率分別為9.29%、6.62%和5.93%,總連續(xù)熱溶的熱溶物產(chǎn)率達21.84%。熱溶物中GC/MS可檢測化合物以脂肪烴和芳烴為主,甲醇熱溶物、甲苯熱溶物和甲醇/甲苯混合溶劑熱溶物中脂肪烴和芳烴總相對含量分別為94.76%、94.58%和85.20%。DART-MS分析表明,三種溶劑熱溶物的平均分子量在433~501 Da。在熱重分析儀上考察了白音華褐煤的熱解反應(yīng)性和動力學(xué)特征。結(jié)果表明,白音華褐煤熱解過程的平均反應(yīng)級數(shù)為1.52,通過Flynn-Wall-Ozawa法和KissingerAkahira-Sunose法計算白音華褐煤非等溫?zé)峤膺^程中的平均表觀活化能分別為402.65k J/mol和413.45 k J/mol。固定床熱解實驗表明,白音華褐煤熱解轉(zhuǎn)化率和氣體產(chǎn)率隨熱解溫度升高而增加;熱解溫度低于600 o C時,熱解焦油產(chǎn)率隨溫度升高而增加,熱解溫度高于600 o C,焦油產(chǎn)率隨溫度升高有所降低。焦油的GC/MS分析表明,隨著熱解溫度的升高,焦油中酚類的相對含量增加,并以苯酚和甲基苯酚為主;焦油中烷烴/烯烴含量先增加后降低,并且烷烴從C11到C28連續(xù)分布。白音華褐煤有機質(zhì)在300-500 o C隨熱解溫度升高迅速逸出,熱解半焦的熱溶物產(chǎn)率明顯降低。與熱解焦油相反,高溫?zé)峤獍虢辜状紵崛芪镏蟹宇惢衔锖亢艿?這說明300-500 o C熱解過程中白音華褐煤大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中大量酚類化合物釋放和含氧官能團的分解。不同溫度半焦的甲苯和甲醇/甲苯混合溶劑熱溶物均以脂肪烴和芳烴為主。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ530.2

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