【摘要】：褐煤的自燃與其組成及化學(xué)結(jié)構(gòu)密切相關(guān),深化對(duì)褐煤組成及化學(xué)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí),對(duì)抑制褐煤的自燃及安全高效利用具有重要的指導(dǎo)意義。本文選用錫林郭勒的勝利褐煤作為研究對(duì)象,利用鹽酸及氫氟酸脫除其所含礦物質(zhì),并對(duì)原煤、脫礦煤及不同溫度熱解煤進(jìn)行NaOH處理,同時(shí)對(duì)NaOH處理后的脫礦煤進(jìn)行熱解處理,利用SEM-EDS、XRD、Raman、FT-IR和XPS等方法對(duì)所制備煤樣進(jìn)行了表征,考察了NaOH處理過程中鈉與煤中含氧官能團(tuán)的結(jié)合形式及煤樣微結(jié)構(gòu)的變化,并利用熱重分析儀研究了NaOH處理煤樣的燃燒反應(yīng)性能。同時(shí),選用結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的均苯三甲酸和氧化石墨作為煤的模型化合物,以進(jìn)一步解析鈉與煤中含氧官能團(tuán)的結(jié)合形式對(duì)煤燃燒性能的影響。具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:(1)NaOH處理對(duì)勝利褐煤結(jié)構(gòu)和燃燒性能有較大影響。不同濃度NaOH處理后勝利褐煤均出現(xiàn)了燃燒滯后現(xiàn)象,且隨著NaOH處理濃度的增大,燃燒滯后現(xiàn)象越明顯,同時(shí)煤中羧基結(jié)構(gòu)逐漸減少。(2)將勝利脫礦煤在不同溫度下熱解后進(jìn)行NaOH處理,當(dāng)熱解溫度低于400℃時(shí),其燃燒反應(yīng)性能出現(xiàn)滯后現(xiàn)象,鈉與煤中的羧基官能團(tuán)形成類羧酸鹽結(jié)構(gòu)。當(dāng)熱解溫度大于400℃時(shí),其燃燒滯后現(xiàn)象消失。進(jìn)一步考察NaOH處理脫礦煤時(shí)發(fā)現(xiàn),其燃燒反應(yīng)性能同樣出現(xiàn)明顯的滯后現(xiàn)象。FTIR表征結(jié)果表明,NaOH處理的脫礦褐煤中鈉與羧基官能團(tuán)結(jié)合為羧酸鹽,這種結(jié)構(gòu)的形成有效的抑制了褐煤的燃燒反應(yīng)性能。將NaOH處理后的脫礦煤進(jìn)行不同溫度的熱解處理,結(jié)果表明,隨著熱解溫度的升高,形成的羧酸鈉結(jié)構(gòu)逐漸向碳酸鈉結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。褐煤中鈉結(jié)合方式的改變直接影響其燃燒性能。(3)用NaOH處理模型化合物氧化石墨及其不同溫度熱解焦,以考察鈉在其中的主要存在形式及其燃燒反應(yīng)性能。結(jié)果表明,氧化石墨經(jīng)過NaOH處理,其燃燒反應(yīng)性能沒有明顯的滯后現(xiàn)象。不同溫度熱解焦經(jīng)過NaOH處理,其燃燒反應(yīng)性能出現(xiàn)明顯的滯后現(xiàn)象,而FTIR表征中表明有羧酸鈉的存在。用不同濃度的NaOH處理模型化合物均苯三甲酸,其結(jié)果與不同濃度的NaOH處理褐煤原煤相似,并根據(jù)均苯三甲酸NaOH處理后的反應(yīng)結(jié)構(gòu)關(guān)系,推測(cè)出NaOH處理后勝利褐煤的燃燒反應(yīng)過程與可能的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)關(guān)系。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ530
【圖文】：

1.1.1 褐煤的結(jié)構(gòu)褐煤，又稱柴煤，外表褐色，是泥炭成巖后得到的一種具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)的低階煤，是煤化程度最低的煤種。褐煤具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，見圖1-1，其主要由三維高分子網(wǎng)絡(luò)，各種小分子有機(jī)物和無機(jī)材料組成。褐煤具有含水量高，空隙發(fā)達(dá)，揮發(fā)物含量高，含氧量高[9-11]的特點(diǎn)。褐煤的含氧組分中，含氧官能團(tuán)對(duì)其燃燒性能影響很大。褐煤中的含氧官能團(tuán)有-C=O、-COOH、ROH、ArOH等類型[12]，其中主要的官能團(tuán)為-COOH和-OH，較高的-COOH含量是褐煤的一個(gè)典型特性，褐煤中

圖 1-2 煤自燃發(fā)展過程Fig.1-2 Coal spontaneous combustion process理人 Plot[29]寫出了探討煤自燃起因的文章，那是人人們提出了多種假說來解釋褐煤的自燃過程[30]煤氧化作用假說[31-32]。煤氧化作用假說認(rèn)為原始發(fā)生氧化并產(chǎn)生熱量，當(dāng)具備適宜的儲(chǔ)熱條件時(shí)假說還不能從微觀角度解釋煤自燃過程中的一氧，醛等氣體成分是如何產(chǎn)生的，因而無法揭示煤揭示煤氧化過程中的一氧化碳，二氧化碳等產(chǎn)雙平行反應(yīng)模型。即煤氧接觸的直接氧化反應(yīng)和。Itay[34]等提出煤自燃過程僅包括一個(gè)連續(xù)的氧絡(luò)合物，隨后，這些絡(luò)合物分解，生成不同種類燃的研究進(jìn)展

圖 2-1 TG-DTG 法示意圖Figure 2-1 Demonstrations of TG-DTG method曲線的研究中，使用燃燒穩(wěn)定性判別指數(shù)（Rw）[62]來衡。定義如式（2-1）所示：ipipwTTdxdtdxdtTTRmax7max(/)8.5875100.00582655763(/) 655：碳粉的起燃溫度，℃；763：碳粉達(dá)到最大燃燒反；0.00582：碳粉的最大燃燒失重速率，S-1；Ti：煤樣的起燃燒失重速率對(duì)應(yīng)的溫度，℃；(dx/dt)max：煤樣的最大失重于熱重分析儀中采用恒定的載氣流量，且燃燒反應(yīng)的樣壓的變化，為方便比較和計(jì)算，采用簡(jiǎn)單的均相反應(yīng)動(dòng)力[62,63,64]： kfxdtdx 守 Arrhenius 定律： k Aexp E/RT

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 周劍林;王永剛;黃鑫;張書;林雄超;;低階煤中含氧官能團(tuán)分布的研究[J];燃料化學(xué)學(xué)報(bào);2013年02期

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本文編號(hào)：2784256