神木煤显微组分热解特性研究.pdf

第 “卷 第期中国矿业大学学报自然科学版 1 ; AA A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A * “ “ 文章编号B “ “ “ C D E F * “ “ “ C “ * G * C “ , 神木煤显微组分热解特性研究 孙庆雷H李文H李保庆 中国科学院 山西煤化所煤转化国家重点实验室H山西 太原“ “ “ “ 摘要B在热天平上考察了温度对神木煤显微组分热解的失重行为I红外光谱变化I半焦元素分布 以及脱硫脱氮率的影响结果表明B随热解温度升高H镜质组和惰质组在F “ “ JG “ “K出现明显 的热解失重峰H且热解失重行为相似H但镜质组失重峰温低H失重速率大H脱硫脱氮率高L与惰质 组半焦相比H镜质组半焦3含量较低H MH N含量较高在实验温度范围内H随温度升高H脂肪3 O M键和芳香醚键I 羟基等逐渐断裂分解H至G “ “K基本消失H同时半焦中3元素含量升高H MH N 含量下降H H P含量变化不大H同时温度升高也有利于提高脱硫脱氮率 关键词B煤L热解L显微组分L红外光谱L热重 中图分类号B Q , 文献标识码BR 煤在组成上存在着多样性I复杂性和不均匀 性H对煤热解过程规律的认识还有许多问题尚待解 决H因此有必要从微观层次对构成煤的单个有机显 微组分的热解反应性作进一步的研究S以前在这 方面的研究T JF U主要集中在不同显微组分挥发分 收率H焦油组成及半焦燃烧性方面H但由于不同的 研究者所研究的煤种不同H侧重点各异H所得结果 相差很大为此H本文作者以中国典型动力煤种 OO神木煤的镜质组和惰质组为研究对象H在高纯 度分离的基础上H考察了温度对神木煤镜质组和惰 质组热解的失重行为I半焦红外光谱变化I元素分 布及脱硫脱氮率的影响H以加深对显微组分热解过 程较全面的认识 V 实验部分 V V 样品 实验所用煤样为神木煤H其岩相组成分析以及 元素分析I工业分析见表 H * 表V神木煤岩相分析 W X Y Z [V W \ [] [ _ ‘ a _ X ] \ b c X Z X d X Z e f b f ‘ gh \ [ d ijc ‘ X Z 煤样 klm n 镜质组分惰质组分稳定组分矿物质 神木煤 E , D F D D“ E “ G 镜质组 D G , , , “ o“ , G 惰质组 * GD E D ““ E“ E 表p神木煤及其显微组分性质分析 W X Y Z [p q d X Z e f b f ‘ gc ‘ X Z f X i] Z [g _ ‘ i h \ [ d ij 煤样 rlm n 1 sRss 1 23s 1 2Ms 1 2N t s 1 2s 1 2Ps 1 2 u M u 3 u MvN u 3 神木煤 G F F F E F G E “ ,F G E G E D“ D E“ , F“ G ,“ D 镜质组 E F “* G D E “G o “, “ F D E “ “ “ , “ o * “ * 惰质组 E o o , F* , “G o G D o E “ E“ G ,“ , D“ , o“ G t差减法所得S 用于富集显微组分的煤样取自马家塔煤矿 w 煤层首先在该煤层中手选富镜质组和富惰质组煤 样H由于所用煤样中矿物质含量低H因此没有对煤 样进行脱矿物质处理为了使各显微组分以单体形 式存在H富镜质组和富惰质组煤样粉碎后的粒度小 于, “x y V p 热重实验 实验所用比重液为3 EMEC 3 3 ’FH 在合适的煤样 用量H比重液体积和密度及转速条件下进行条件实 验条件实验表明H在比重液比重分别为 * “ J 收稿日期B* “ “ “ “ E 基金项目B国家自然科学基金资助重点项目 * D D E “ D “ 作者简介B孙庆雷 D G E C H男H山东省博兴县人H中国科学院山西煤炭化学研究所博士生H从事煤化学基础方面的研究S 万方数据 “ 和 “ 4升温速率 7 6; 7 7“热解所得半焦 由于量太少4无法进行工业分析其元素分析采用 A B ; CD 9型元素分析仪4 分析结果见表 4并按下 式分别求出脱硫脱氮率E FGH I JKLGMJK LG N JOLG 4 F2H I JKML2MJK L2N JKL2 4 式中EF G4 F2分别为脱硫率 JK为原煤质量4 68 LG4 L2分别为原煤中硫和氮的质量分数4 P JK 为 热解半焦质量4 68 LG 4 L2分别为热解半焦中硫 和氮的质量分数4 P以上均为Q A R基S 表T不同温度下热解所得半焦的元素分析 U V W X YT U Z Y[ X \ ] V \ YV _ V X ‘ a ] a b ca Y ] d b e Yf [ g ] _ hi ‘ g b X ‘ a ] a V \ f ] c c Y g Y _ \ \ Y i Y g V \ [ g Y aLj P k 镜质组 0Q A R1Q A Rl m Q A R2Q A RGQ A R 惰质组 0Q A R1Q A Rl m Q A R2Q A RGQ A R * 7 C / q A Q p - G型p - . q仪上进 行的4测试样品采用rj B压片法在 7st A的压力 下制成直径约 66的薄片“样品与rj B比例为 u 7 7 “样 品 用 量 约 为 “*68 4在 7 7 7 7 7K 6 M范围内收集红外光谱信息4 分辨率为 K 6 M“ 为了减少测量上的误差4提高信噪比4每个 样品扫描 7次4取平均值“ u 7 7 “样品用量约为 “ *68 4在 7 7 7 7 7K 6 M范围内收集红外光谱 信息4分辨率为K 6M“为了减少测量上的误差4 提高信噪比4每个样品扫描 7次4取平均值“ v 显微组分热解的 U w x U w分析 镜质组和惰质组在 7 6; 7 7所得的- 3 y - 3曲线如图所示“ 图镜质组和 惰质组热解的- 3 y - 3曲线 p ; 8 “ - z {- 3 y - 3| } C R B C 6 | “ B C } “ ; C R ; B ; ; { A Q; { B ; ; {R B C 6 G z { 6K C A } 6C } N大4热解时芳香碳氢键断裂需要 的能量多4故而惰质组在较高的温度下才能使煤中 的内在0 M1键断裂与自由基聚合引发热解反应 进行“在- 3 y - 3曲线上表现为惰质组开始分解 温度高4失重峰小而宽4最大失重峰温向高温区移 动4热解失重率低“ T 8 “ p - / . q | { K B AC R ; B ; ; {A Q; { B ; ; { K C K { J K L MN F C D GE B G C G O E I C I D G D C N P 温度对热解半焦元素分布的影响 不同热解条件下所产生的半焦组成是挥发物 信息的一个重要来源同时对于有效控制煤中Q R 的污染提供重要信息不同热解温度下神木煤镜质 组和惰质组热解半焦元素分布以及半焦中元素收 率分布如图*所示从图*中可以看出随热解温 度升高镜质组和惰质组热解所得半焦中2 3 R Q,种元素相对含量及其半焦中元素收率分布 呈规律性变化从图* G中发现2含量随热解温度 升高而增加 3 含量随热解温度升高而减少 Q R含量随热解温度升高而略有降低 但变化很小 同时还可以看出惰质组半焦中 2含量较镜质组 高而3含量较镜质组低从图* 中可以发现随 热解温度升高半焦中3S 2和 S 2摩尔比逐渐减 少当温度到“ 0时镜质组半焦的3与2和 与2的摩尔比已降到与惰质组半焦相当的水平 这表明易分解的脂肪氢和含氧官能团主要集中在 镜质组而惰质组中的3 以缩合芳环和含氧杂 环存在的比例较镜质组高从图* T中看出该,种 元素在半焦中的实际收率均随热解温度升高而降 低这主要因为随热解温度升高热解程度加深高 3S 2 S 2比的挥发分逸出增加 由于镜质组和惰 质组中Q R主要是以噻吩9吡咯9吡啶等杂环化合 物形式存在的有机硫氮化合物其结构相当稳定 在热解过程中即使随热解温度升高也只有部分断 裂分解以挥发分形式逸出故半焦中Q R含量变 化不大从以上半焦中Q R含量还可以看出对于 神木低硫煤而言单纯的热解并不能有效的降低半 */ 中国矿业大学学报4自然科学版5第. 卷 万方数据 焦中 “ 的含量“低硫煤中硫氮的脱除需要其它更为有效的方法 图温度对显微组分热解半焦中元素 2 4 7 . * /2 , 1 2 5 , . 4 , 4 - 1 2 - 温度对热解脱硫脱氮的影响 神木镜质组和惰质组在不同终态温度下热解 脱硫脱氮率如图所示 图温度对热解半焦脱硫脱氮率的影响 L 9键和芳香醚键逐渐断裂分解“ 最后只剩下芳香稠 环的骨架振动“镜质组的9 ;及 ;比逐渐下降 并接近于惰质组总之“温度对镜质组和惰质组热 解的影响各不相同“且表现出一定的递变规律“这 可能与镜质组和惰质组的结构不同有关“其详细机 理及结构信息有待以后进一步的热解M质谱和N E ; OP研究 参考文献Q R N S T ’ ;U “V ’ - 8WX “V2 * 2 5 V; 8 2 1 2 , - 1 ’ A 2 - ’ . 4. * - 2 1 * 1 . / Y 2 1 ’ 2 Z 5 8 2 - ’ 4 1 2 - 0 6 1 . 5 6 ’ . * /2 , 1 2 5 , . 4 , 4 M - 1 2 - R [ S . 4 * 1 4 , . 4; . 2 5 , ’ 4 , R ;S b 2 ’ 6 3 2 4 Q IF 第E期孙庆雷等Q神木煤显微组分热解特性研究 万方数据 “ 1 ; - E ; “ 1 ; D . 0 - D . / . 0 , . 1 0 ; 0 E “ ED , VSW ; [ .9 C , 0 1 D ; , “ E 0 . 2 “ 0 ; 0 E “ ED’ , d 1 0 0 E D 1 ; EN 0 ; D 0 d , 1 1 2T * N B Q1 ’ ; 0 ’ “ 0 2 0 1 0 E , 1 D , D 0 0 - d 1 5* “ 0 1 D , ; 1 ; “ ; d “; “ E 0 ; D 0 2d , 1 1 “ 0 - K \ \ gH \ \h 0 0 2C D ; 0 “ 1 , d 0 f; E 0 ; D 0 2 - 0 ; 0 d , 1 10 ; “ 0 - ; “ ; “ 1 j; “ 0 ’ “ 0“ 1 “ ; 2, d 0 ’ 0 C ’ ; ; ; “ ’ “ 0 5X “; “ EN 0 ; D 0 2; “ , “ 0 2 “ . 0 . , - 0 D 1 C - C 0 1 , 5X“ ; E 0 ; D 0 - 1 D ; H \ \h2; “ . ; “ . 0 - . - ’ ; ; ’ 0 1 1 2 1 D , D 0 0 - 0 ., ; , 5 6HI 中国矿业大学学报J自然科学版L第M \卷 万方数据