淖毛湖煤熱解性能的研究

蘭文蘭 白素麗 張偉（哈密職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程系，新疆 哈密839000）

我國自然資源中煤儲量豐富，暫時處于其他能源無法替代的位置。在走可持續(xù)發(fā)展的今天，如何清潔、高效、合理地利用煤炭資源，成為我國能源利用方面面臨的主要難題[1-2]。煤熱解技術(shù)作為高效利用煤技術(shù)的一種，采用此技術(shù)來生產(chǎn)潔凈燃料，不僅是降低環(huán)境污染的有效措施，也能使煤中的化合物充分發(fā)揮其作用，提高經(jīng)濟(jì)效益[3-5]。本文以新疆淖毛湖煤為原料，旨在研究煤的熱解反應(yīng)性，為我國煤高效利用技術(shù)領(lǐng)域積累原始數(shù)據(jù)和提供科學(xué)依據(jù)，這對促進(jìn)我國煤技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

1 實驗部分

1.1 煤樣采集制備

本實驗煤樣來自新疆淖毛湖，按GB/T 482-1995《煤層煤樣采取方法》GB/T 475-1996《商品煤樣采取方法》采取，原煤依照采制樣標(biāo)準(zhǔn)程序（GB 474-2008）進(jìn)行逐級破碎、篩分，制得實驗用粒徑范圍的原煤顆粒，然后做干燥保存等預(yù)處理，用于后續(xù)實驗。

1.2 儀器與試劑

BS124-S 分析天平，DZF-60022 空氣干燥箱，玻璃干燥器，SX2-2.5-12 箱式馬弗爐，采用TQ-3A 煤炭元素分析儀,TENSOR 27 型傅立葉變換紅外光譜儀，,NETZSOH STA409PC 綜合熱分析儀，PW1700 X 射線衍射儀。溴化鉀、二甲苯、甲苯及其他試劑均為分析純。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 元素分析和工業(yè)分析

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T3 1391-2015、GB/T 212-2008）進(jìn)行煤樣的工業(yè)和元素分析，由元素分析知Cad、Had、Oad、Nad、St,ad分別為93.46%、3.98%、1.31%、1.13%、0.13%和工業(yè)分析Mad、Aad、Vad、FCad、Vdaf、FCdaf%分 別 為22.90%、4.42%、7.12%、65.56%、9.80%、90.2%可知本次實驗所用煤的特點有：水分含量高，揮發(fā)分含量低，固定碳含量高。由此可初步判斷該煤樣為變質(zhì)程度高的無煙煤。

2.2 FTIR分析

圖1 為煤樣的紅外光譜圖。由圖可知：煤樣在3400cm-1附近有吸收，吸收峰寬而強(qiáng)，為羥基吸收峰；2925 cm-1和2860 cm-1處為脂肪氫的伸縮振動；1600 cm-1，1450 cm-1和777 cm-1處有很強(qiáng)的芳環(huán)骨架振動吸收，振動類型分別為環(huán)伸縮振動，不對稱變形振動以變形振動，1600 cm-1處的振動吸收峰更強(qiáng)，說明煤的大分子骨架中存在更多的芳環(huán)結(jié)構(gòu)；1380 cm-1處為-CH3的振動吸收峰；1037 cm-1和1009 cm-1為醚鍵的強(qiáng)吸收峰，在1037 cm-1和1009 cm-1處的吸收峰是由煤樣中的灰分引起的，由于煤樣灰分含量較高，兩處的吸收峰較強(qiáng)。

圖1 煤樣的FTIR圖

2.3 灰分的XRD分析

圖2 煤樣灰分的XRD圖

圖2 是煤樣灰分的XRD 圖。通過與標(biāo)準(zhǔn)譜圖的對比和鑒定，最后確定出兩種與標(biāo)準(zhǔn)化合物匹配度非常高的化合物，分別是Ca(Al2,Fe+3)2O5和CaSO4。從圖中可以看到，樣品在2θ 為12.18°、24.41°、33.82°、47.05°、52.33°和71.27°處出現(xiàn)對應(yīng)Ca(Al2,Fe+3)2O5的衍射峰；樣品在2θ 為25.41°、31.35°、38.54°、40.78°和48.52°處出現(xiàn)對應(yīng)CaSO4的衍射峰。

2.4 TG-DTG結(jié)果

圖3 煤的TG-DTG圖

煤樣的TG-DTG 曲線如圖3 所示。從曲線可以看出，該煤樣煤的熱解過程分為3個階段，第一階段為200℃以下，此時煤樣的失重率為18%，此階段DTG 曲線在80℃出現(xiàn)失重速率的最大峰。這是由于吸附在煤孔隙結(jié)構(gòu)中的水和小分子氣體以及部分官能團(tuán)裂解產(chǎn)生的氣體的逸出，揮發(fā)產(chǎn)物主要包括H2O、CH4、CO2、N2等，即失水脫氣階段。第二階段為200～600℃，煤樣的TG曲線陡然下降，總失重率達(dá)到50%左右，此階段煤的熱解最為劇烈，DTG 曲線在450℃左右出現(xiàn)第二次失重速率的最大峰。在這個階段煤經(jīng)過軟化、熔融、膨脹，主要發(fā)生煤的分解、解聚反應(yīng)，生成了大量相對分子質(zhì)量較小的的氣相組分（CH4、H2、不飽和烴等）和相對分子量較大的黏稠的液相組分，同時此階段煤的焦油量達(dá)到最大。第三階段為600～1000℃，TG 和DTG 曲線都呈現(xiàn)下降趨勢。此階段主要發(fā)生縮聚反應(yīng)，二次氣體（CH4、H2）釋放，半焦縮聚為焦炭。

3 結(jié)語

（1）水分含量高，揮發(fā)分含量低，固定碳含量高，煤樣的變質(zhì)程度較高，判斷該煤樣為無煙煤。

（2）煤樣灰分主要成分是Ca(Al2,Fe+3)2O5和CaSO4。

（3）煤樣熱解按照溫度分為200℃以下、200～600℃、600～1000℃3個階段。第一階段為失水脫氣階段；第二階段為煤強(qiáng)熱解階段，第三階段為半焦縮聚反應(yīng)階段。