中國西部弱還原性煤熱化學(xué)轉(zhuǎn)化特性基礎(chǔ)研究.pdf

1、在今后相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，煤炭仍將是我國的主要能源。西部開發(fā)是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)，而煤炭又是西部地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)，針對西部煤所具有的結(jié)構(gòu)特征對其熱化學(xué)轉(zhuǎn)化特性進(jìn)行研究，對于西部煤炭資源的開發(fā)利用具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文選取新疆哈密、寧夏靈武、神東三種西部煤作為研究對象，系統(tǒng)研究了這些惰質(zhì)組分含量較高煤的結(jié)構(gòu)特征以及熱解、氣化、燃燒反應(yīng)性，并與強(qiáng)還原性的中部平朔煤進(jìn)行了比較；還通過去離子水洗、單酸洗、混酸洗逐級脫除

2、煤中的內(nèi)在礦物質(zhì)，考查了內(nèi)在以及外加礦物質(zhì)對煤熱化學(xué)轉(zhuǎn)化特性的影響。得到以下主要結(jié)論：
　　 1)三種西部煤具有弱還原性煤的特征，而中部平朔煤具有較強(qiáng)的還原性特征。弱還原性煤具有較高的惰質(zhì)組分和O含量，較低的揮發(fā)份、灰分以及H/C原子比；弱還原性煤惰質(zhì)組中的C含量高于鏡質(zhì)組，H/C以及O/C原子比低于鏡質(zhì)組；而強(qiáng)還原性煤惰質(zhì)組中的C含量以及H/C原子比低于鏡質(zhì)組，O/C原子比高于鏡質(zhì)組。弱還原性煤灰分中含有較高的Fe2O3、Ca

3、O、MgO和Na2O，較低的SiO2和Al2O3；而強(qiáng)還原性煤中SiO2和Al2O3含量較高。西部煤大多屬于不黏煤或弱黏煤，而平朔煤屬于粘結(jié)性煤。隨著煤中惰質(zhì)組分含量的增加，芳碳率及平均縮合環(huán)數(shù)增加；惰質(zhì)組中芳香微晶結(jié)構(gòu)單元較大，芳香層片在空間的排列更加規(guī)整，相互定向程度也優(yōu)于鏡質(zhì)組。隨著熱處理溫度的升高，煤的微晶結(jié)構(gòu)漸趨規(guī)整。
　　 2)提出了判斷煤還原程度強(qiáng)弱的經(jīng)驗式k=I[％]×0.8+O％+Rz-H[％]×10為定量判斷

4、煤還原程度的相對強(qiáng)弱提供了依據(jù)。
　　 3)煤中惰質(zhì)組含量越高，其熱解反應(yīng)性越低。高溫下弱還原性煤的二次熱解反應(yīng)性明顯高于強(qiáng)還原性的平朔煤，促進(jìn)了大量含氧氣體的釋放。弱還原性煤熱解時生成的含氧氣體較多，含氫氣體較少，且煤中惰質(zhì)組分越多，含氧氣體的釋放量就越多；弱還原性煤鏡質(zhì)組熱解釋放的含氧氣體量也高于強(qiáng)還原性煤。煤熱解過程中含氫以及含氧氣體的釋放量與煤中氫、氧元素的含量相一致。隨熱解溫度的升高，氣相產(chǎn)物中含氫、含氧氣體的釋放呈現(xiàn)

5、出規(guī)律性的變化，存在一個釋放溫區(qū)，CO為300-900 ℃，CO2為200-800 ℃，H2為500-900 ℃，CH4為400-800 ℃，C2以上烴類氣體為400-600 ℃.
　　 4)西部弱還原性煤焦的氣化反應(yīng)性高于強(qiáng)還原性的平朔煤焦；弱還原性煤惰質(zhì)組分焦的氣化反應(yīng)性高于鏡質(zhì)組分焦，這與強(qiáng)還原性煤顯微組分焦的氣化反應(yīng)性相反。煤焦的氣化反應(yīng)性與煤的亞顯微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，惰質(zhì)組中，絲質(zhì)組與半絲質(zhì)組含量越高，焦的氣化反應(yīng)性越強(qiáng)；

6、鏡質(zhì)組中，均質(zhì)膠質(zhì)體與基質(zhì)膠質(zhì)體含量越高，焦的氣化反應(yīng)性越弱。惰質(zhì)組和鏡質(zhì)組之間存在協(xié)同作用，合適的惰質(zhì)組分含量能夠增加樣品焦的氣化反應(yīng)性。與強(qiáng)還原性煤相比，西部煤氣化反應(yīng)能夠生成大量的H2和CO，但CH4的生成量較少。未反應(yīng)收縮核模型非常適于描述弱還原性煤焦的氣化反應(yīng)機(jī)理，由此得到的表觀活化能基本能夠反映煤焦的氣化反應(yīng)性。
　　 5)煤的燃燒反應(yīng)性隨煤中惰質(zhì)組分含量的增加而增強(qiáng)。西部弱還原性煤的燃燒反應(yīng)性高于強(qiáng)還原性的平朔煤。

7、升溫速率增大，煤的燃燒反應(yīng)性增加；O/C質(zhì)量比降低，煤的可燃性下降；實(shí)驗用樣量增多，最大燃燒速率溫度和燃盡溫度升高，最大燃燒速率下降，點(diǎn)火溫度幾乎不變；樣品粒徑減小，最大燃燒速率增大，但最終失重量變化不大；未反應(yīng)收縮核模型也適于描述弱還原性煤的燃燒機(jī)理，由此得到的表觀活化能基本能夠反映煤的燃燒特性。
　　 6)硅鋁酸鹽阻礙煤的熱解；堿土金屬及過渡金屬鹽類促進(jìn)弱還原性煤的熱解，水溶性的部分鹽類阻礙弱還原性煤的熱解，后兩類鹽對強(qiáng)還原

8、性平朔煤的熱解作用不明顯。堿土金屬及過渡金屬鹽類促進(jìn)煤熱解產(chǎn)生含氧氣體，阻礙弱還原性煤熱解生成含氫氣體，促進(jìn)強(qiáng)還原性煤熱解生成含氫氣體；硅鋁酸鹽促進(jìn)弱還原性煤熱解生成含氧氣體，阻礙生成含氫氣體，而對于強(qiáng)還原性煤熱解的作用正好相反。外加鈣對煤的熱解具有促進(jìn)作用，主要促進(jìn)煤熱解生成H2、CO和CO2。外加鈉對煤熱解的作用與煤的種類以及鈉的添加量有關(guān)。鈉的加入，促進(jìn)煤熱解生成H2和CO2，阻礙西部煤熱解生成CH4和CO，促進(jìn)強(qiáng)還原性煤熱解生成