不同变质程度煤在胶质体阶段的碳结构演变探究

作     者：许恒光 田露 戚悦昕 徐秀丽 窦金孝 余江龙 

作者机构：辽宁科技大学辽宁省先进煤焦化重点实验室 中钢集团鞍山热能研究院有限公司 

出 版 物：《低碳化学与化工》 (LOW-CARBON CHEMISTRY AND CHEMICAL ENGINEERING)

年 卷 期：2024年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(22078141,22378180) 辽宁省“揭榜挂帅”重点项目(2022JH1/10800065) 辽宁省教育厅面上项目揭榜挂帅服务地方项目(JYTMS20230960) 

主　　题：煤热解 胶质层 傅立叶变换红外光谱 X射线衍射 碳结构 

摘      要：煤炭清洁高效利用对实现双碳目标具有重要意义。利用自制焦炉对5种炼焦煤（观音堂焦煤、马头焦煤、五沟肥煤、萧县肥煤和兖州西气煤）进行热解成焦，并提取了不同温度段的煤样。结合傅立叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）等表征手段对煤样的碳结构进行了探究。FTIR结果显示，5种原煤的芳香结构以苯环二取代和四取代为主，相对含量均达到50%以上，随着温度升高5种煤样的苯环二取代相对含量均有不同程度降低，而苯环四取代和五取代相对含量变化则呈现两段性。5种原煤的脂肪结构以甲基和亚甲基为主，随温度升高，观音堂焦煤、马头焦煤、五沟肥煤和萧县肥煤中的亚甲基相对含量分别降低了18.85%、13.75%、16.50%和12.65%，而兖州西气煤的亚甲基相对含量在450℃达到最低，其次甲基相对含量在450℃后迅速从42.11%降低至22.87%。计算了5种煤样的FTIR结构参数，发现450～550℃阶段煤样的芳碳率、芳氢率均明显增加，脂肪支链长度迅速下降。XRD结果显示，随着温度升高，焦煤和肥煤的层间距减小至0.344～0.346 mm，而气煤的层间距只降低了0.007 nm,5种煤样的横向尺寸呈现先降低后增加的趋势，而堆垛高度则呈现增加的趋势。焦煤和肥煤的碳结构参数变化明显，焦煤的芳香度提高至0.82左右，肥煤的提高至0.73左右，而气煤的芳香度仅有0.57。