低温氧化对褐煤微波热解行为的影响

作     者：张子鑫 

作者单位：辽宁科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：余江龙

授予年度：2018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] 

主      题：褐煤 低温氧化 微波热解 焦油 酚类化合物 

摘      要：我国煤炭资源较为丰富,其中褐煤资源占约占煤炭资源14%。褐煤反应活性高,易在运输和储藏时被氧化,其化学结构会因此发生改变。褐煤热解技术是清洁高效开发利用低阶煤炭资源的重要手段。因此褐煤低温氧化对煤清洁利用及研究高附加值精细化学品生成机理等发展提供理论依据。本论文在四个氧化温度(分别为20、40、60和80 oC)条件下使用双氧水氧化海拉尔褐煤,利用工业分析、元素分析、X射线光电子(XPS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)以及13C核磁共振(13C NMR)等表征手段表征褐煤氧化前后物理化学结变化规律。并利用微波热解炉对原煤和氧化褐煤微波热解进行了较为系统的实验研究。选取三种不同种类吸波剂碳化硅(Si C)、活性炭(AC)和四氧化三铁(Fe3O4),考察了热解温度、褐煤氧化温度和吸波剂种类等实验参数对热解产物产率及特性的影响。借助扫描电子显微镜(SEM)分析了热解温度对半焦表面形貌的影响,利用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)与气相色谱(GC)对液体产物焦油及气体产物组成成分进行分析。实验结果表明:褐煤经过双氧水氧化后氧元素和挥发分的含量较高,化学结构中脂肪结构数量较低,羰基(C=O)和羧基(COOH)结构数量较多。20 oC氧化褐煤芳香醚(Ar-O)结构数量较多。氧化温度越高,褐煤热解越完全,挥发分产率越高。气体与焦油的产率随着热解温度升高而增加。对焦油GC-MS结果进行系统分析可知,碳化硅为吸波剂,热解温度为600oC时,20oC氧化褐煤焦油中酚类化合物达到最大值22.3%;对气体产物进行GC分析可知,低温氧化会促进热解气体中CO和CO2生成,当活性炭为吸波剂时,气体产物中CO2含量较高;当吸波剂为碳化硅时,气体产物中H2含量较高;当吸波剂为Fe3O4时,气体产物中CO含量较高。