淖毛湖煤熱解性能的研究

蘭文蘭 白素麗 張偉（哈密職業技術學院 化學工程系，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。在走可持續發展的今天，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]。煤熱解技術作為高效利用煤技術的一種，采用此技術來生產潔凈燃料，不僅是降低環境污染的有效措施，也能使煤中的化合物充分發揮其作用，提高經濟效益[3-5]。本文以新疆淖毛湖煤為原料，旨在研究煤的熱解反應性，為我國煤高效利用技術領域積累原始數據和提供科學依據，這對促進我國煤技術的發展具有重要意義。

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，原煤依照采制樣標準程序（GB 474-2008）進行逐級破碎、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處理，用于后續實驗。

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 實驗結果與討論

2.1 元素分析和工業分析

根據國家標準（GB/T3 1391-2015、GB/T 212-2008）進行煤樣的工業和元素分析，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，揮發分含量低，固定碳含量高。由此可初步判斷該煤樣為變質程度高的無煙煤。

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，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處有很強的芳環骨架振動吸收，振動類型分別為環伸縮振動，不對稱變形振動以變形振動，1600 cm-1處的振動吸收峰更強，說明煤的大分子骨架中存在更多的芳環結構；1380 cm-1處為-CH3的振動吸收峰；1037 cm-1和1009 cm-1為醚鍵的強吸收峰，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。

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。通過與標準譜圖的對比和鑒定，最后確定出兩種與標準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°處出現對應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°處出現對應CaSO4的衍射峰。

2.4 TG-DTG結果

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℃出現失重速率的最大峰。這是由于吸附在煤孔隙結構中的水和小分子氣體以及部分官能團裂解產生的氣體的逸出，揮發產物主要包括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，總失重率達到50%左右，此階段煤的熱解最為劇烈，DTG 曲線在450℃左右出現第二次失重速率的最大峰。在這個階段煤經過軟化、熔融、膨脹，主要發生煤的分解、解聚反應，生成了大量相對分子質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到最大。第三階段為600～1000℃，TG 和DTG 曲線都呈現下降趨勢。此階段主要發生縮聚反應，二次氣體（CH4、H2）釋放，半焦縮聚為焦炭。

3 結語

（1）水分含量高，揮發分含量低，固定碳含量高，煤樣的變質程度較高，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；第二階段為煤強熱解階段，第三階段為半焦縮聚反應階段。