煤質(zhì)結(jié)構(gòu)及氣化活性研究.pdf

1、貴州的煤高灰熔點(diǎn)、高灰分、高硫分同時(shí)含的金屬元素雜質(zhì)較多,煤的氣化效率低，對于不同變質(zhì)程度的貴州煤，各種煤的官能團(tuán)，大分子結(jié)構(gòu)以及小分子間的分子作用力都是不同的，因此，需要從結(jié)構(gòu)上研究貴州煤的特性，以便于貴州煤的潔凈利用和高效轉(zhuǎn)化。
　　本文研究了貴州桐梓無煙煤、貴陽無煙煤以及六盤水紅旗煙煤、小河橋煙煤，然后對選取的四個(gè)貴州煤樣進(jìn)行了工業(yè)分析和元素分析、13C-NMR、XRD、IR等一系列分析，并在固定床反應(yīng)器上測試了它們的CO2

2、氣化活性，得出以下結(jié)論：
　　1.通過利用掃描電鏡/能譜法、X射線衍射法、傅里葉紅外光譜、X射線光電子能譜、固體13C核磁共振對實(shí)驗(yàn)煤樣進(jìn)行了測定，得到各種煤中元素半定量結(jié)果、微晶結(jié)構(gòu)參數(shù)、官能團(tuán)、原子（主要包括 C、O、N、S）價(jià)態(tài)及含量、碳原子分布以及芳香度等信息，發(fā)現(xiàn)各種煤的微晶結(jié)構(gòu)參數(shù)、官能團(tuán)、原子（主要包括 C、O、N、S）價(jià)態(tài)及含量、碳原子分布以及芳香度均有明顯的不同，說明不同的煤中這些結(jié)構(gòu)參數(shù)各有其特點(diǎn)。
　　

3、2.利用分析檢測的數(shù)據(jù)，使用chemoffice2004軟件繪制出各種煤的結(jié)構(gòu)模型，TZ、GY、HQ、XHQ煤的模型分子式分別為C136H76O16N2S、C138H102O22N2S3、C136H100O29N2、C121H74O25N2，構(gòu)建的模型的各項(xiàng)元素組成與測試值都很接近。
　　3.利用MaterialsStudio6.0軟件對得到的各種煤樣的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了優(yōu)化，通過幾何優(yōu)化和能量最小化模擬后，使得煤的結(jié)構(gòu)模型更加合理。

4、構(gòu)建的結(jié)構(gòu)模型顯示TZ、GY、HQ、XHQ煤的結(jié)構(gòu)中芳香碳原子的存在形式主要以萘、蒽和芘的形式存在,少量以含雜原子環(huán)的形式存在，脂肪碳在結(jié)構(gòu)中主要起到連接芳香結(jié)構(gòu)單元的作用，氧主要是以酚羥基和羰基的形式存在,同時(shí)還有少量的羧基，可能為風(fēng)化作用所致，氮主要是以吡啶和吡咯的形式存在，說明這兩種形式在煤中比較穩(wěn)定，硫主要是以硫醇硫醚和噻吩型硫的形式存在。
　　4.在自行設(shè)計(jì)的固定床反應(yīng)器中對四種貴州煤及其酸洗煤樣進(jìn)行 CO2氣化活性測定

5、，同時(shí)結(jié)合XRD分析數(shù)據(jù)和建立的煤的結(jié)構(gòu)模型，研究煤的結(jié)構(gòu)模型與氣化活性差異的原因，在實(shí)驗(yàn)的溫度段中，反應(yīng)溫度越高，煤的氣化活性越高，在1150℃時(shí)，四個(gè)煤樣的氣化活性達(dá)到最大，TZ、GY、HQ、XHQ煤焦的CO2氣化活性分別可達(dá)到40.8％、42%、48.4%、50%，TZ、GY、HQ、XHQ酸洗煤焦的CO2氣化活性分別可達(dá)到35.6%、38.7%、45%、46.2%，說明降低灰分含量后煤的 CO2氣化活性有小幅度的下降，適量的灰分對

6、煤的氣化有一定的促進(jìn)作用。在相同反應(yīng)溫度下，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，四個(gè)煤樣的氣化活性都有小幅度的下降。
　　通過分析950℃、1050℃、1150℃條件下各種煤焦的XRD圖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在高溫下，CaO易與其他礦物質(zhì)在一起發(fā)生低溫共熔現(xiàn)象，降低了煤灰熔點(diǎn)。XRD圖中顯示在高溫下有少量的比較復(fù)雜的硅鋁化合物形成，這些硅鋁化合物提高了煤的灰熔點(diǎn)，會降低煤氣化的效率。
　　酚羥基在加熱過程中可以生成甲烷、苯和一氧化碳，對生成一氧化碳會有阻礙