煤焦結(jié)構(gòu)與化學(xué)反應(yīng)性之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本論文的研究目的是從煤焦微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，研究不同熱處理溫度下生成煤焦微觀結(jié)構(gòu)的變化及其對(duì)燃燒和氣化反應(yīng)特性的影響。在研究過(guò)程中采用實(shí)驗(yàn)研究的方法，應(yīng)用多種先進(jìn)的特性測(cè)試分析儀器和技術(shù)，對(duì)煤焦的微觀結(jié)構(gòu)和表面特性進(jìn)行定性和定量的分析和表征，同時(shí)對(duì)煤焦與O2、CO2和NO反應(yīng)的反應(yīng)性進(jìn)行了測(cè)量，并將煤焦微觀結(jié)構(gòu)與其反應(yīng)性相關(guān)聯(lián)，研究了熱處理過(guò)程中煤焦微觀結(jié)構(gòu)的變化與其反應(yīng)性之間的內(nèi)在關(guān)系及其規(guī)律性，以及制焦條件、煤的特性對(duì)煤焦結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性的影

2、響。
　　 對(duì)煤焦微觀結(jié)構(gòu)隨熱處理溫度演變的研究表明，隨著熱處理溫度的升高，煤焦縱向上相鄰芳香單元之間晶面間距d002呈減小趨勢(shì)，平均堆積高度Lc、晶體直徑La和晶層數(shù)目Nc均呈增大趨勢(shì)，表明煤焦微晶結(jié)構(gòu)晶層間的距離減小了，結(jié)構(gòu)變得致密有序了，并且晶格自身也發(fā)生了內(nèi)部的變化和生長(zhǎng)；在1073 K前后，Raman特征峰積分面積比ID1/IG、ID2/IG和IG/IALL有著相反的變化趨勢(shì)；ID1/IG、ID3/IG的減小和IG/I

3、ALL的增大表明，煤焦中的缺陷結(jié)構(gòu)和無(wú)序結(jié)構(gòu)隨著熱處理溫度的升高而不斷消除，煤焦?jié)u漸開(kāi)始石墨化；含氧官能團(tuán)相對(duì)含量AOH/Aarom和ACOOH/Aarom均隨熱處理溫度的升高而減小，即煤焦燃燒和氣化反應(yīng)進(jìn)行的活性原子和官能團(tuán)減小；在1073 K前后，煤焦的BET比表面積和孔平均尺寸也表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，比表面積與孔尺寸有著密切的關(guān)系，孔尺寸的逐漸增大使得比表面積減小。
　　 對(duì)煤焦燃燒、CO2氣化和NO氣化反應(yīng)性隨熱處理溫度演變

4、的研究表明，隨著熱處理溫度的升高，煤焦三種反應(yīng)的反應(yīng)性指數(shù)和活化能均出現(xiàn)增大的趨勢(shì)，即反應(yīng)越來(lái)越難進(jìn)行，煤焦的反應(yīng)性越來(lái)越差；煤焦的燃燒、CO2氣化和NO氣化三種反應(yīng)的表觀反應(yīng)速率常數(shù)k表出不同的變化趨勢(shì)，而本征反應(yīng)速率常數(shù)k0的變化趨勢(shì)基本相近，說(shuō)明參與三種反應(yīng)的活性位不同導(dǎo)致了它們表觀反應(yīng)速率常數(shù)k變化趨勢(shì)的差異。不同煤種煤焦中的礦物質(zhì)對(duì)煤焦的燃燒和CO2氣化反應(yīng)的催化作用不同，同煤種煤焦中的礦物質(zhì)對(duì)煤焦與三種氣體反應(yīng)的催化作用也不

5、同，并且隨著熱處理溫度的升高，對(duì)煤焦與同種氣體反應(yīng)的催化作用也會(huì)改變。
　　 將煤焦微觀結(jié)構(gòu)與其反應(yīng)性關(guān)聯(lián)的結(jié)果表明，隨著熱處理溫度的升高（尤其是在溫度高于1073 K之后），煤焦的比表面積和表面含氧官能團(tuán)的減少，代表煤焦可進(jìn)行燃燒和氣化反應(yīng)的表面積越來(lái)越小，反應(yīng)中的活性官能團(tuán)的數(shù)量越來(lái)越少，所以反應(yīng)性就會(huì)下降；同時(shí)，隨著熱處理溫度的升高，煤焦縱向上相鄰芳香單元之間晶面層間距（d002）和Raman特征峰積分面積比如ID1/IG

6、、ID2/IG、ID3/IG減小，平均堆積高度（Lc）、晶體直徑（La）以及Raman特征峰積分面積比IG/IALL增大，表明煤焦中的缺陷和無(wú)序結(jié)構(gòu)在微晶結(jié)構(gòu)的縱向相鄰芳香單元的接合過(guò)程中不斷消除，碳結(jié)構(gòu)排列越來(lái)越有序化，微晶尺寸也越來(lái)越大，這些有序結(jié)構(gòu)的活性較低，導(dǎo)致了煤焦燃燒和氣化反應(yīng)性的降低。煤焦的Raman參數(shù)ID1/IG、IG/IALL和ID3/（IG+ID2+ID3）與三種反應(yīng)的反應(yīng)性指數(shù)之間具有較好的線性關(guān)系：在低溫段，煤