蘭文蘭 白素麗 張偉(哈密職業(yè)技術學院，新疆 哈密 839000)

0 引言

我國煤炭資源豐富[1]，如何高效的利用煤炭一直是一個備受關注的研究課題。氣化和熱解是比較成熟的煤炭利用工藝[2-6]。文章以新疆三塘湖的煤樣開展實驗研究，旨在研究煤的熱解反應性，根據煤樣的特點優(yōu)化反應路線，使煤高效利用，增加經濟效益。

1 實驗部分

1.1 煤樣采集制備

在此次試驗之前，主要從新疆三塘湖獲取煤樣，在這一過程中，不僅要遵循GB/T 475—1996《商品煤樣采取方法》的標準，也要符合GB/T 474—2008 中的標準。

1.2 儀器與試劑

主要應用到了以下儀器，如表1。

主要應用了以下試劑，如表2。

表1 實驗儀器

表2 實驗試劑

2 實驗結果與討論

2.1 元素分析和工業(yè)分析

通過分析煤樣的元素組成可知，主要包括以下幾種元素： Cad、Had、Oad、Nad、St,ad所 占 比 重 依 次 為 51.250%、4.071%、43.594%、0.631%、0.454%；工業(yè)分析結果： Mad、Aad、Vad、FCad、Vdaf分別為 11.755%、13.405%、34.405%、40.435%、41.095%。所以，所用煤主要有以下特點：具有較高的水分含量；具有較高的灰分含量，揮發(fā)份很多，但是只有很少的固定碳。由此可知，在煤炭中，含氧基團所占比重較大，但是含氮基團所占比重很小、且有很少量的硫分。由此可初步判斷該煤樣為變質程度低的褐煤，發(fā)熱量較低。

2.2 FTIR分析

如圖1，為煤樣的紅外光譜圖。通過分析得知：在 4000～400cm-1區(qū)間中，煤樣共有 6 個明顯的吸收峰：波數為 467cm-1處吸收峰對應的管能團應為有機鹵化物與碳的伸縮吸收。在波數 537cm-1的位置，吸收峰對應著脂肪醛這一官能團。在波數 775cm-1的位置，吸收峰對應著烯烴類這一官能團，在波數1378cm-1的位置，對應著NO2鍵；在波數1581cm-1的位置，對應著不定 N=N—；在波數 3356cm-1的位置，對應著游離 OH 這一官能團，采用的是伸縮振動的方式。由以上數據可得出以下結論：該煤樣中含有較多的有機鹵化物、脂肪醛、烯烴、—NO2鍵、不定—N=N 鍵、游離羥基、 醚鍵等。說明該煤樣的結構是以芳香環(huán)為主的密集大分子結構，煤階較低。

圖1 煤樣的FTIR圖

2.3 灰分的XRD分析

煤樣灰分的XRD 圖見圖2 。由圖2 可見，煤樣灰分包含以下幾種成分，例如，SiO2、CaO 、Fe2O3等等。當2θ 分別為 12.1°、23.4°、25.8°、33.6°時，存在SiO2的衍射峰，由此可知，區(qū)中含有較多的SiO2，且在 25.8°位置，衍射峰屬于最高峰，表明它缺乏較高的晶體化水平。由此可知煤樣中含有較多的硅酸鹽化合物。在 2θ 為 21.3°、24.2°、32.20°處出現(xiàn) CaSiO3對應的衍射峰且峰數量較多，說明樣品中CaSiO3的含量較高且結晶性較好。在2θ 為 27.6°、32.1°、37.2°、46.8 處出現(xiàn)CaO 對應的衍射峰并且峰形較寬，說明樣品中CaO 的含量較高。在 2θ 為39.2°、50.1°的位置，F(xiàn)e2O3的衍射峰很低，由此可知，其中缺乏較高的Fe2O3含量，并且缺乏較高的結晶性。

圖2 煤樣灰分的XRD圖

2.4 TG-DTG結果

如圖3 為煤樣的TG-DTG 曲線。通過分析上圖可知，在煤樣熱失重過程中，主要經歷以下四個階段：當溫度不超過180℃時，質量減小的很快，在這一階段中，外在水分蒸發(fā)很快，且脫除掉大量的吸附氣體，失重率大約為 12%；這說明煤中水分含量多，與工業(yè)分析數據相符；在 180～350℃溫度范圍內，質量降低較慢，這一階段的失重率 8%，此階段主要是煤的揮發(fā)分脫出，放出的氣體主要是 CO2、CH4、N2等；當溫度介于350～700℃時，樣品質量減小的很快，在400℃時，具有最大的失重速率，正經歷強烈熱解階段，此時屬于失重階段，失重率大約為 22% ，在這一過程中，發(fā)生了解聚反應，得到了焦油等物質，且最終煤成為半焦狀態(tài)；當溫度超過700℃時，其質量變得越來越差，此時主要發(fā)生的是半焦的縮聚反應，幾乎不產生焦油，對應失重 10%；在整個實驗過程室溫～1000℃溫度范圍內，樣品總失重約 52%。

圖3 煤的TG-DTG圖

3 結語

(1)煤樣粘結性較強，含碳量與發(fā)熱量不是很高，煤樣中含有較多有機鹵化物，脂肪類有機物，醇羥基、酚羥基和醚鍵，煤樣基本不會變質，且揮發(fā)出很多有機類物質，最終確定為褐煤。

(2)煤樣主要包含以下成分，例如，SiO2、CaO、 Fe2O3等。

(3)煤樣熱解按照溫度分為室溫-180℃、180～350℃、350～700℃、700～850℃四個階段。在第一階段中，主要蒸發(fā)掉外在水分，且脫除吸附氣體；接下來就是脫除揮發(fā)分，然后發(fā)生強熱解反應；最后發(fā)生半焦縮聚反應。