低變質煤結構分析及其與熱解焦油產率關聯性研究

白 翔，鄒 達，馬鳳云，劉景梅，鐘 梅

(1.伊犁師范大學 化學與環境科學學院，新疆 伊寧 835000;2.新疆大學 化學化工學院，新疆 烏魯木齊 830046; 3.新疆維吾爾自治區煤炭清潔轉化與化工過程重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830046)

0 引 言

煤中有機大分子結構官能團的賦存狀態和分布規律直接影響其熱解產物[1-3]，因而研究煤的分子結構，對煤的分級分質利用和后續轉化過程具有重要的指導意義[4-7]。研究人員借助NMR、FTIR等分析儀器獲取煤中有機質的結構信息，用于闡明煤的結構與熱解反應性之間的關聯規律，結果表明煤結構中有機碳的結構類型對焦油的組成結構有重要的影響[8-13]。Furimsky等[14]基于固體核磁研究了煤階對焦油產率的影響，發現焦油產率隨煤階升高而降低，當芳香度從57.0%增至86.0%時，與之對應的熱解焦油產率從13.5%降至7.0%。Liu等[15]通過固體核磁分析了4種煤樣結構，將橋頭芳碳、CH2/CH3和氧接脂碳與焦油產率相關聯，得到預測焦油產率的線性方程。此外，煤樣經預處理后結構發生改變，對焦油產率產生重要影響[16-17]。劉鵬等[18]研究表明，煤樣經水熱預處理后，煤熱解焦油產率增加20%左右，其原因在于水中氫在煤中發生轉移，煤結構中CH2/CH3含量增加，氧接脂碳含量減少。董鵬偉等[19]發現，與內蒙古勝利褐煤原煤相比，經200 ℃和250 ℃熱處理1 h后的煤樣中芳香氫含量從28.02%分別減少至21.64%和22.40%，使焦油中輕油組分含量比原煤焦油提高60個百分點。此外，除煤自身有機結構對煤樣的熱解特性起決定外，研究者發現煤中無機礦物質對熱解關聯性較大，煤自身含有多種堿土金屬、堿金屬及過渡金屬，研究結果表明這些金屬對熱解都具有一定的催化作用[20-23]。……