三塘湖煤煤样分析研究

2020-11-06兰文兰白素丽张伟哈密职业技术学院新疆哈密839000

化工管理 2020年23期

关键词：波数灰分煤样

兰文兰白素丽张伟(哈密职业技术学院，新疆哈密 839000)

0 引言

我国煤炭资源丰富[1]，如何高效的利用煤炭一直是一个备受关注的研究课题。气化和热解是比较成熟的煤炭利用工艺[2-6]。文章以新疆三塘湖的煤样开展实验研究，旨在研究煤的热解反应性，根据煤样的特点优化反应路线，使煤高效利用，增加经济效益。

1 实验部分

1.1 煤样采集制备

在此次试验之前，主要从新疆三塘湖获取煤样，在这一过程中，不仅要遵循GB/T 475—1996《商品煤样采取方法》的标准，也要符合GB/T 474—2008 中的标准。

1.2 仪器与试剂

主要应用到了以下仪器，如表1。

主要应用了以下试剂，如表2。

表1 实验仪器

表2 实验试剂

2 实验结果与讨论

2.1 元素分析和工业分析

通过分析煤样的元素组成可知，主要包括以下几种元素： Cad、Had、Oad、Nad、St,ad所占比重依次为 51.250%、4.071%、43.594%、0.631%、0.454%；工业分析结果： Mad、Aad、Vad、FCad、Vdaf分别为 11.755%、13.405%、34.405%、40.435%、41.095%。所以，所用煤主要有以下特点：具有较高的水分含量；具有较高的灰分含量，挥发份很多，但是只有很少的固定碳。由此可知，在煤炭中，含氧基团所占比重较大，但是含氮基团所占比重很小、且有很少量的硫分。由此可初步判断该煤样为变质程度低的褐煤，发热量较低。

2.2 FTIR分析

如图1，为煤样的红外光谱图。通过分析得知：在 4000～400cm-1区间中，煤样共有 6 个明显的吸收峰：波数为 467cm-1处吸收峰对应的管能团应为有机卤化物与碳的伸缩吸收。在波数 537cm-1的位置，吸收峰对应着脂肪醛这一官能团。在波数 775cm-1的位置，吸收峰对应着烯烃类这一官能团，在波数1378cm-1的位置，对应着NO2键；在波数1581cm-1的位置，对应着不定 N=N—；在波数 3356cm-1的位置，对应着游离 OH 这一官能团，采用的是伸缩振动的方式。由以上数据可得出以下结论：该煤样中含有较多的有机卤化物、脂肪醛、烯烃、—NO2键、不定—N=N 键、游离羟基、醚键等。说明该煤样的结构是以芳香环为主的密集大分子结构，煤阶较低。

图1 煤样的FTIR图

2.3 灰分的XRD分析

煤样灰分的XRD 图见图2 。由图2 可见，煤样灰分包含以下几种成分，例如，SiO2、CaO 、Fe2O3等等。当2θ 分别为 12.1°、23.4°、25.8°、33.6°时，存在SiO2的衍射峰，由此可知，区中含有较多的SiO2，且在 25.8°位置，衍射峰属于最高峰，表明它缺乏较高的晶体化水平。由此可知煤样中含有较多的硅酸盐化合物。在 2θ 为 21.3°、24.2°、32.20°处出现 CaSiO3对应的衍射峰且峰数量较多，说明样品中CaSiO3的含量较高且结晶性较好。在2θ 为 27.6°、32.1°、37.2°、46.8 处出现CaO 对应的衍射峰并且峰形较宽，说明样品中CaO 的含量较高。在 2θ 为39.2°、50.1°的位置，Fe2O3的衍射峰很低，由此可知，其中缺乏较高的Fe2O3含量，并且缺乏较高的结晶性。

图2 煤样灰分的XRD图

2.4 TG-DTG结果

如图3 为煤样的TG-DTG 曲线。通过分析上图可知，在煤样热失重过程中，主要经历以下四个阶段：当温度不超过180℃时，质量减小的很快，在这一阶段中，外在水分蒸发很快，且脱除掉大量的吸附气体，失重率大约为 12%；这说明煤中水分含量多，与工业分析数据相符；在 180～350℃温度范围内，质量降低较慢，这一阶段的失重率 8%，此阶段主要是煤的挥发分脱出，放出的气体主要是 CO2、CH4、N2等；当温度介于350～700℃时，样品质量减小的很快，在400℃时，具有最大的失重速率，正经历强烈热解阶段，此时属于失重阶段，失重率大约为 22% ，在这一过程中，发生了解聚反应，得到了焦油等物质，且最终煤成为半焦状态；当温度超过700℃时，其质量变得越来越差，此时主要发生的是半焦的缩聚反应，几乎不产生焦油，对应失重 10%；在整个实验过程室温～1000℃温度范围内，样品总失重约 52%。