煤中萃取物对其结构和热解行为的影响.pdf

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1、分类号：TQ530.2密级：不涉密学号：2015210555单位代码：10759石河子大学硕士学位论文煤中萃取物对其结构和热解行为的影响学位申请人朱平指导教师张建树副教授申请学位类别工程硕士专业名称化学工程研究领域煤化工所在学院化学化工学院中国·新疆·石河子2018年6月EffectofextractsincoalonthestructureandpyrolysisbehavioursofcoalADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequ

2、irementsfortheDegreeofMasterofEngineeringByPINGZHUDissertationSupervisor:AssociateProf.JianshuZhangJune,2018石河子大学学位论文独创性声明及使用授权声明学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是在我导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示谢意。研究生签名：时间：年月日使用授权声

3、明本人完全了解石河子大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文在学校图书馆保存并允许被查阅。有权自行或许可他人将学位论文编入有关数据库提供检索服务。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。研究生签名：时间：年月日导师签名：时间：年月日摘要中国煤炭资源相对丰富，而石油和天然气资源相对匮乏，长期依赖进口且对外依存度高。“富煤少油缺气”的能源资源禀赋决定了煤炭是我国能源的主体，在一次能源结构中煤炭占70%左右。新疆地处边疆，幅员辽阔，

4、境内煤炭资源丰富，预测的资源总量约为2.2万亿吨，占全国的40.6%。煤富含芳烃结构，尤其是缩合稠环和杂环等，这对煤制取高附加值化学品是有利的，对其清洁高效的利用可促进地方经济发展、保障国家能源安全。在煤转化过程中，热解是关键步骤，深化认识煤热解过程，可促进煤制燃料和化学品技术的发展。本文以煤的两相模型为基础，进行煤热解的研究，以“煤的网络结构模型–萃余煤和溶胀煤的结构和热解行为–产物组成及特征”为主线进行研究。选取新疆地区的淖毛湖褐煤、伊犁次烟煤、呼图壁不粘煤为研究对象，用20%CH3COOH溶液预处理煤样48h，然后分别进行吡啶溶

5、剂索式抽提和吡啶蒸汽溶胀处理，对萃余煤和溶胀煤进行结构表征和热解实验，通过分析结构和热解行为，探究煤中萃取物对煤的结构和热解行为的影响，其结果如下：（1）通过20%CH3COOH溶液预处理原煤，在一定程度上改善了煤的孔结构，增加了其平均孔径和孔隙率。利用CH3COOH的离子交换作用，将羧酸盐变为羧酸基团，减少了煤中金属阳离子，如Ca2+、Mg2+、Na+、K+等，有效地破坏了煤中离子键；作为有机酸，CH3COOH脱除了煤中碳酸盐矿物质，而对煤的共价键结构改变有限，促进了煤热解反应。（2）作为溶剂，吡啶是非常好的煤的萃取剂，可以得到较高

6、的萃取率；同时吡啶也是良好的氢键受体，溶胀过程能够断裂煤中的氢键，破坏了煤中的交联结构。煤颗粒粒径越小、萃取率越低，萃取物中脂肪烃和含氧基团含量越高，可溶的小分子化合物越多。经萃取处理，在不同程度上增大了煤的平均孔径，提高了煤的孔隙率，而溶胀作用相反。（3）热解实验结果表明溶胀煤的焦油收率有所增加，而萃余煤的焦油收率减低明显，但气体收率增加明显。萃取物被抽提出，不仅使煤的热解焦油收率降低，其半焦的微孔结构比例也大大减少，主要由于萃取作用减少了微孔结构，同时在热解过程中，由萃取物分解缩聚新生成的微孔结构也减少。萃取物是煤的重要组成部分，

7、易受热裂解，对煤热解过程有着重要的影响。通过选择性断裂煤中离子键、氢键等非共价键，对比分析，萃取物在原位（溶胀煤）和缺失（萃余煤）状态对煤结构和热解行为的影响。通过以上研究表明，低浓度有机弱酸预处理有效地破坏了煤中离子键，溶胀作用破坏了煤中氢键和交联结构，减少了热解缩聚反应。萃取作用在抽提出萃取物时，也松弛了煤的大分子网络结构，扩大了煤的孔隙，有利于挥发分的扩散。萃取物对煤热解产生的焦油有着重要的影响，是其形成的重要来源。萃取物受热形成的液相产物（胶质体）可以稳定自由基碎片，减少了二次反应，其裂解是形成半焦微孔结构的主要来源。关键词：

8、新疆煤；溶剂萃取；吡啶蒸汽溶胀；煤结构；热解行为AbstractChinaisrichincoalresourcesbutisrelativelyshortofoilandnaturalgaswithahigherDeg