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煤热解过程中酚类化合物的生成规律

作　者: 孔娇
导　师: 李凡
学　校: 太原理工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 煤 酚类化合物 热解 CH2Cl2抽提 PY-GC-MS
分类号: TQ530.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


煤在加工利用过程(如中低温干馏、炼焦、气化等)中会产生一定量的酚类化合物,如回收不完全,排放到环境中会引起严重的污染问题。产生酚类化合物的煤加工利用过程都包含煤热解阶段,所以深入研究不同煤质热解过程中酚类化合物的生成规律,以及操作条件对煤热解过程酚类化合物生成的影响有重要的社会意义和理论价值。为了确定煤热解过程中酚类化合物的来源,本研究首先采用溶剂(CH2C12)抽提法对原煤进行抽提,获得原煤本身赋存酚类化合物的量和种类,然后选用PY-GC-MS联用仪在线分析,首次直接获得原煤和CH2C12抽提残煤热解过程中酚类化合物的生成量和种类分布,通过对比得出煤热解过程酚类化合物的来源。同时也利用同一次进样可获得不同温度段酚类化合物生成量和种类变化的独特装置,考察了不同煤变质程度和操作条件下原、残煤热解过程中酚类化合物的生成过程,得到以下主要结论：1.煤CH2C12抽提物中酚类化合物的含量极少,远低于煤热解过程的生成量,而且CH2C12抽提残煤热解产物中酚类化合物的生成量明显高于原煤,所以煤热解产物中的酚类化合物主要来自于煤热解过程中含氧化合物的热分解,而不是煤本身所含酚类化合物的挥发。2.随着煤变质程度的增加,煤热解产物中酚类化合物的生成量呈降低趋势,总体而言,褐煤>烟煤>无烟煤,其中xM褐煤解热到800℃时,产物中酚类化合物的生成量最高可达150.486ng/mg,该温度下ZC烟煤可生成121.499ng/mg酚类化合物,而无烟煤热解产物中仅检测到0.05ng/mg酚类化合物。所有煤热解产物中酚类化合物都以苯酚和甲基苯酚为主。3.随着热解终温的升高,煤热解产物中酚类化合物的生成量先增大后减小,因煤质的不同而分别在700℃和800℃达到最大值,400℃和1000℃基本检测不到酚类化合物。热解前期主要发生芳基醚键以及苯环上较长侧链的断裂生成酚类化合物,后期则以-OH的断裂为主,使酚类化合物的生成量减少。4.随着升温速率的降低,褐煤和低变质烟煤热解过程中酚类化合物的生成量不断减少；而高变质烟煤中酚类化合物的生成量有小幅增加,且升温速率的降低能够促进甲基酚的裂解,有利于苯酚的生成。5.与原煤相比,CH2C12抽提残煤热解产物中7种酚类化合物的生成量增高有不同程度的增加,且仍然以苯酚和甲基苯酚为主。该变化源于抽提过程残煤结构发生溶胀作用,有利于煤热解反应和酚类化合物生成。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-23
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 酚类化合物及其危害  10-12
    1.2.1 酚类化合物及其性质  10
    1.2.2 酚类化合物的来源和危害  10-12
  1.3 煤的热解阶段  12-19
    1.3.1 煤的热解阶段  12-13
    1.3.2 煤热解过程的化学反应  13-14
    1.3.3 煤热解机理  14-16
    1.3.4 煤热解过程的影响因素  16-19
  1.4 煤热解过程中酚类化合物的生成  19-21
    1.4.1 煤热解过程中酚类化合物的生成  19-20
    1.4.2 煤热解过程酚类化合物生成的机理  20-21
  1.5 课题选择  21-23
第二章 实验部分  23-35
  2.1 实验内容与样品制备  23-26
    2.1.1 实验内容  23-24
    2.1.2 实验方法  24-25
    2.1.3 实验样品  25-26
  2.2 煤样的预处理  26-28
    2.2.1 仪器  26-27
    2.2.2 煤样的CH_2Cl_2抽提  27-28
  2.3 煤样CH_2CL_2抽提物的检测  28-32
    2.3.1 仪器  28-29
    2.3.2 GC-MS实验条件  29
    2.3.3 样品分析  29-32
  2.4 原煤和CH_2CL_2抽提残煤的热解研究  32-35
    2.4.1 热解仪  32-33
    2.4.2 仪器实验条件  33-35
第三章 煤热解过程中酚类化合物的生成规律  35-67
  3.1 原煤CH_2CL_2抽提物中酚类化合物的分布  35-39
    3.1.1 CH_2Cl_2抽提率与煤变质程度的关系  35-36
    3.1.2 CH_2Cl_2抽提物中酚类化合物的分布  36-39
    3.1.3 酚类化合物与煤中碳含量的的关系  39
  3.2 原煤热解产物中酚类化合物的生成规律  39-52
    3.2.1 不同变质程度煤热解产物中酚类化合物的生成规律  40-44
    3.2.2 温度对煤热解产物中酚类化合物生成的影响  44-51
    3.2.3 升温速率对煤热解过程中酚类化合物生成的影响  51-52
  3.3 CH_2CL_2抽提残煤热解过程中酚类化合物的生成规律  52-67
    3.3.1 原煤和残煤热解过程中酚类化合物形成的比较  52-56
    3.3.2 温度对原煤和残煤热解过程中酚类化合物生成影响的比较  56-63
    3.3.3 升温速率对原煤和残煤热解过程中酚类化合物生成影响的比较  63-67
第四章 结论  67-69
参考文献  69-75
致谢  75-77
硕士期间发表的学术论文  77

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 煤化学及煤的加工利用 > 煤化学基础理论 > 煤的热解与转化
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