煤萃取物和残渣热解特性及相互作用的研究

The low rank coal pyrolysis will be studied based on host-guest model in this program. The research follows the main thread of “coal host guest model-two phase pyrolysis behavior-the products composition and character”. The coal is extracted by special solvent or additive to break the main non-covalent bonds such as electrostatic interactions and hydrogen bonds selectively. The extracts extracted from network structure of coals was analysed to confirm quantity, composition and structure by NMR and GC-MS. The responsible for association between different coal-extracted products and network structure could be confirmed. The pyrolysis of extracts and residue is carried out to understand its pyrolysis behavior respectively from tar composition analysis. The main non-covalent bonds are broken by solvent extraction, and the extracts and the residue separated. The pyrolysis of extracts, residue, physical mixture and raw coal is studied respectively. Furthermore, the effect of non-covalent association on pyrolysis could be concluded by comparative research methods. These studies could establish theoretical foundation, and promote the technique of coal pyrolysis to produce liquid fuel and chemicals.

本研究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-煤萃取物及残渣的热解行为-产物组成及特征-相互作用与影响”为主线进行研究。利用特定溶剂抽提选择性地断裂低阶煤中主要非共价键（离子键和氢键），抽提出萃取物，并通过核磁、色-质进行组成分析，明确萃取物数量、结构，揭示不同结构萃取物与残渣相互联接的形式。对萃取物和残渣分别进行热解研究，通过产物分析认识两种组分对热解产物的贡献，明确两种组分的热解反应行为及特性。利用对比研究方法，分别对萃取物化合物、残渣组分、二者混合物,原煤和溶胀煤原煤进行热解研究，明确二者在热解过程的相互作用，揭示非共价键对煤热解的影响作用。从而深化对煤热解的认识，促进煤热解制取燃料和化学品技术的发展。

项目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-煤萃取物及残渣的热解行为-产物组成及特征-相互作用与影响”为主线进行研究。利用特定溶剂抽提选择性地断裂低阶煤中主要非共价键（离子键和氢键），抽提出萃取物，并通过核磁、色-质进行组成分析，明确萃取物数量、结构，揭示不同结构萃取物与残渣相互联接的形式。对萃取物和残渣分别进行热解研究，明确两种组分的热解反应行为及特性。明确二者在热解过程的相互作用，揭示非共价键对煤热解的影响作用。从而深化对煤热解的认识，促进煤热解制取燃料和化学品技术的发展。.通过项目的研究发现CH3COOH溶液预处理原煤，改善了煤的孔结构，增加了其平均孔径和孔隙率，而对煤的共价键结构改变有限，促进了煤热解反应。吡啶溶胀过程能够断裂煤中的氢键，破坏了煤中的交联结构。经吡啶萃取处理，增大了煤的平均孔径，提高了煤的孔隙率。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，易受热裂解，对煤热解过程有着重要的影响。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。加氢条件下，萃取物热解焦油收率变化不大，但萃取残渣的焦油产率明显增加，主要原因是萃取过程增加了明颗粒内部孔隙率、孔半径，有利于产物的扩散溢出煤颗粒，同时也有利于氢气扩散进入孔内部。