煤显微组分热解甲烷、氢气生成动力学及机理

从煤岩学观点来说，煤是由多种煤岩显微组分组成，各种煤岩组分的热解行为存在较大的差别。由于煤岩显微组分中，镜质组和惰质组为主要显微组分，所占比例很大，研究其结构和热解反应性具有重要意义。 煤热解气中最主要的气体组分为CO2，其次为H2，再次为甲烷与饱和烃，而烯烃和CO含量都很低。而气态烃中以甲烷为其主成分。并且甲烷和氢气的生成贯穿煤热解的整个过程，研究其逸出特征及动力学特征，是研究煤的结构及确定煤结构单元中活性较高位置的重要手段。 本文选用煤阶差别不大，但由于形成的环境不同导致两种煤的反应性存在较大差别的平朔煤和神东煤为研究对象，对各种煤中的惰质组和镜质组两种显微组分进行研究。用XPS、XRD、FTIR等仪器分析方法揭示显微组分的结构特征。通过各显微煤样的TG-MS热解实验，重点研究了甲烷及氢气的逸出特征。对甲烷及氢气的热解速率曲线进行分峰模拟，将热解甲烷及氢气的各基元反应解叠出来，对其进行动力学计算。将煤结构与动力学特征相结合，分析了甲烷和氢气的生成机理。 XPS研究结果表明，平朔煤显微组分中C-C或C-H含量均较神东煤同类型的显微组分高，相应地碳氧基团含量相对较低。含氧有机官能团中酚羟基所占比例最大，其次为羧基和羰基。神东惰质组含有较多的羧基，表明其氧化程度较大。神东惰质组吸附氧的性能较高，自燃性较强。吡啶型氮和吡咯型氮是含氮有机官能团的主要存在形式；平朔煤显微组分含较多吡啶型氮，而神东煤同类型显微组分则含较多的吡咯型氮。在含硫官能团中，噻吩型硫占大多数，其次为硫醇、硫醚型硫。神东惰质组噻吩型硫含量低于平朔惰质组，而含有一定量的氧化物硫。