典型煤的官能团热解机理、动力学分析及影响因素研究

煤炭是我国主要能源之一,在利用过程中,会产生一系列环境问题,洁净煤的利用是当前煤炭利用的重要方向,但是由于煤多用于燃烧,同时其组成和分子结构复杂,要控制煤在加工利用过程中污染物排放,就要加强对煤分子结构和热解机理的研究,因此,对煤热解机理和分子结构的深入研究有利于煤炭的清洁利用,具有重要的理论性和环境意义。本研究以褐煤、气煤、1/3焦煤和焦煤四种不同煤化程度煤样为研究对象,通过N2气氛下恒加热速率热解过程和提取实验,采用原位热解红外光谱（in-situ FTIR）、热重分析等先进的测试方法,结合煤化学、环境科学和热力学等交叉理论,对热解过程中,不同煤化类型的煤的官能团变化机理及动力学过程中进行了深入研究,揭示了对其影响的主要因素。通过研究得出:（1）不同煤化程度煤中各官能团的热解演化按照不同的热解机理可分为不同的温度阶段,脂肪族基团的热解主要在400℃以上,芳香C-H会随着芳香环上取代基的脱落而逐渐増加,C=O开始大量热解的温度在370℃左右,比脂肪族官能团稍早,在低阶煤中酯羰基还会出现上升的趋势,而芳香C=C,C-O和OH则随着温度升高逐渐减少,低阶煤的热解主要克服较强的氢键力和高含量的含氧官能团热解所引起,高阶煤由于少量含氧官能团热解和共价键的热裂解所造成;（2）脂肪族C-H、C-O、C=O和OH在各阶段的活化能分别在32.9～219.4 kJ·mol-1、16.0-45.7 kJ·mol-1、12.3～44.7 kJ·mol-1、8.6～258.3 kJ·mol-1范围内,高温阶段普遍比低温阶段活化能高,主要遵循化学反应和单向传输两种动力学模式,初步建立了煤官能团热解动力学模型;（3）煤化程度是煤的官能团热解的重要影响因素,其中C=O、C-O和芳香族官能团的热解演化和活化能受其影响最大,而脂肪族基团和OH则对煤化程度相对不敏感。（4）吡啶提取对煤的热解过程也有较大影响,对C=O和芳香C-H的热解行为影响最大,其次为芳香C=C和OH,对脂肪族官能团和C-O的热解行为影响较小,另外,可提取的小分子可能是煤样在400℃以下的自由基反应的主要参与者,揭示了吡啶提取对煤官能团热解行为的具体影响机制;（5）利用KBH4还原煤中部分羰基之后,改变了煤分子间的作用力,利用不同溶剂则改变了溶剂与煤分子间的作用力,造成提取效率和各提取物组成的不同,从而反映出部分分子结构的信息。