兰文兰 白素丽 张伟（哈密职业技术学院 化学工程系，新疆 哈密839000）

我国自然资源中煤储量丰富，暂时处于其他能源无法替代的位置。在走可持续发展的今天，如何清洁、高效、合理地利用煤炭资源，成为我国能源利用方面面临的主要难题[1-2]。煤热解技术作为高效利用煤技术的一种，采用此技术来生产洁净燃料，不仅是降低环境污染的有效措施，也能使煤中的化合物充分发挥其作用，提高经济效益[3-5]。本文以新疆淖毛湖煤为原料，旨在研究煤的热解反应性，为我国煤高效利用技术领域积累原始数据和提供科学依据，这对促进我国煤技术的发展具有重要意义。

1 实验部分

1.1 煤样采集制备

本实验煤样来自新疆淖毛湖，按GB/T 482-1995《煤层煤样采取方法》GB/T 475-1996《商品煤样采取方法》采取，原煤依照采制样标准程序（GB 474-2008）进行逐级破碎、筛分，制得实验用粒径范围的原煤颗粒，然后做干燥保存等预处理，用于后续实验。

1.2 仪器与试剂

BS124-S 分析天平，DZF-60022 空气干燥箱，玻璃干燥器，SX2-2.5-12 箱式马弗炉，采用TQ-3A 煤炭元素分析仪,TENSOR 27 型傅立叶变换红外光谱仪，,NETZSOH STA409PC 综合热分析仪，PW1700 X 射线衍射仪。溴化钾、二甲苯、甲苯及其他试剂均为分析纯。

2 实验结果与讨论

2.1 元素分析和工业分析

根据国家标准（GB/T3 1391-2015、GB/T 212-2008）进行煤样的工业和元素分析，由元素分析知Cad、Had、Oad、Nad、St,ad分别为93.46%、3.98%、1.31%、1.13%、0.13%和工业分析Mad、Aad、Vad、FCad、Vdaf、FCdaf%分 别 为22.90%、4.42%、7.12%、65.56%、9.80%、90.2%可知本次实验所用煤的特点有：水分含量高，挥发分含量低，固定碳含量高。由此可初步判断该煤样为变质程度高的无烟煤。

2.2 FTIR分析

图1 为煤样的红外光谱图。由图可知：煤样在3400cm-1附近有吸收，吸收峰宽而强，为羟基吸收峰；2925 cm-1和2860 cm-1处为脂肪氢的伸缩振动；1600 cm-1，1450 cm-1和777 cm-1处有很强的芳环骨架振动吸收，振动类型分别为环伸缩振动，不对称变形振动以变形振动，1600 cm-1处的振动吸收峰更强，说明煤的大分子骨架中存在更多的芳环结构；1380 cm-1处为-CH3的振动吸收峰；1037 cm-1和1009 cm-1为醚键的强吸收峰，在1037 cm-1和1009 cm-1处的吸收峰是由煤样中的灰分引起的，由于煤样灰分含量较高，两处的吸收峰较强。

图1 煤样的FTIR图

2.3 灰分的XRD分析

图2 煤样灰分的XRD图

图2 是煤样灰分的XRD 图。通过与标准谱图的对比和鉴定，最后确定出两种与标准化合物匹配度非常高的化合物，分别是Ca(Al2,Fe+3)2O5和CaSO4。从图中可以看到，样品在2θ 为12.18°、24.41°、33.82°、47.05°、52.33°和71.27°处出现对应Ca(Al2,Fe+3)2O5的衍射峰；样品在2θ 为25.41°、31.35°、38.54°、40.78°和48.52°处出现对应CaSO4的衍射峰。

2.4 TG-DTG结果

图3 煤的TG-DTG图

煤样的TG-DTG 曲线如图3 所示。从曲线可以看出，该煤样煤的热解过程分为3个阶段，第一阶段为200℃以下，此时煤样的失重率为18%，此阶段DTG 曲线在80℃出现失重速率的最大峰。这是由于吸附在煤孔隙结构中的水和小分子气体以及部分官能团裂解产生的气体的逸出，挥发产物主要包括H2O、CH4、CO2、N2等，即失水脱气阶段。第二阶段为200～600℃，煤样的TG曲线陡然下降，总失重率达到50%左右，此阶段煤的热解最为剧烈，DTG 曲线在450℃左右出现第二次失重速率的最大峰。在这个阶段煤经过软化、熔融、膨胀，主要发生煤的分解、解聚反应，生成了大量相对分子质量较小的的气相组分（CH4、H2、不饱和烃等）和相对分子量较大的黏稠的液相组分，同时此阶段煤的焦油量达到最大。第三阶段为600～1000℃，TG 和DTG 曲线都呈现下降趋势。此阶段主要发生缩聚反应，二次气体（CH4、H2）释放，半焦缩聚为焦炭。

3 结语

（1）水分含量高，挥发分含量低，固定碳含量高，煤样的变质程度较高，判断该煤样为无烟煤。

（2）煤样灰分主要成分是Ca(Al2,Fe+3)2O5和CaSO4。

（3）煤样热解按照温度分为200℃以下、200～600℃、600～1000℃3个阶段。第一阶段为失水脱气阶段；第二阶段为煤强热解阶段，第三阶段为半焦缩聚反应阶段。