新疆哈密褐煤氧化解聚研究

2020-08-26莫海燕

化工设计通讯 2020年9期

莫海燕，李萱

（巴音郭楞职业技术学院，新疆库尔勒 841000）

褐煤是一种煤化程度较低的煤种，在我国分布范围广，储量大。以往褐煤大多被直接燃烧或者作为发电的燃料，污染大且利用率不高。利用褐煤煤化程度较低，水分含量大，挥发分含量高的特点，以褐煤为原料，通过氧化反应可以得到脂肪酸、芳香羧酸及腐殖酸肥料等产品，这些有机酸在实际生产及煤炭的加工利用中均具有重要意义[1-4]。本文以新疆哈密地区褐煤资源为原料，利用煤的氧化技术，在一定的温度下破坏褐煤的分子结构，进而获得高附加值的产物，通过实验得出反应温度在80℃，为煤炭高效、清洁和高附加值转化利用的新工艺提供重要的科学依据和关键的技术支撑。

1 实验部分

实验选用煤样为新疆哈密褐煤，用密封式快速粉碎制样机将哈密褐煤样品进行粉碎，然后过200目筛，在105℃下干燥2h后待用。

在使用Fenton试剂作为催化剂氧化煤的研究中，影响氧化速率、产率的因素很多，主要因素有Fenton试剂配比、反应温度、反应时间及pH等。本实验考察以上因素对氧化反应的影响。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对氧化反应的影响

为了研究反应温度对反应的影响，当Fenton试剂（Fe2+/H2O2）配比（质量比）为1/25、反应时间定为6h及pH等于3的条件下，改变反应温度进行实验。结果如表1、图1所示。

表1 不同反应温度下的实验结果

图1是反应温度与水溶性产物产率的变化关系图，水溶性产物的产率随反应温度的升高而增加，在温度为80℃时达到最大值，为27.8%；碱溶性产物的产率随着反应温度的升高有微小的增加而后又减小的趋势；残煤产率随温度的升高而不断减少。可能是随着温度的增加过氧化氢分解速度加快，从表1中可看出产生的气体是最多的。表1中氧化残煤比未氧化前煤样质量还多，可能是因为加入的催化剂硫酸亚铁进入了煤结构空隙中，没被处理出来。

图1 反应温度对氧化产物产率的影响

2.2 pH对氧化反应的影响

为了研究pH的变化对反应的影响，由上面结论，温度定为80℃，Fenton试剂（Fe2+/H2O2）配比（质量比）为1/25、反应时间定为6h的条件下，改变pH进行实验。结果如表2所示。

表2 不同PH下的实验结果

图2是pH与氧化产物产率的变化关系图。pH为4.5时水溶产率最高，为28.3%，pH为4.5时碱溶产率最高，为13.1%，残煤产率在pH为4.5时达到最小，为56.8%。

图2 PH对氧化产物产率的影响

2.3 Fenton试剂配比对氧化反应的影响

为了研究Fenton试剂配比对反应的影响，由上面结论，温度定为80℃，pH定为4.5，反应时间定为6h的条件下，改变Fenton试剂（Fe2+/H2O2）配比（质量比）进行实验。结果如表3和图3所示。

表3 不同Fe2+/H2O2配比下的实验结果

图3 Fenton试剂配比对氧化产物产率的影响

图3可以看出，水溶,产率随着Fenton试剂的不同配比先降低后升高；碱溶产率随着Fenton试剂的不同配比先降低后升高；残煤产率随Fenton试剂配比增加而不断增加。

2.4 反应时间对氧化反应的影响

为了研究反应时间对反应的影响，由上面结论，确定反应温度80℃，Fenton试剂（Fe2+/H2O2）配比（质量比）为1/10及pH等于4.5条件下，改变反应时间进行实验。结果如表4所示。

表4 不同反应时间下的实验结果

图4是反应时间对氧化产物产率的影响，从图4可以看出，水溶性产物的产率随着时间的增加而减少；氧化时间为3h水溶性产物产率是最高的，为28.5%，碱溶性产物产率随着时间的增加先增加再减少，在氧化时间为9h达到最高，为23.0%，残煤产率随氧化时间增长不断减少。可能是随着氧化时间的增长，煤中一些芳香结构遭到破坏，整个煤结构被破坏，形成小分子物质，又继续被氧化成为气体。使得碱溶性产物先增加后减少。