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题名不同升温速率下褐煤热解特征及产氢过程
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作者
石莹
朱炎铭
陈尚斌
王阳
徐倩男
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机构
煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室·中国矿业大学
中国矿业大学资源与地球科学学院
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出处
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第5期157-166,共10页
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基金
国家自然科学基金项目“低阶煤热解大分子结构裂解产氢的分子级作用机理”(编号:42072199)。
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文摘
煤制氢是现阶段中国H_(2)的主要来源,开展不同温度条件下的褐煤热解反应和产氢机理研究,对提高H_(2)产率、优化工艺流程以及褐煤的高效清洁利用至关重要。为此,基于实验测试—分子模拟—理论分析的研究思路,通过热分析红外气质联用仪(TG—FTIR—MS)实验测试和分子动力学模拟(ReaxFF MD)对云南省先锋煤矿的褐煤热解过程进行了研究,分析了不同升温速率下(10℃/min、20℃/min和30℃/min)的主要热解产物,尤其是H_(2)的生成特征,标定了氢原子的热解路线,从多角度探究了褐煤热解生成H_(2)的分子作用机理。研究结果表明:①不同升温速率下褐煤热解的最终失重率接近,升温速率越高反应越易进行;②20℃/min条件下褐煤热解气体产物最多,主要成分为CO_(2)、H_(2)等小分子气体,气体析出总量随升温速率的增大呈先增加后降低的趋势;③H_(2)的生成过程主要为脂肪链上的氢原子发生脱落,生成氢自由基,氢自由基之间再进行结合而生成H_(2)。结论认为,褐煤热解H_(2)析出过程分为3个阶段:第一阶段为约350~700℃,H_(2)缓慢生成,主要由脂肪链甲基C—H和羟基中的O—H键断裂后组合形成;第二阶段为700~900℃,H_(2)快速生成,主要与羧基官能团、脂肪烃结构以及吡咯结构中氢键断裂的反应有关;第三阶段为900℃以上,H_(2)大量生成,主要表现为芳香结构的氢自由基增多。
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关键词
先锋煤矿褐煤
煤热解
产氢过程
分子动力学
升温速率
热分析红外气质联用仪
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Keywords
Xianfeng lignite
Coal pyrolysis
Hydrogen production process
Molecular dynamics
Heating rate
TG–FTIR–MS
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分类号
TE624
[石油与天然气工程—油气加工工程]
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