赵骏等：热溶煤的燃烧特性 ·331· 点-.如Shui等采用不同的萃取剂(1-MN(1- 和焦煤能够良好的重合 甲基萘)、CMNO(工业甲基萘)、NMP(N甲基吡咯 本文在高温条件下，使用强极性溶剂NMP对不 烷酮)和QN(喹啉))高温下对神峰次烟煤进行热溶 同煤化程度的煤种进行热萃取，并对热溶物的燃烧 解，发现CMNO对神峰煤的萃取效率最高，达到 特性进行了研究.通过热重分析和拉曼光谱分析， 66%,QN的萃取率较低，仅有42%.杜敬文等回采 研究了挥发分、灰分和结构有序度对热溶煤燃烧特 用高温萃取溶剂NMP、THN(四氢化萘)和WO(洗 性的影响，并对4种热溶煤的热值(HHV)进行了计 油)对鄂尔多斯褐煤进行热萃取，发现随着温度的 算，为以后的工业应用提供理论指导基础. 升高，萃取率提高，煤的黏结指数增大·温度、萃取 1实验部分 剂和煤化程度是影响热溶煤萃取率的主要因素，通 常极性萃取剂的萃取率较非极性萃取剂的萃取率 1.1实验原料 高.萃取温度越高，萃取率越高，但是温度过高，会 本研究选取2种烟煤岢岚(KL)和官地(GD),2 使煤结构中的小分子成分发生缩聚形成大分子，不 种褐煤西部聚合(XB)和再生资源(ZS)作为实验原 利于萃取.热溶煤具有低的灰分和硫含量以及优质 料煤.其中KL为气煤，常用于炼焦生产：GD为瘦 的黏结指数，因此即可作为炼焦的添加剂来提高焦 煤，无黏结性，在炼焦配煤中起到瘦化剂的作用：XB 炭质量，也可作为高级燃料使用，热溶煤的燃烧对环 和ZS为低阶煤，无黏结性，不能单独用于焦化工艺. 境保护，减少污染物的排放具有重要的意义.目前， 将4种煤样在105℃的真空干燥箱内干燥4h去除 对热溶煤的研究主要集中在对萃取率和萃取机理的 煤中水分，之后破碎至负200目（<0.074mm),放 研究，在应用方面也比较侧重于利用其优质的结焦 入密封袋备用.研究采用N甲基吡咯烷酮(NMP, 性能，而对热溶煤的燃烧特性的研究则少有报道。 分析纯，>99.0%)作为煤粉热溶出的有机溶剂. 樊丽华等@提出了以褐煤为原料制备热溶煤并研 4种原煤的工业分析及元素分析如表1所示， 究其热解行为，发现热溶煤其具有脱灰、除氧和热塑 其测定方法参考国标GB/T212-1991和GB/T 性高等优点，其中380℃所萃取的无灰煤塑性区间 476一1991进行. 表1原煤的工业分析及元素分析（质量分数） Table 1 Proximate and ultimate analysis of coal samples % 工业分析（干燥基） 元素分析（干燥基） 原子比 煤样 挥发分 灰分 固定碳 N H 0 H/C 0/C KL-RAW 32.20 10.37 57.43 1.59 73.38 0.96 4.73 7.48 0.77 0.08 GD-RAW 14.31 9.14 76.55 1.23 80.19 1.22 3.78 3.65 0.57 0.03 XB-RAW 31.81 9.87 58.33 0.65 63.83 0.89 3.89 8.95 0.73 0.11 ZS-RAW 29.11 11.42 59.47 0.61 61.75 0.25 3.68 9.46 0.71 0.11 注：*为差减法得到 1.2热溶煤的制备 在350℃反应1h后，关闭加热程序，使反应釜 研究表明，以N甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂， 自由冷却至50℃，取出反应物.利用抽滤装置对固 溶出温度360℃，煤粉和溶剂的比1g:50mL,反应时 液混合物进行分离，分别得到液相和残渣.用酒精 间1h可以获得较好的溶出效率田.本研究借鉴前 和去离子水对滤渣进行反复冲洗，去除附着的有机 人研究成果对煤粉进行热溶萃取，其装置结构如图 溶剂.将滤液（含有热溶出物的NMP溶剂）通过旋 1所示.采用1L高压反应釜作为煤粉和有机溶剂 转蒸发仪回收NMP溶剂并析出固体产物.固体产 的反应容器，量取8g实验煤样和400mLN甲基吡 物经酒精和去离子水反复冲洗后放入真空干燥箱中 咯烷酮(NMP)溶剂加入高压反应釜内并使其充分 真空干燥，干燥温度80℃，时间12h.干燥后的固体 混合.向反应釜内以400mL~min-的速率通入高纯 产物即为所需溶剂溶出物，在本研究中称为热溶煤. 氮气20min以排出空气，关闭出气口和进气口，釜内 4种热溶煤分别以KL-TDC、GD-TDC、XB-TDC和 初始压力为大气压力.控制反应釜升温至350℃，保温 ZS-TDC进行标记. 1h.整个实验过程采用搅拌浆不断搅拌，确保固液 1.3燃烧实验与分析检测 两相充分接触. 利用热分析仪（北京恒久科学仪器厂，HCT4)赵 骏等: 热溶煤的燃烧特性 点［6--7］． 如 Shui 等［8］采用不同的萃取剂( 1-MN( 1- 甲基萘) 、CMNO( 工业甲基萘) 、NMP( N-甲基吡咯 烷酮) 和 QN( 喹啉) ) 高温下对神峰次烟煤进行热溶 解，发现 CMNO 对神峰煤的萃取效率最高，达 到 66% ，QN 的萃取率较低，仅有 42% ． 杜敬文等［9］采 用高温萃取溶剂 NMP、THN( 四氢化萘) 和 WO( 洗 油) 对鄂尔多斯褐煤进行热萃取，发现随着温度的 升高，萃取率提高，煤的黏结指数增大． 温度、萃取 剂和煤化程度是影响热溶煤萃取率的主要因素，通 常极性萃取剂的萃取率较非极性萃取剂的萃取率 高． 萃取温度越高，萃取率越高，但是温度过高，会 使煤结构中的小分子成分发生缩聚形成大分子，不 利于萃取． 热溶煤具有低的灰分和硫含量以及优质 的黏结指数，因此即可作为炼焦的添加剂来提高焦 炭质量，也可作为高级燃料使用，热溶煤的燃烧对环 境保护，减少污染物的排放具有重要的意义． 目前， 对热溶煤的研究主要集中在对萃取率和萃取机理的 研究，在应用方面也比较侧重于利用其优质的结焦 性能，而对热溶煤的燃烧特性的研究则少有报道． 樊丽华等［10］提出了以褐煤为原料制备热溶煤并研 究其热解行为，发现热溶煤其具有脱灰、除氧和热塑 性高等优点，其中 380 ℃所萃取的无灰煤塑性区间 和焦煤能够良好的重合． 本文在高温条件下，使用强极性溶剂 NMP 对不 同煤化程度的煤种进行热萃取，并对热溶物的燃烧 特性进行了研究． 通过热重分析和拉曼光谱分析， 研究了挥发分、灰分和结构有序度对热溶煤燃烧特 性的影响，并对 4 种热溶煤的热值( HHV) 进行了计 算，为以后的工业应用提供理论指导基础． 1 实验部分 1. 1 实验原料 本研究选取 2 种烟煤岢岚( KL) 和官地( GD) ，2 种褐煤西部聚合( XB) 和再生资源( ZS) 作为实验原 料煤． 其中 KL 为气煤，常用于炼焦生产; GD 为瘦 煤，无黏结性，在炼焦配煤中起到瘦化剂的作用; XB 和 ZS 为低阶煤，无黏结性，不能单独用于焦化工艺． 将 4 种煤样在 105 ℃ 的真空干燥箱内干燥 4 h 去除 煤中水分，之后破碎至负 200 目( ＜ 0. 074 mm) ，放 入密封袋备用． 研究采用 N-甲基吡咯烷酮( NMP， 分析纯，＞ 99. 0% ) 作为煤粉热溶出的有机溶剂． 4 种原煤的工业分析及元素分析如表 1 所示， 其测定方法参考国标 GB /T 212 ― 1991 和 GB /T 476 ― 1991 进行． 表 1 原煤的工业分析及元素分析( 质量分数) Table 1 Proximate and ultimate analysis of coal samples % 煤样 工业分析 ( 干燥基) 元素分析( 干燥基) 原子比 挥发分 灰分 固定碳 N C S H O* H /C O /C KL--ＲAW 32. 20 10. 37 57. 43 1. 59 73. 38 0. 96 4. 73 7. 48 0. 77 0. 08 GD--ＲAW 14. 31 9. 14 76. 55 1. 23 80. 19 1. 22 3. 78 3. 65 0. 57 0. 03 XB--ＲAW 31. 81 9. 87 58. 33 0. 65 63. 83 0. 89 3. 89 8. 95 0. 73 0. 11 ZS--ＲAW 29. 11 11. 42 59. 47 0. 61 61. 75 0. 25 3. 68 9. 46 0. 71 0. 11 注: * 为差减法得到． 1. 2 热溶煤的制备 研究表明，以 N-甲基吡咯烷酮( NMP) 为溶剂， 溶出温度 360 ℃，煤粉和溶剂的比 1 g∶ 50 mL，反应时 间 1 h 可以获得较好的溶出效率［11］． 本研究借鉴前 人研究成果对煤粉进行热溶萃取，其装置结构如图 1 所示． 采用 1 L 高压反应釜作为煤粉和有机溶剂 的反应容器，量取 8 g 实验煤样和 400 mL N-甲基吡 咯烷酮( NMP) 溶剂加入高压反应釜内并使其充分 混合． 向反应釜内以 400 mL·min － 1的速率通入高纯 氮气 20 min 以排出空气，关闭出气口和进气口，釜内 初始压力为大气压力． 控制反应釜升温至350 ℃，保温 1 h． 整个实验过程采用搅拌浆不断搅拌，确保固液 两相充分接触． 在 350 ℃反应 1 h 后，关闭加热程序，使反应釜 自由冷却至 50 ℃，取出反应物． 利用抽滤装置对固 液混合物进行分离，分别得到液相和残渣． 用酒精 和去离子水对滤渣进行反复冲洗，去除附着的有机 溶剂． 将滤液( 含有热溶出物的 NMP 溶剂) 通过旋 转蒸发仪回收 NMP 溶剂并析出固体产物． 固体产 物经酒精和去离子水反复冲洗后放入真空干燥箱中 真空干燥，干燥温度 80 ℃，时间 12 h． 干燥后的固体 产物即为所需溶剂溶出物，在本研究中称为热溶煤． 4 种热溶煤分别以 KL--TDC、GD--TDC、XB--TDC 和 ZS--TDC 进行标记． 1. 3 燃烧实验与分析检测 利用热分析仪( 北京恒久科学仪器厂，HCT--4) · 133 ·