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太原理工大学
硕士学位论文
煤热解过程多环芳烃生成规律研究
姓名:程柱
申请学位级别:硕士
专业:化学工艺
指导教师:李凡
20100524
太原理工大学硕士研究生学位论文
煤热解过程多环芳烃(PAHs)生成规律研究

摘要

煤利用过程产生的环境污染已经成为煤洁净转化的重要议题,其中煤
热加工过程排放的有机污染物特别是多环芳烃(PAHs)类物质,由于其具有
“三致”作用,更是近年来关注的热点。煤炭作为世界特别是中国的主要能
源,在使用过程中释放出许多此类污染物,使得研究煤的利用过程中 PAHs
排放具有重要的理论和社会意义。
热解是煤热转化的最基本过程,无论是燃烧、干馏、气化还是液化,
都有煤的热解作为其初始和伴随反应,并对后续转化产生重要影响,所以
本课题重点是对煤热解过程中多环芳烃排放规律的研究。
本文在充分研究煤的热解机理及影响因素的基础上,对煤热解过程中
PAHs生成与排放规律进行了研究。为了避免先用溶剂吸收再分析的传统分
析方法中带来的误差,采用了快速热解在线分析方法。快速升温热解仪升
温速率最大可达到2×104℃/s,可以进行同一煤样不同热解温度段产生多环
芳烃的在线分析。实验收集了国内16种不同变质程度的煤样进行热解,对
热解过程中PAHs生成排放从内因和外因两个方面进行了研究。内因主要有
挥发份含量、碳含量、氧含量、硫含量、灰分以及煤岩组成;外在因素主
要指热解温度和升温速率的影响。得到的主要结论有:煤种对煤热解过程
中PAHs的排放影响很大,随着煤中挥发份的提高,PAHs排放量先增大后减
少,在高挥发性烟煤阶段生成量最大;随碳含量增加PAHs生成量先增大后
I
太原理工大学硕士研究生学位论文
减少,烟煤生成量最大;煤中矿物质对PAHs生成有促进作用,随着煤中灰
份含量的增大热解生成PAHs量增大;煤中所含的氧和硫含量对PAHs生成也
有不同影响;煤岩组成对PAHs热解过程有着重要影响,实验表明煤中惰质
组含量越高热解生成PAHs量越大;随热解温度增加,PAHs生成量先增大后
减少在800℃出现最大值,PAHs环数分布也随之变化,2~3环PAHs在800℃
下生成量最大;4环PAHs在600℃下最高;5~6环PAHs在高温下含量最高;
自由基芳构化反应主要在600~800℃下进行,高温下主要发生了缩合反应;
随升温速率增加PAHs生成量减少;煤热解PAHs生成来源有煤自身芳烃结构
挥发及热解生成自由基高温聚合,且热解过程PAHs主要来自于自由基高温
合成而不是煤自身所含芳烃结构。

关键词: 煤,多环芳烃,热解, PY-GC-MS
II
太原理工大学硕士研究生学位论文
STUDY ON THE EMISSION CHARACTERISTIC OF
POLYCYLIC AROMATIC HYDROCARBONS
FROM COAL PYROLYSIS
ABSTRACT
The environment problems caused by coal utilization have been paid
widespread attention. It is very necessary to do some research on the formation,
emission and control of PAHs during coal utilization,because trace PAHs is
widely distributed , is generally difficult to pose, is harmful with
biological accumulation and three-cause tardy effects including carcinogenesis,
aberration, mutation.
Pyrolysis research, in particular, has gained considerable momentum
because of its close connection bustion,gasification and
results of scientific investigations of coal pyrolysis are the indispensable basis
for technology in almost all areas of coal utilization. So the present p