[发明专利]煤质分析的红外结构参数法有效

专利信息
申请号: 201811276889.0 申请日: 2018-10-30
公开(公告)号: CN109540828B 公开(公告)日: 2021-06-29
发明(设计)人: 赵岩;邵春岩;侯海盟;宋民航;陈刚;曾乐;刘舒;孔德勇;李宝磊;祁国恕;张广鑫;裴江涛;蒋帅 申请(专利权)人: 沈阳环境科学研究院
主分类号: G01N21/3563 分类号: G01N21/3563
代理公司: 沈阳科威专利代理有限责任公司 21101 代理人: 王勇
地址: 110169 辽宁省*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 煤质 分析 红外 结构 参数
【说明书】:

发明涉及煤质分析的红外结构参数法,主要解决目前的常规煤质分析方法无法对煤的大分子键合结构进行有效表征,因此不能有效预测和评价煤在热化学转化过程中的反应性的问题,是一种方便、稳定、合理、全面且普适的表征真实煤大分子键合结构的煤质分析方法;首先将煤样4000~400cm‑1波数范围的原始红外谱图划分为六个波段,然后定义各个波段的基线,并对每个波段的原始谱线进行曲线拟合处理,分解出若干个拟合子峰,之后计算每个拟合子峰的面积,并确定其归属,最后构建并计算一系列科学合理且表征意义明确的红外结构参数,通过比较不同煤样上述红外结构参数值的相对高低,从分子结构的层面对每个煤样的煤质特征进行综合分析与评价。

技术领域

本发明属于能源与环境技术领域,涉及对目前广泛应用的煤质分析方法的补充和创新,具体地说是涉及煤质分析的红外结构参数法。

背景技术

煤的结构与反应性之间的关系作为煤化学研究领域的核心问题,其不仅是化学科学相关基础研究的重要扩展,更是众多煤炭加工转化技术,如气化、焦化、液化技术发展进步的理论根基。探索煤的结构与反应性之间的关系,根本前提是实现对二者的有效表征。然而,由于煤组份的复杂性以及煤种的多样性,目前还没有一种能够在分子层面有效解析真实煤结构的方法。长期以来,工业分析、元素分析以及岩相分析等煤质分析技术组成了科学研究及工业应用领域表征煤结构的常规方法体系。虽然这些煤质分析技术和方法在以煤为原料的生产工艺流程和反应器设计、工艺系统及设备运行参数的指导等方面发挥了重要作用,但也存在着明显的缺陷和不足。

工业分析得到的是测试条件下煤整体的水分、挥发分、固定碳及灰分含量,而并没有给出关于煤化学结构的有效数据,严格意义上讲,其属于反应性的测试范畴,对表征煤结构的意义十分有限。元素分析提供了组成煤的C、H、O、N、S五种元素的含量,看似是对煤化学组成的定量表征,然而其结果仅是非均质煤的几种原子含量的宏观平均值,忽略了决定各种原子之间结合方式的化学键信息,因此也不能有效反应煤的大分子结构。岩相分析基于煤中不同组分之间光学特性的差异,将煤分成若干有机及矿物亚组并给出各自的含量,显然其并不能给出任何明确的化学信息。综上所述,目前广泛应用的煤质分析技术和方法均是基于煤的某些外部特征、平均属性或宏观性质,而缺乏对煤大分子键合结构的表征。

任何化学反应的本质都是化学键的断裂和重组。因此,决定煤反应性的根本因素是组成煤的各种原子之间的化学键的分布特征。所以,对煤大分子键合结构的有效表征,是预测和评价煤在热化学转化过程中的反应性的根本前提,也是煤质分析的最终目的和理想目标。特别地,对于煤直接液化、间接液化、焦化等以热解反应为主的热转化技术,有效表征和评价原料煤大分子化学键的分布特征,能够为化学产品和副产品的品质预测提供最直接的科学依据。

红外光谱作为一种测试分析技术,自上世纪40年代一经开发,就几乎被立即应用于煤化学组成的表征。红外谱图能够给出煤中多种官能团的结构信息,而这些信息是对煤大分子化学键分布特征的直接描述。虽然此项分析技术已经提供了关于煤抽提、熟化、氧化、液化及碳化过程的丰富信息,但长久以来,一些方法论方面的缺陷限制着其在表征煤质特性方面应用的合理性和广泛性。具体地说,可分为以下几个方面:

1、缺乏对煤红外谱图的全波段分析,因此对煤质特性的表征并不充分和完整。目前,在全世界范围内,所有利用红外光谱对煤大分子化学结构进行的分析,均仅仅是针对煤的红外谱图中的某一局部波段展开,而尚未出现基于4000~400cm-1的全波段范围的红外谱图的分析。因此,目前所有的红外光谱分析均不能实现对煤质特性的完整表征。

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