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摘要
阐明内在矿物质对褐煤加氢热解过程中氮迁移的影响对建立褐煤梯级利用过程中含氮物质污染控制方法，实现褐煤的清洁高效利用具有十分重要的指导意义。研究采用固定床反应器进行胜利褐煤加氢热解实验，考察0.1 MPa～3 MPa下内在矿物质对煤中氮向热解产物NH3、HCN、N2、焦油氮和半焦氮中迁移的影响以及半焦中氮官能团生成的影响。分别采用紫外分光光度计、气相色谱仪和元素分析仪分析气相中的NH3、HCN、N2以及焦油氮和半焦氮，采用X光电子能谱仪(XPS)表征半焦中的氮官能团。结果表明：胜利褐煤加氢热解过程中，内在矿物质催化煤中氮向NH3和N2迁移；内在矿物质对煤中氮向HCN迁移的影响受热解压力影响，压力为0.1 MPa时，内在矿物质明显阻碍煤中氮向HCN迁移，而压力为1 MPa～3 MPa时，内在矿物质基本不影响煤中氮向HCN迁移；内在矿物质阻碍煤中氮向半焦氮和焦油氮迁移；这是由于加氢热解过程中，内在矿物质降低煤热解反应的活化能，致使更多的自由基攻击煤中的含氮杂环，使较多的含氮杂环分解转化为了NH3、N2和HCN；热解反应活化能的降低促进了挥发分生成的增加，延长了挥发分从反应器中析出的时间，加强了挥发分的二次反应，进而促使挥发分中HCN和焦油氮发生二次反应生成NH3。半焦中存在的内在矿物质提高了新生半焦的反应性，加速了半焦与吸附在半焦上的H的反应，促进新生半焦二次反应生成NH3和N2。内在矿物质促进热解半焦中吡啶型氮的生成而抑制半焦中季氮的生成。内在矿物质对褐煤加氢热解过程中氮迁移影响的研究结果将为褐煤的清洁高效利用技术的发展提供基础数据和技术支撑。
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单位河南省科学院质量检验与分析测试研究中心; 中国矿业大学（北京）
