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煤中汞、氟、氯在煤转化过程对大气环境和人类健康造成的危害日益引起人们的关注。随着人们环境保护意识的增强和环境保护法规的日趋严格，对煤中汞、氟、氯的研究成为煤转化领域的重点研究课题之一。目前由于分析手段的限制，对于煤中汞、氟、氯在煤转化过程中随温度的阶段析出行为未有明确的认识。而认识这些元素的阶段析出行为，对于开发煤在预处理和热转化过程中的脱除技术具有重要的指导意义。同时也有助于深入认识这些元素在煤中的赋存形态，以及氟、氯等卤素元素对气相元素汞生成的影响。
本论文将热解反应系统和元素汞检测系统耦合，建立了煤热分解过程气相元素汞生成特性的在线分析系统(TPD/IHD-AFS)，考察了16种煤在不同气氛下热解过程中气态元素汞的阶段生成特征(室温-1200℃)，以及2种煤在不同气氛和温度下气态元素汞的瞬时生成特征(800-1100℃)；通过对不同热解条件下所得半焦的分析，考察了煤中氟、氯在不同热解条件下的阶段逸出行为；对比原煤汞、氟、氯的阶段逸出特征，通过在煤上担载氯化钠和氟化钠等手段，初步考察了氟和氯对煤中汞释放行为的影响；通过对原煤及不同酸洗煤在热解条件下气态元素汞阶段生成特征的分析，考察了汞在煤中的赋存形态。
论文的主要创新之处在于：建立了TPD/IHD-AFS热解/元素汞在线检测分析方法；揭示了汞、氟、氯的阶段逸出特性以及煤中氟、氯对煤热解过程中气相元素汞生成的影响；基于汞、氟、氯的阶段逸出特性，定义了煤中汞、氟、氯的基本赋存形态。
论文的主要进展及结论如下：
1.热解过程中，随温度的升高，煤中汞、氟、氯的释放呈阶段逸出特性。汞的主要逸出温区是：150-400℃，400-600℃和＞800℃；氟、氯的主要逸出温区是：150-350℃，350-750℃和＞870℃。
2.对比原煤汞、氟、氯的阶段逸出特征，煤中汞与氟、氯的释放没有明显的相关性。担载氯化钠或氟化钠的煤，在不同气氛(氮气、二氧化碳以及空气)下程序升温热解过程中，气态元素汞的生成温度区间以及生成产率与原煤基本一致。瞬时升温热解过程中，担载氯化钠或氟化钠的煤，在氮气和二氧化碳气氛下，气态元素汞的产率及释放行为没有明显变化；空气气氛下，气态元素汞的产率有所减少，表现出氟和氯均对元素汞生成的抑制作用。
3.基于原煤及不同酸洗煤中汞的阶段逸出特性，汞在煤中的赋存形态可分为四类，与煤阶有关。对于晋城和汝淇沟等无烟煤，其温度区间为＜300℃、300-600℃以及＞800℃。对于平朔、黑代沟、义马、兖州等烟煤，其温度区间为＜250℃、250-350℃、350-620℃以及＞800℃。对于先锋和霍林河等褐煤，其温度区间为＜220℃和300-550℃、220-300℃、550-600℃以及＞600℃。第一温区类的含汞物质可被HCl洗脱，在煤中与硫酸盐类的矿物质伴/共生；第二温区类的含汞物质在煤中与有机质伴/共生；第三温区类的含汞物质，可被稀HNO3洗脱，在煤中与黄铁矿伴/共生；第四温区类的含汞物质，可被HF洗脱，在煤中与硅酸盐类的矿物质伴/共生。晋城和汝淇沟等无烟煤的第二和第三温区没有明显区别。先锋和霍林河等褐煤第一温区包括＜220℃和300-550℃。
4.基于原煤中氟、氯的阶段逸出特性，氟、氯在煤中的赋存形态可分为三类。低温区类(150-350℃)、中温区类(350-750℃)、高温区类(＞870℃)。
5.煤在氮气气氛下气态元素汞生成的产率最大，在CO2气氛和空气气氛下气态元素汞的生成产率有不同程度的降低。
6.在≥800℃时的瞬时升温热解过程中，煤中的汞伴随着煤样的快速升温，表现出瞬时释放的特点；N2、CO2、空气气氛下汞的总释放率顺序为空气＞CO2＞N2，元素汞产率的顺序为N2＞CO2＞空气。