There are three related studies within this thesis that examine the relationships between the properties of coals and the characteristics of the chars produced during rapid pyrolysis in a laboratory based Entrained Flow Reactor (EFR) which simulates the rapid rates of heating (104 to 105 °C s-1 ) typical of pulverised fuel boilers. The first study, using a suite of nine coals, investigates the influence of coal rank upon the generation of specific types of char, their respective physical and structural characteristics and their relative combustabilities. The second study, using a suite of twenty-two coals, examines various coal characterisation techniques and the correlations between those techniques and the associated char, and specifically investigates petrographic techniques as a means of characterising coal feedstock. The third study, using freshly mined coals, investigates the effects of oxidation (100°C, air) and weathering (ambient) upon standard analytical techniques and relates such changes to the physical, structural and combustion characteristics of the associated char. There is a common relationship between the elemental oxygen content of the parent coal and the generation of specific types of char for both vitrinite rich coals of differing coal rank and for the oxidised or weathered coals. There is also an inverse relationship (R 2 = 0.97) between the elemental oxygen content of a vitrinite rich coal and the proportion of cenospheres generated by pyrolysis at 1000°C using the EFR. Furthermore, the enhancement of char combustion at 1000°C (in an EFR) is related to the physical and structural characteristics of the char, i.e. the presence or absence of porosity (visible using SEM and TEM), the CO2 surface area and optical texture. A relationship exists (R2 = 0.83) between the morphology of a char (1000°C / N2) and the petrographic composition of the parent coal. The new term microlithotype, is an amalgamation of various vitrinite rich microlithotype classes that simplifies the nomenclature. A combination of calorific value, microlithotype, and coal rank (vitrinite reflectance) illustrates the influence of petrographic composition upon calorific value and also suggests a 'Province' dependency amongst the Cretaceous/Tertiary and Carboniferous coals studied. The coal properties calorific value, microlithotype, and coal rank can be related (R 2 = 0.91) to the proportion of porous chars for the Cretaceous/Tertiary suite of coals, illustrating the use of multivariate analyses when characterising coal feedstock. The effects of oxidation and weathering upon vitrinite fluorescence is also reported. The oxidation of coal at 100°C produces rims of quenched fluorescence which are not apparent within the weathered coals. Furthermore, the intensity of fluorescence at 650 nm (1650) decreases due to progressive oxidation or weathering, but decreases at a rate that is dependent upon the severity (temperature) of the conditions employed. The proposed oxidation quotient (0/Q = I65W%Romax) is a sensitive indicator of the oxidative conditions up to 100°C.

No description available.

Στην παρούσα διατριβή διερευνώνται οι διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο τυρφογενές στρώμα, έτσι ώστε να ανιχνευθούν οι μεταβολές των φυσικών, πετρογραφικών και χημικών χαρακτηριστικών των οργανικών ιζημάτων συναρτήσει των παραμέτρων τυρφογένεσης, όπως το κλίμα και οι τοπικές γεωλογικές συνθήκες. Απώτερο στόχο συνιστά η μοντελοποίηση παλαιοπεριβαλλόντων γένεσης των γαιανθράκων. Τέλος αξιολογείται η συμπεριφορά των ορυκτών, η γεωχημική συγγένεια και η κινητικότητα των ιχνοστοιχείων σε ενδεχόμενη αξιοποίηση της τύρφης για ενεργειακούς σκοπούς. Η έρευνα εστιάστηκε στους τυρφώνες Φιλίππων (Ν. Καβάλας) και Νησιού (Ν. Πέλλας) στη Βόρεια Ελλάδα και στον παράκτιο τυρφώνα του Κεριού (Ν. Ζακύνθου). Εξετάστηκαν τα ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά των οργανικών και ανοργάνων ιζημάτων που πληρούν τους τυρφώνες, αλλά και τα αντίστοιχα τυρφογενετικά φυτικά είδη, που αναπτύσσονται στους ενεργούς τυρφώνες Νησιού και Κεριού. Συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκαν προσεγγιστική και στοιχειακή ανάλυση, ορυκτολογικοί προσδιορισμοί, εξέταση στιλπνών τομών με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης, αναλύσεις τόσο της ανόργανης χημικής σύστασης (XRF, ICP/OES, ICP/MS), όσο και της οργανικής χημικής σύστασης (13C CP/MAS NMR, FTIR, py-GC/MS), όπως επίσης και ανθρακοπετρογραφικοί προσδιορισμοί. Αναφορικά με τους ορυκτολογικούς προσδιορισμούς εφαρμόστηκε μέθοδος πλήρους ποσοτικοποίησης των ορυκτών φάσεων με εφαρμογή περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ σε ξηρό δείγμα, συνυπολογίζοντας την επίδραση του οργανικού υλικού. Αξιολογήθηκε επίσης η εφαρμογή περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ σε υπολείμματα οξείδωσης της τύρφης. Οι τυρφώνες Φιλίππων και Νησιού συνιστούν παρόμοια περιβάλλοντα τυρφογένεσης, καθώς και οι δύο αναπτύσσονται σε ενδοηπειρωτικές λεκάνες, των οποίων η βύθιση ελέγχεται κυρίως από τεκτονικούς παράγοντες, με την ανάπτυξη παρόμοιων τυρφογενετικών φυτικών ειδών, όπως Cyperaceae και ειδικότερα το ασβεστόφιλο Cladium mariscus και διάφορα Carex spp., ενώ επηρεάζονται στη σύγχρονη εξέλιξή τους τουλάχιστον και οι δύο από καρστικούς υδροφόρους, συνιστώντας τοπογενείς ποωτυρφώνες, με κύριο μορφολογικό χαρακτηριστικό την παρουσία εξάρσεων (hummocks). Αντίθετα στο Κερί η τυρφογένεση αναπτύχθηκε σε παράκτιο περιβάλλον με τη βύθιση (δηλ. το πλημμύρισμα) να ελέγχεται τόσο από τεκτονικούς παράγοντες, όσο και από τις ευστατικές κινήσεις της θάλασσας, και το πεδίο χαρακτηρίζεται ως υφάλμυρος ποωτυρφώνας. Στο Κερί πέρα από ελόφυτα γλυκών νερών, αναπτύσσονται και είδη υφάλμυρων οικολογικών συνθηκών, όπως Scirpus maritimus και Juncus maritimus, λόγω της υφαλμύρινσης του υδροφόρου ορίζοντα. Με βάση τα χαρακτηριστικά τυρφογένεσης στους τρεις τυρφώνες τροποποιήθηκαν οι δείκτες φάσεων, που χρησιμοποιούνται στη γεωλογία γαιανθράκων, έτσι ώστε να αντανακλούν καλύτερα τις συγγενετικές διεργασίες στο ακρότελμα. Επιπρόσθετα περιγράφονται τόσο ποιοτικά, όσο και ποσοτικά τα χαρακτηριστικά των ιζημάτων στο τελματικό και το λιμνοτελματικό πεδίο, ενώ εκτιμάται επίσης και η πορεία της ενανθράκωσης των υπό μελέτη οργανογενών ιζημάτων, έτσι ώστε να εξαχθούν διαγνωστικές παράμετροι εφαρμογής στα παλαιοπεριβάλλοντα τυρφογένεσης. / The present study focuses on the processes taking place in the peatigenic layer (acrotelma), in order to trace the alteration of physical, chemical and petrographical features of the organic sediments in connection with the peat-forming factors. The ulterior aim is to propose a model for interpreting the coal-forming palaeoenvorinmental conditions. Finally, the mobility of the toxic trace elements is evaluated, in case of peat utilization for power generation in the future. Cores from the peatlands of Philippi (Prefecture of Kavala) and Nissi (Prefecture of Pella) in Northern Greece and of Keri (Zakynthos Island) in Southern Greece, were examined. The objective was to determine the qualitative and quantitative characteristics of the organogenic sediments hosted in the peatlands and additionally, of the peat-forming plants that grow on the surface of the Nissi and Keri mires. A series of laboratory examinations were performed on the collected samples, including proximate and ultimate analyses, mineralogical determinations by applying X-ray diffraction and SEM, inorganic geochemical analyses using XRF, ICP-OES and ICP-MS, organic geochemical analyses using 13C CP/MAS NMR, FTIR and py-GC/MS techniques and organic petrographical examinations on intact samples. Regarding the mineralogical determinations a method for full quantification of the mineral phases has been developed taking into account the pattern of the organic phases. Additionally the application of X-ray diffraction in oxidized peat residues has been evaluated. The Philippi and Nissi peatlands comprise similar peat-forming environments, since: (a) both developed in intermontane basins, the subsidence of which is controlled mainly by the tectonic activity, (b) Cyperaceae, mainly Cladium mariscus and various Carex spp., constitutes the main peat-forming plants, (c) whereas both are affected by karstic waters. They are fens for most of the peat accumulation period. On the contrary, in Keri the peat accumulation developed in a coastal environment due to paludification controlled both by the tectonic activity and the eustatic sea level changes, and the environment is characterized as a brackish mire, where additionally Scirpus maritimus και Juncus maritimus thrive. Taking in consideration the peat-forming features in the three studied peatlands the coal facies indices were modified in order to reflect more precisely the syngenetic processes in the acrotelma. Additionally a model is provided that describes both qualitatively and quantitatively the characteristics of the organogenic sediments deposited in the telmatic and the limnotelmatic fields. Furthermore, the coalification pathways of the studied sediments are interpreted, in order to obtain diagnostic parameters that can be applied to coal palaeoenvironmental studies.