干燥提质对褐煤表面结构的影响

 在回转干燥器中,以气体热载体内热式干燥工艺对褐煤进行干燥,分别利用化学分析法、FTIR法、BET法,分析了煤样中含氧官能团含量随干燥温度的变化;不同干燥煤样的比表面积和孔容积变化;明确了气体热载体内热式干燥工艺对褐煤表面结构的影响。实验结果表明,煤样中含氧官能团含量随干燥温度的升高而降低,在280℃之前主要脱除羧基,280℃之后主要脱除酚羟基;在温度低于330℃时,孔容积和比表面积随温度升高逐渐减小,380℃时显著增大。     

干燥强度对褐煤孔隙结构及水分复吸的影响

为考察干燥强度对褐煤孔隙结构及水分复吸的影响,以宝日希勒褐煤为研究对象,在恒温200℃条件下进行了4种不同强度的干燥试验,得到了不同全水分的干燥煤样。采用低温氮吸附法分析了褐煤的孔隙结构特征,并对原煤及不同干燥强度煤样的孔径分布、孔体积和比表面积进行了表征。试验结果表明:在恒温200℃干燥过程中褐煤煤质无明显变化;原煤及不同干燥强度煤样的孔隙结构特征基本一致,等温吸附曲线均属第Ⅱ类,吸附回线均属H3型;随干燥强度的增加,煤样的比表面积先减小后增大,总孔体积和平均孔径逐渐增大。复吸试验结果表明,不同干燥强度煤样的水分复吸量随中孔的增加而增大,选择适宜的干燥强度来减少中孔的增加是抑制褐煤水分复吸的有效途径。     

水热提质对昭通褐煤理化特性影响

通过对水热提质后煤的复吸程度、红外光谱、孔容测定,考察了水热处理对昭通褐煤表面性质以及孔隙结构的影响。结果表明,提质终温是影响褐煤复吸程度的关键因素,300℃时煤样复吸率最低,仅为6%;褐煤的分子结构发生变化,含氧官能团数量随温度升高而降低;水热提质改变了煤的孔隙结构,孔容随温度升高而增大,随压强升高呈现先降低后升高的曲线型波动,在5 MPa左右孔容达到极小值,在8 MPa时孔容最大。     

褐煤干燥后水分复吸规律及平衡含水率预测

为研究干燥温度及环境温湿度对我国褐煤干燥后水分复吸的影响,通过恒温恒湿箱对经过不同干燥温度（80,120,160 ℃）处理后的海拉尔褐煤、云南褐煤、霍林河褐煤进行不同相对湿度（50%,70%,90%）、不同吸湿温度（20,30,40 ℃）条件下的水分复吸实验。研究表明,相对湿度对褐煤平衡含水率影响最大。随着吸湿温度升高,褐煤平衡含水率先增加后减小,不同于以往认为的一直减小的规律。通过饱和溶液法进一步检测了褐煤在相对湿度0～100%范围内等温条件下水分复吸的平衡含水率,发现其随相对湿度增加呈“S”型曲线变化,Chung-Pfost模型能够很好地预测褐煤水分复吸的平衡含水率。     

低阶煤中含氧官能团干燥前后的演变规律

采用傅里叶红外光谱法对经不同干燥过程前后低阶煤中官能团进行研究,基于拟合处理方法分析了煤中主要官能团在干燥过程中的变化规律。结果表明,在低温干燥和高温干燥过程中,随干燥温度的增加,低阶煤中主要官能团均呈现先减少后增加的趋势。当低温干燥温度超过190 ℃,高温干燥温度超过600 ℃时,煤中主要官能团增多,表明该煤被严重氧化。在模拟烟气干燥过程中,亚甲基是低阶煤脂肪烃结构中最易被氧化的部分,烟气中含氧量越高,煤受氧气氧化作用越强。在高温600 ℃模拟烟气干燥过程中,干燥介质中的氧气主要氧化煤分子结构中的芳香烃,干燥后低阶煤的自燃倾向性最弱,不易发生复吸现象。     

褐煤同参数液态水热和蒸汽水热提质对比

通过改变煤水布置方式,分别对霍林河褐煤进行同参数下液态水热提质和蒸汽水热提质处理,考察不同水热提质方法对褐煤理化结构和水分复吸特性的影响。实验结果表明,蒸汽水热处理与液态水热处理的脱水、提质效果相似,但前者能有效降低有机组分损失,提高褐煤产率。随温度升高,两种水热提质煤孔隙结构均呈现先增长后减小趋势,但蒸汽水热提质煤孔结构在250℃以后才发生明显下降。随温度升高,水分形态对含氧官能团脱除的影响逐渐减弱,但液态水热处理对褐煤中脂肪族等有机结构降解作用更强。在300~350℃,由于含氧官能团的脱除和孔结构收缩,两种水热处理均对褐煤水分复吸行为有显著抑制作用,但采用蒸汽水热处理能有效降低固体损失,工程应用前景更好。     

孔隙结构对褐煤干燥动力学的影响

研究了胜利和昭通褐煤在低温(60～140℃)干燥过程中孔隙结构的演变,计算了2种不同结构褐煤脱水过程的有效水分扩散系数(D_(eff)),讨论了褐煤孔隙结构参数和水分扩散特性参数的关系。结果表明,胜利褐煤的孔隙结构以开放的圆柱形孔隙、平行壁状狭缝孔和尖劈型毛细孔为主;而昭通褐煤以一端封闭的不透气性孔为主。随着干燥时间增加,2种褐煤比表面积均减小,平均孔径变化趋势与孔容变化相反。随着干燥温度升高,2种褐煤比表面积、孔容、平均孔径均增大,平均孔径变化趋势与孔容变化相同。关联动力学参数表明,煤样的孔容比及比表面积都与D_(eff)有较好关联度,2种褐煤的孔容比与比表面积呈正相关;水分扩散系数更是与比表面积呈线性关系。胜利褐煤在孔径小于7 nm时孔容比随温度的升高而增大;而孔径区间介于7～10 nm的孔容比随温度的升高而减小。昭通褐煤在孔径小于10 nm的孔容比随温度的升高而增大;而孔径区间介于10～20 nm的孔容比随温度的升高而减小。2种褐煤的D_(eff)均受微孔及较小孔径的中孔控制。同时,计算得出低温干燥过程胜利褐煤的活化能(16.95 kJ/mol)低于昭通褐煤(21.84 kJ/mol),这说明相同条件下胜利褐煤脱水所克服的能垒更低。     

褐煤微波脱水过程中水分的迁移规律和界面改性研究

针对褐煤脱水能耗高、易复吸的难题,运用自制微波脱水系统,对蒙东褐煤进行5种不同功率和4种不同粒度的脱水实验。建立了褐煤微波脱水的数学模型并采用有限差分法求解,实验结果与模型计算结果吻合良好。采用扫描电镜(SEM)和低温氮吸附仪测定脱水前后煤样的表面形态和孔隙结构。采用化学滴定法测定羧基和酚羟基官能团的变化。通过恒温恒湿复吸实验和热重分析确定煤样的复吸和自燃特性。发现微波脱水后褐煤复吸水分远低于热风干燥褐煤的19.87%,着火点也由原煤的275 ℃提高到295 ℃以上。说明微波脱水后褐煤的界面稳定性得到改善,不易复吸和自燃。     

褐煤经微波改性后界面性质的变化对其成浆性的影响

在900 W功率下考察了不同微波辐照时间对褐煤界面性质的影响,同时考察了这些变化对褐煤成浆性的影响。利用化学滴定法、低温氮吸附法和扫描电镜,探讨了煤样的表面含氧官能团、孔隙结构、表面形貌及分形维数在微波辐照后的变化。试验结果表明:随着微波辐照时间的增加,褐煤的含水率及脱水速率逐渐降低;褐煤表面含氧官能团含量逐渐降低;煤样的比表面积先升高后逐渐降低,平均孔径和孔体积均先降低然后再逐渐升高;煤粒表面逐渐趋于平整光滑;煤样孔隙的分形维数逐渐减小。将这些煤样制浆后发现褐煤的定黏浓度由原煤的51.3%上升到微波辐照12 min时的54.58%。     

脱水褐煤复吸特性及孔结构对复吸影响研究

 对蒙东白音华褐煤进行不同温度热空气干燥后,考察了不同温度脱水褐煤的复吸情况,利用低温氮吸附法测定脱水褐煤的孔结构性质变化对脱水褐煤复吸的影响,并对复吸曲线进行NFLS拟合。结果表明：随着脱水温度的升高,相同复吸条件下脱水褐煤平衡复吸水分增量增加;孔容和比表面积增大,脱水褐煤复吸能力增强;复吸曲线拟合符合ExpAssoc模型。     

微波吸收剂对褐煤微波提质的影响规律

褐煤微波辐照过程中,仅有煤中的水分和微量物组分对微波的吸收能力强,如果在微波辐照过程中添加吸收微波能力强的微波吸收剂,可以加强褐煤微波提质过程。以褐煤半焦和活性炭为微波吸收剂,运用微波干燥试验设备,对锡林郭勒褐煤进行了微波干燥脱水试验研究,分析了微波场中吸收剂对褐煤水分脱除的影响规律,探索了吸收剂对微波提质褐煤的理化特性的提升机理。结果表明:加入微波吸收剂后的微波提质过程依然遵循微波脱水提质的预热,升速和等速干燥;微波提质褐煤的煤质明显提高,含氧官能团数量降低,自燃情况得到抑制。与没添加吸收剂煤样相比,加入微波吸收剂后的提质煤样水分含量降低1.6%、脱水率提高了9.46%、脱水速率提高了0.013%/s;碳元素含量提高2%、氧含量降低0.8%;干燥无灰基低位发热量增加1 059.318 k J/kg和干燥无灰基高位发热量增加了1 059.99 k J/kg;燃点最高可提高23℃。     

褐煤干燥特性与动力学研究

褐煤粒径分布宽,成分多样,初始含水率多变,干燥特性复杂。考察了粒度、密度、初始含水率和温度对褐煤干燥特性的影响,得到了褐煤含水率随干燥时间的变化规律,建立了褐煤干燥动力学方程。结果表明：褐煤干燥经历快速干燥和慢速干燥两个阶段,干燥速率随密度和温度增大而增大,随粒度、初始含水率增大而减小|干燥动力学最佳模型为Page模型,模型常数与粒度、密度、初始含水率和温度有经验关系,方程能较好地预测干燥过程中褐煤的动态含水率。     

基于~1H-NMR的胜利褐煤原位低温干燥过程中弛豫时间及孔结构变化

传统煤水分测定对煤样有破坏,同时BET法在煤孔结构测试中也遇到许多困难。利用1H-NMR研究褐煤低温干燥过程中水分赋存状态及孔结构变化,包括原位干燥过程中褐煤水分横向弛豫时间T2的动态发展及孔结构变化规律。结果表明:空气自然干燥状态下,胜利褐煤中不冻水和束缚水占绝大多数,其中束缚水结合力较弱。在50℃前,部分束缚水较易脱附;干燥后冷却样品中残余水的束缚性随处理温度的升高而增加;105℃干燥脱水后,微孔增加,中孔比例减少,大孔或裂隙增加,残余水分保留在10 nm以下孔隙中,为不冻水;此时含水孔隙仅占全部孔隙的19%,远小于原煤(58%)。1H-NMR可以在无损伤情况下连续监测煤中水分、孔结构的分布变化,更适用于煤水分及孔结构的测定。     

细粒褐煤干燥的影响因素研究

利用红外水分仪对3mm以下细粒褐煤进行干燥实验,主要研究了粒径、温度、灰分和重介质对干燥效果的影响,并使用有效水分扩散系数对干燥效果进行动力学分析,结果表明:温度和粒径对细粒褐煤干燥效果有重要影响,随着粒径的减小,干燥速率增大,有效水分扩散系数减小;随着温度的升高,干燥速率增大,有效水分扩散系数增大;灰分含量的提高,使干燥速率降低,有效水分扩散系数减小;添加重介质(磁铁矿粉和磁珠)后,干燥性能会变强,其中加磁珠时干燥效果最好,在磁珠含量占50%时可以达到最佳的干燥效果。     

高温高压平衡水条件下煤吸附CH4实验

以北皂矿的褐煤、蔡园矿的气煤、西曲矿的焦煤和古汉山矿的无烟煤作为研究煤样,模拟深部煤层的实际温度、压力和水分含量条件,进行高温高压平衡水条件下煤吸附CH4实验.实验结果表明：褐煤的朗格缪尔体积(VL)随温度的升高而减小;焦煤的朗格缪尔体积随温度的升高而增大;气煤和无烟煤的朗格缪尔体积随温度的升高先增大,后减小。研究表明：煤层埋藏深度增加,温度增高,吸附量减小;温度增高,平衡水分含量降低;平衡水分含量降低,吸附量增大.高温高压平衡水条件下煤吸附CH4的实验结果表现的特性是由于压力、温度和水分对煤吸附的综合作用的结果.在开展深部煤层等温吸附实验研究时,应该选用与模拟深度相对应的温度下平衡水含量的煤样。     

微波场中褐煤水分脱除规律及影响因素分析

为高效便捷地脱除褐煤中的水分,以提高褐煤品质,运用微波干燥实验设备,对锡林郭勒褐煤进行微波干燥脱水及影响因素试验,分析了微波场中褐煤水分脱除规律,探索了煤颗粒粒度、微波辐射功率和初始含水率对微波干燥脱水的影响。结果表明,褐煤微波干燥存在预热、压力升高、恒速干燥和降速干燥4个阶段。预热阶段褐煤温度迅速上升,含水率基本不变。压力升高阶段内部蒸汽压力迅速升高,形成较高的总压力差,促使渗透流出现,脱水率显著增大。恒速干燥阶段蒸汽压力和脱水率保持不变。降速干燥阶段,脱水率下降,温度升高。粒度在0.6~3.0 mm时,干燥速率最快,最大为11%/min。辐射功率小于600 W时,功率越大,干燥速率越快,温升越快。初始含水率越高干燥速率越快,温升越慢。