干燥脱水对褐煤理化结构和加氢转化性能的影响

通过低温干燥法脱除一种褐煤中的水分,并采用低场核磁共振、傅里叶变换红外光谱、物理吸附和扫描电镜等方法对脱水过程中褐煤中水分的赋存状态、褐煤的化学组成、表面孔结构及微观形貌等特征进行了表征,结合脱水前后褐煤在煤/油加氢共炼过程中转化率的变化情况,深入了解褐煤中水分对褐煤理化结构和加氢转化性能的影响。研究结果表明,褐煤中水分的脱除分为2个阶段,第1个阶段为准稳态干燥阶段,水分基本脱除,且脱除速度较快;第2个阶段为降速干燥阶段,水分的脱除量较小。该褐煤中的水分存在不冻水、吸附水、颗粒间水和自由水4种赋存状态,其中吸附水与不冻水占绝大比例,在准稳态干燥阶段较易脱除,剩余水分更多地存在于褐煤的微孔中,且自由度不断降低。通过低温干燥,褐煤中水分质量分数降低,C/H原子增加,煤的高位发热量增加程度较大,表明脱水过程对褐煤具有明显的提质效果。脱水后褐煤的固定碳与挥发分质量比、表面官能团种类基本不变,表明脱水过程对褐煤分子结构影响较小。然而,随着脱水程度的提高,褐煤更易破碎,平均孔径逐渐减小,BET比表面积和孔容逐渐增加,均在低温干燥两个阶段的分界处达到极值。此外,水分的脱除可明显提高褐煤在煤/油加氢共炼反应中的转化率和油收率,与未脱水时的褐煤(水分质量分数为15.65%)相比,水分质量分数降低至0.52%时褐煤的转化率提高了12.82%,油收率提高了11.79%,在此过程中,吸附水与不冻水为主要脱除组分,颗粒间水和自由水质量分数以及褐煤分子结构基本不变,说明褐煤中的吸附水与不冻水是影响褐煤加氢转化的重要组分。