褐煤弱氧化改质脱水水质对比分析

为实现褐煤提质并解决褐煤主产地干旱缺水问题,采用自行设计的固定床反应器及电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)对锡林郭勒褐煤进行不同干燥介质脱水并对冷凝水水质进行对比分析,同时对不同干燥温度下的煤样在干燥过程中产生的气体产率也进行了研究。结果表明:两种不同粒径煤样随着干燥时间延长,煤样含水率逐渐降低,且脱水温度越高,含水率越低。相同干燥条件下,0.5~0mm煤样冷凝水中COD、BOD、NH_3-N和TON值略大于6~3mm煤样。四种重金属离子的析出量均随着脱水温度的升高而逐渐增大,但煤样干燥冷凝水中重金属离子含量远低于地表水环境质量V类标准基本项目标准限值。氧气作为干燥介质时,CO_2和CO的产生除了煤样自身发生分解之外,另一部分CO_2和CO的产生来自煤样在干燥过程中发生的弱氧化反应。     

温度对无烟煤等温脱水影响的试验研究

通过对外加平衡水无烟煤在等温干燥作用下水分迁移途径与变化规律的研究,建立了无烟煤脱水的数学模型,取0.2～0.25 mm粒径无烟煤,分别在75、105℃等条件下进行失水规律试验,得到不同温度条件下0.20～0.25 mm粒径煤样,临界含水率X_(c1)含水率X临界含水率X_(c2)阶段失水速率拟合曲线。试验所测同一粒径煤样,临界含水率X_(c1)含水率X临界含水率X_(c2)阶段失水速率v与温度T呈二次多项式关系,关系满足v=-0.000 3T~2+0.062T-2.444 4,相关系数R~2=0.902。由该公式可知同一粒径煤样90℃以下时提高温度可以显著加快煤样失水速度,当干燥温度提高到约90℃以上时为0.47 mm时,失水速度并未随温度的升高而显著增大。     

干燥温度对褐煤干燥后复吸特性的影响

采用自制卧式干燥实验台,制得不同干燥温度下的褐煤煤样,采用核磁共振法测定干燥试样的有效含水孔隙,采用傅里叶红外法测定试样的表面含氧官能团,使用自制复吸实验装置测定不同干燥程度褐煤煤样的平衡含水率。实验结果表明,对于低温干燥褐煤(干燥温度为140~230℃,干燥时间为10 min),干燥温度对褐煤的有效含水孔隙体积影响较小,对主要含氧官能团影响较大,煤中主要含氧官能团表现为随干燥温度升高先减少后增加。对于高温干燥褐煤(干燥温度为600~800℃,干燥时间为30 s),干燥温度对褐煤的有效含水孔隙体积和含氧官能团均有较大影响,表现为随干燥温度升高有效含水孔隙体积减少,含氧官能团增多。不同干燥条件下,干燥褐煤的复吸特性影响因素不同,低温干燥条件下,干燥温度通过改变褐煤含氧官能团数量来影响干燥褐煤复吸特性,而有效含水孔隙结构是高温干燥褐煤平衡含水量的主导因素。     

基于振动混流技术的褐煤干燥试验研究

以SZ-200 t/h型振动混流干燥系统为研究对象,在不同热风温度、褐煤粒径及给煤量工况条件下进行了神华金峰矿褐煤干燥特性的试验研究,探讨了煤样粒径、给煤量、入口风温等因素对褐煤干燥特性的影响规律。结果表明:在干燥温度一定的工况下,褐煤粒径对干燥速率影响高于给煤量的影响,而且粒径越小,褐煤气化的比表面就越大,从而大大加速了干燥过程,粒径是影响换热的主要因素;提高干燥热风温度,减小褐煤粒径及给煤量,褐煤干燥效果越好、品质越高,即去水率越大,发热量越高,同时干燥速率也越大。     

不同含水及负压条件下煤层气等温吸附解吸规律

为了探究水分含量和负压对煤层气等温吸附、解吸特征的影响,采用大样量煤层气吸附/解吸仿真试验设备对鄂尔多斯盆地东缘北部煤矿煤样进行煤层气常规等温吸附解吸过程和负压解吸过程的实验室模拟,通过将煤样进行处理得到干燥煤样、平衡水煤样、饱和水煤样3种不同含水饱和度煤样,分别对其进行等温吸附测试、常规等温解吸测试和负压解吸测试,得到了煤样在不同含水饱和度、不同负压条件下的压力与吸附量实测数据,并采用不同的吸附/解吸方程式进行拟合。通过对比分析,研究了水分对等温吸附过程、解吸过程以及负压对解吸过程的影响,并从分子间作用力的角度解释了水分对等温吸附解吸过程的影响。结果表明:煤样解吸过程与吸附过程不可逆,存在解吸滞后;由于水分子与煤分子间的作用力大于甲烷分子与煤分子间的作用力,水分在与甲烷的竞争吸附中具有优势,煤样含水率越高,其吸附甲烷的能力越低;煤样含水率较低时,含水对煤岩降压解吸影响不明显;当煤样含水率高于某一值时,外来水分抑制煤层气降压解吸,分析认为这可能与煤样的物质组成和煤分子结构有关;由于水分对甲烷的置换解吸作用,若水力压裂过程中压裂液滤失严重,将降低煤层吸附气量,延长排水降压阶段,减少累计产气量,因此应严格控制压裂液滤失;负压解吸阶段,单位压降引起的解吸量更大,说明负压排采增产措施具有潜力。     

内蒙古扎赉诺尔褐煤低温热处理提质研究

通过对华能扎赉诺尔煤业公司生产的褐煤的恒温干燥、显微红外试验、X射线光电子谱(XPS)、热重及扫描电子显微(SEM)试验,表征和展现了褐煤煤样的基础性能,从而得出褐煤干燥可分为升速干燥提质阶段和降速干燥提质阶段,煤样颗粒表面与内部温差越大,颗粒水分扩散驱动力越强,有效水分扩散系数越大,越有利于干燥的进行。并且褐煤干燥时应尽可能在氮气流中进行,温度控制在361℃内,以防止褐煤热解;干燥后煤样表面失去原有的平整和致密结构,出现大量不规则且大小不等的团块和颗粒,孔隙和裂隙明显增多,因此在一定程度上将会增大干燥后褐煤的复吸现象,不利于后期干燥褐煤的储存、运输。     

煤变质程度对煤自燃特性的影响

为了更好地研究煤变质程度对煤自燃特性的影响,选取常村无烟煤、东欢坨气煤、崔矿褐煤等5种不同变质程度的煤样作为实验对象,利用差示扫描量热仪(DSC),通过实验得到不同变质程度煤样的热流差零值点温度、吸热峰峰值温度,吸、放热速率等数据。研究表明：变质程度越高的煤,其热流差零值点温度越高,吸热峰峰值温度越低;变质程度最高的无烟煤吸、放热速率最慢,变质程度最低的褐煤吸热速率最快。变质程度高的煤更不容易自燃。     

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。     

不同煤种接触角及润湿性规律探究

为了确定粗糙度、表面活性剂以及变质程度对煤表面疏水性和润湿性的影响,选用5种不同变质程度的煤,测定了不同表面粗糙度煤样的表面接触角。并采用OWRK法理论模型计算不同变质程度、不同粗糙度煤的表面能。结果表明,粗糙度会影响煤表面的疏水性和润湿性,试验表明所选用的砂纸目数越小,煤样表面所测得接触角值越小,疏水性越差,煤表面能越大。不同表面活性剂对不同变质程度煤表面的润湿能力不同,对于褐煤和气煤,SDBS的润湿性最好,随着变质程度的增加,OP-10的润湿性较好;同一表面活性剂的不同浓度溶液,表面张力越小,润湿性越强;表面活性剂浓度在接近临界胶束浓度(CMC)时润湿效果较好。     

不同变质程度煤燃烧阶段链烃生成规律

为研究封闭火区内不同煤种生成气体组分及变化规律,选取平庄矿褐煤、王营矿气煤、朱仙庄矿焦煤和马堡矿瘦煤为试验煤样,通过热重确定了煤燃烧阶段的温度范围。采用双管电炉自制程序升温燃烧试验对4种不同变质程度的煤进行燃烧,对生成的链烃初现温度、体积分数及氧浓度变化规律进行了分析。研究结果表明:褐煤、气煤、焦煤和瘦煤燃烧阶段温度分别为247~433,279~542,313~574和333~618℃;煤变质程度越高,则其生成链烃气体的体积分数越小且耗氧量越大。当发生火灾事故且封闭火区后,可以综合考虑煤变质程度与火区监测的链烃生成量等因素,并根据链烃气体与温度的变化规律判定封闭火区火势发展状况,为进一步开展灭火奠定基础。     

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。     

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。     

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。     

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℃。     

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。     

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。     

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。