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。     

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。     

维多利亚褐煤的机械热压脱水过程研究

研究了维多利亚褐煤在机械热压系统中,150℃,3~24MPa梯级压力作用下的脱水过程。结果表明,此条件下,最终得到干基水分0.31g/g干煤的样品,脱水率达到66.3%。热压过程分为主固结和次固结阶段,主固结阶段主要是褐煤颗粒间隙和孔隙中水分脱除,脱水速度快,是造成脱水的主要环节;次固结过程,褐煤骨架蠕变变形造成体积减少,脱水速率不断降低。随压力梯级增加,煤中大孔和中孔逐渐坍塌,脱水难度不断增大,主固结环节和次固结环节的脱水速率均逐步降低,但是直到24MPa,水分仍在降低,未达到150℃脱水终点。     

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℃。     

低阶煤干燥过程水分析出动力学行为分析

使用热重分析仪对伊敏褐煤(YM煤)和天池能源次烟煤(TC煤)进行干燥过程实验研究,采用等转化率等方法对低阶煤热重数据进行分析,得到煤中水分析出活化能E。根据求得的活化能,由Achar方程和Coats-Redfern方程确定最概然机理函数,并确定干燥过程级数n和指前因子A。同时,采用差式扫描量热法(DSC)对煤中不同赋存形式的水分进行定量分析,以此验证热重分析结果。结果表明:低阶煤水分析出的活化能E为45~55 k J/mol,干燥过程遵循简单级数模型f(α)=(1-α)n,n≠1。YM煤水分析出活化能为53.28 k J/mol,干燥过程级数n=1.82~1.95,指前因子A=(3.52~3.96)×108s-1;TC煤水分析出活化能为47.44 k J/mol,干燥过程级数n=1.39~1.44,指前因子A=(6.62~8.17)×107s-1。DSC的定量分析结果表明,低阶煤中以自由水和弱束缚水为主的不稳定组分含量达到70%~80%。干燥过程中,自由水先析出,其析出活化能略高于纯水蒸发活化能;强束缚水在干燥末期析出,其析出活化能随干燥过程的进行急剧升高,且远大于纯水蒸发活化能。     

干燥脱水工艺对煤低温氧化活化能影响的研究

以高水分低阶煤为研究对象,考察了煤的低温干燥脱水工艺条件,并采用热重分析法研究了不同干燥条件对煤的氧化及自燃性能的影响.结果表明:用170℃热空气干燥10min可将煤中水分从30%降低至15%以下, 低位发热量从18.63MJ/kg提高到23.51MJ/kg;煤的脱水活化能增加,吸氧增重活化能降低,煤在干燥过程中的氧化程度加深,自燃倾向性增强.     

煤中水分存在形式及不同能量作用下的脱除机理探究

为了探究煤中水分的存在形式,不同能量作用下水分脱除效果的差异,及煤中水分在不同能量下脱除的机理,文章采用了真空干燥、热风干燥和微波干燥三种干燥方式,对煤样进行干燥脱水,通过干燥温度和煤样粒度的变化,对脱水后的煤样进行傅里叶变换红外光谱的测定,比较了不同能量形式作用下,煤样的干燥效果及干燥脱水机理。     

褐煤加氢反应中氧的分布、迁移与转化规律

褐煤中较高的氧元素质量分数在加氢反应过程中极易生成水,从而增加了单位目标产物生成过程中的氢耗。反之,若将氧元素以酚羟基的形式保留在油品中,辅之以提酚工艺可将褐煤中的氧元素得到高值化利用。为了提高褐煤中O元素在液体产物中有机化合物的质量分数,在实验分析的基础上,将褐煤加氢反应过程分为3个阶段,以氧元素物料衡算为约束,通过定量分析各阶段加氢反应产物中含氧官能团物质的量的变化,揭示了褐煤中氧的热转化规律。第1阶段,氧元素的迁移方向为从四氢呋喃不溶物(THFI)转移至H_2O和CO_2,相应温度范围为室温～400℃;第2阶段,沥青质与前沥青质(PAA)和四氢呋喃不溶物中的氧元素主要迁移至正己烷可溶物和H_2O中,同时,该阶段正己烷可溶物中酚类氧出现峰值,对应的温度区间为400～450℃,并在450℃保持30 min;第3阶段,随着加氢液化反应过程持续,氧元素迁移方向转变为由正己烷可溶物转移至沥青质与前沥青质以及四氢呋喃不溶物。同时,由于发生了明显的缩聚反应,正己烷可溶物中的酚类化合物产率逐渐减少,对应的反应阶段为450℃下保持30～60 min。通过上述3个阶段产物中含氧质量化分析,表明褐煤加氢反应产物中含氧官能团赋存形式不仅受化学环境影响,而且还与反应条件直接相关。基于对含氧官能团物质的定性定量分析结果,褐煤中含氧官能团在加氢反应热转化过程中变化规律,将有助于认识和理解煤直接液化工艺过程中的化学问题。     

高水分燃料褐煤脱水技术

高水分燃料褐煤在我国传统的燃烧发电过程中,消耗大量能量用于蒸发水分。而我国现有的褐煤脱水技术中脱水效率低下,能耗较高。通过介绍国内外褐煤干燥脱水技术,希望能够为更有效的利用燃料褐煤提供发展思路。     

直管式气流干燥器干燥褐煤的试验研究

阐述了褐煤干燥加工的意义及对洁净煤技术发展的影响,分析了褐煤水分的赋存状态及脱除特性,并根据气流干燥的原理,开发设计了直管式气流干燥器试验装置。通过分析系统运行温度数据,认为:整个干燥过程分为加速干燥阶段和等速干燥阶段,加速阶段的距离占整个干燥器总长度的20%,传热量占整个干燥过程传热量的70%;等速阶段的距离占整个干燥器总长度的80%,传热量占整个干燥过程传热量的30%。根据试验结论,提出了直管式气流干燥器长度两段计算法,同时结合系统运行工况,建立了试验线数值模型,并对试验结果进行了预测。     

褐煤的脱水提质研究

对内蒙额吉褐煤,采用热压脱水方法,考察了温度、压力、保压时间对褐煤脱水提质的影响,以及工艺过程对硫分的脱除效果,实验结果表明:在160℃、7MPa和保压时间30s的条件下,褐煤水分可降至12.5%以下,水分脱除率达60%以上;在实验条件下,全硫脱除率达45%以上。     

低变质烟煤与不同类型油共炼反应特性

煤油共炼是集煤直接液化和重油加氢转化为一体的高效工艺,对缓解国内石油供需矛盾,平衡能源结构,保障国家能源安全具有重要的战略意义。对比研究了以煤焦油、FCC(催化裂化)油浆、DCC(催化裂解)油浆为油样,分别与一种低变质烟煤共炼的反应特性。结果表明：FCC油浆和煤共炼的煤转化率最高,DCC油浆和煤共炼次之,煤焦油和煤共炼的煤转化率及液体油产率均较低。分析发现,油样中芳香烃的组成和含量不同是导致煤油共炼过程中煤转化率及产物组成差异的主要原因。共炼油样中的多环芳烃的供氢作用是反应过程中自由基加氢的重要途径。多环芳烃先与反应体系中的活性氢原子结合生成氢化芳烃,氢化芳烃则可结合稳定共炼过程中产生的自由基。对油样中1～5环类多环芳烃分析推断,相较于低环数芳烃,油中高环数芳烃供氢能力更强,故4环芳烃含量较高的FCC油浆共炼效果要强于3环芳烃含量较高的DCC油浆。煤焦油中芳烃主要源于煤中芳香结构断键,与煤样具有较好的互溶性,但其高环数芳烃含量较低,氢传递能力弱,导致其与煤共炼时煤转化率及液体油产率相对较低。将FCC油浆和煤焦油掺混作为共炼油时,煤焦油中的芳烃可以保障煤在反应体系中分散,而FCC油浆中的...     

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。     

褐煤微波脱水回收利用初探

褐煤为低阶煤,含有较多的水和灰,收到基低位发热量低,这些不利因素影响了其应用.为提高褐煤质量,针对脱水、降灰已经进行了许多试验,有些已经进行了工业试验,但至今为止,经济高效的加工方式仍在探索中.考虑到部分褐煤产区缺水因素,文章提出采用微波脱水工艺提质,并把脱出的水分回收,此工艺既可提高褐煤质量又能回收脱出的水.采用这一加工方式,能够降低褐煤利用的能耗,提高其利用效率,扩大其应用范围.     

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。     

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。     

低温干燥对神华金烽矿煤结构和自燃性的影响

为研究含水量高的低阶煤在低温干燥过程中的结构变化,以神华金烽矿煤为研究对象进行了大风量低温对流干燥试验,采用230℃以下的热空气作为干燥热源和介质,在热风流量2.0m3/min,干燥10 min的条件下用固定床干燥设备对煤脱水,并采用扫描电子显微镜(SEM)表征煤的表面形貌,用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)表征煤中化学键及官能团在干燥前后的变化。研究结果表明:170℃热空气可将煤中水分从30%降至15%以下;超过170℃的热空气在干燥过程中对煤的低温氧化作用严重,使煤的微观结构渐趋粉化,煤中桥键和侧链等官能团氧化消失,影响干燥后煤的自燃性。     

新疆沙尔湖褐煤的结构与热解特性

应用红外光谱与热重法对新疆沙尔湖褐煤的主要分子结构和热解特性进行研究分析。研究结果表明:沙尔湖褐煤的芳香度低,缩合结构少,脂肪烃类结构相对较多;煤的热失重过程分为3个阶段,第1个阶段为干燥脱气阶段,其他两段为煤热解阶段,其中中温段热解反应最剧烈,活化能也最大;煤粒径大小和升温速率均对煤热解产生明显的影响。同时采用Coast-Redferm积分法对煤的热解进行动力学分析,得到了煤样热解的动力学参数。     

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。     

云南褐煤的脱水实验研究

采用热风干燥法和微波脱水法对小龙潭褐煤进行干燥脱水实验,并模拟南方空气湿度条件对干燥脱水后褐煤的水分回吸进行了实验研究.结果表明:温度和时间是影响热风干燥脱水效率的主要因素,干燥脱水效率随着干燥温度的升高和干燥时间的延长而提高,但当干燥温度大于等于160℃,干燥时间为25min时,继续延长干燥时间,干燥脱水效率提高不明显,微波有效输出功率和脱水时间是影响微波脱水效率的主要因素,褐煤粒径对热风干燥的影响比微波脱水大,褐煤干燥脱水的理想目标值为15%左右.