水热提质褐煤的水分分布及吸附行为

褐煤脱水提质是其大规模利用的前提。水热提质是一种非蒸发干燥技术,具有节能降耗的优势。对褐煤提质过程中不同赋存形态水分的脱除、分布情况及提质煤水分复吸行为进行研究可为褐煤高效水热提质提供理论指导。采用水热法对我国内蒙古褐煤和云南褐煤进行脱水提质,通过等温干燥法测定了原煤及水热提质煤样中的水分和类型,运用化学滴定和氮吸附法分别测试了煤样含氧基团和孔结构,考察了水热提质对褐煤水分分布的影响;在30℃下进行煤样水分等温吸附测试,使用修正BET模型探讨了不同水热提质煤样的水分吸附行为。结果表明,水热提质降低了内蒙古褐煤和云南褐煤中的含水率,包括分子水、毛细水和自由水的含水率,其中分子水脱除率更高。水热提质脱除褐煤中的水分主要通过分解褐煤中亲水性含氧基团,使得所含分子水显著降低,同时毛细水和自由水也不同程度减少。提质褐煤含氧基团的减少和孔结构的变化分别影响提质煤的第1类水分(与含氧基团以强氢键结合的水分)和第2类水分(多层吸附和毛细冷凝吸附的水分)的吸附量。与内蒙古褐煤相比,煤阶较低的云南褐煤在水热提质过程中脱除了更多水分,其第1类和第2类水分吸附量降低更为显著,说明水热提质更适用于高含水的低阶褐...     

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℃。     

褐煤负压干燥动力学研究

运用真空干燥箱,进行了不同压强、不同温度组合下的褐煤负压干燥试验研究,根据煤样含水率与干燥时间之间对映规律,提出一个简单数学模型,并引入干燥压强、干燥温度有关的系数k、m,得到褐煤负压干燥的动力学方程X=X_(0e)~(-kt)~m及干燥速率方程dX/dt=X_(0e)~(-kt)~m(-kmt~(m-1));另外,对干燥温度和压强对煤样终点含水率的影响进行了分析探讨,结果表明:使煤样水分能够彻底脱除的煤内孔隙半径均在纳米级,环境压强越小、温度越大,煤样最终含水率越小,说明煤中存在大量盲孔,小的外输能量(压力梯度、温度梯度)不足以使盲孔破裂。     

印尼褐煤气流干燥提质及配煤加工可行性研究

针对印尼褐煤水分高、热值低、易自燃的特点,采用褐煤管式气流干燥提质系统对印尼褐煤进行提质试验,研究其气流干燥提质加工的可行性。试验结果表明:收到基含水量在30%以上的印尼褐煤经气流干燥提质加工处理后,可获得低水分、高发热量、低灰、低硫的提质煤,该提质煤与国内高灰高硫烟煤进行配煤加工后,仍可得到低水分、高发热量、低灰、低硫的配煤产品,该提质煤和配煤均为优质的动力煤精煤产品。     

提质后褐煤低成本成型条件研究

针对提质后褐煤由于松散、易碎,在运输过程中造成的环境污染和大量的能源损耗问题,对影响提质后褐煤成型的主要条件,即成型水分和煤料粒度进行了理论分析,并结合自行研制的液压单缸褐煤成型装置分别进行了成型时的水分含量及颗粒级配的试验研究。试验结果表明:合理的成型水分和煤料颗粒级配更有助于提质后褐煤成型,验证了理论分析的正确性,为提质后褐煤的低成本成型提供试验依据和理论参考。     

褐煤提质改性对水煤浆特性的影响

根据影响水煤浆特性的因素及褐煤提质改性后的煤质特性,选取内蒙古宝日希勒褐煤和相应提质改性后煤样作为研究对象,应用激光粒度测试仪定量分析了煤样的粒度分布,采用扫描电镜(SEM)定性分析了煤样颗粒形态的变化,结合煤样的制浆结果,研究了褐煤提质改性后对粒度分布的影响,分析了堆积效率与颗粒球形度的关系以及堆积效率对提质褐煤成浆性的影响.结果表明:褐煤经提质改性后,堆积效率由65.52%提高到67.88%,水煤浆浆体质量分数相应提高了9.22%,且水煤浆的流变性和稳定性均得到明显改善.     

两种不同脱水方式对褐煤热解特性的影响

为了对脱水提质后的褐煤规模利用提供基础数据,采用热风转筒干燥和微波脱水对褐煤进行脱水,对所得干燥褐煤进行固定床热解试验。采用热重分析仪(TG)和热重质谱联用分析仪(TG-MS)等实验设备对比研究了不同干燥煤样热解特性的变化规律,在此基础上采用模拟蒸馏分析仪以及粒度分析仪研究了热解焦油组成和热解半焦粒度的分布规律。随着微波干燥功率的增大和热风转筒干燥时间的延长,干燥煤样热解活化能增大。原煤和不同的干燥方式下煤样在热解过程中达的到最大释放强度在487.5℃左右,虽然褐煤在微波干燥后热解活性有所下降,但改变并不剧烈,干燥煤样仍保持了较高的热解活性。微波干燥煤样的挥发分产率小于热风转筒干燥煤样,且热风转筒干燥煤样细粒径含量更多,这对于热解过程中挥发分的释放具有促进作用。     

微波干燥褐煤复吸特性研究

为了研究干燥后褐煤的水分复吸情况及其影响因素,对蒙东褐煤进行了微波干燥试验,在300W、600W、900W的微波功率下对不同粒级的褐煤分别进行干燥,继而研究褐煤粒度和微波功率对干燥后褐煤复吸水分情况的影响,并与热风干燥进行对比。结果表明:与热风干燥相比,微波干燥后褐煤的水分复吸更少,并且相对湿度越高这种优势越明显;在微波干燥中,干燥后褐煤的复吸能力与颗粒粒度大小以及微波功率成正相关。     

不同干燥方式对褐煤孔结构及复吸特性的影响

采用低温氮吸附法和扫描电子显微镜,研究了氮气干燥、空气干燥、热压干燥前后煤样的孔隙结构和表面特性,同时对干燥后煤样进行了复吸试验研究。结果表明：氮气干燥和空气干燥后煤样的比表面积、孔容和平均孔径均增大;热压干燥后煤样的比表面积和孔容降低,平均孔径增大。扫描电镜显示,空气干燥和氮气干燥后煤颗粒表面更加不平整,裂缝变大、孔洞增多;而热压干燥后煤样表面变得平滑,裂缝被挤压在一起,孔洞减少。复吸试验结果表明：干燥后煤样复吸25 h后,复吸曲线趋于平缓,氮气干燥和空气干燥煤样复吸后的水分在13%左右,热压干燥煤样复吸后水分为9%,且热压干燥煤样的水分复吸速率较小。     

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。     

褐煤提质工艺试验研究

褐煤提质改性是褐煤大规模开发利用的前提。对3个褐煤煤样进行提质改性的基础性研究表明,褐煤煤样着火温度较低,干燥脱水时应注意干燥温度和干燥介质;褐煤样的焦油产率较低,可以考虑不回收焦油的轻度热解干馏工艺。随着干馏温度的提高,半焦产率下降的幅度较为明显;在实际工艺参数确定时,要注意严格控制温度。     

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。     

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。     

粒度分布对提质褐煤水煤浆性能影响的研究

为了研究颗粒粒度分布的堆积效率在难制浆煤种制备水煤浆过程中的作用,试验选用内蒙古宝日希勒褐煤和气流干燥管工艺提质过的褐煤作为研究对象,并采用欧美克激光粒度测试仪进行煤样的粒度分析,应用相关的软件,计算出两种煤样在不同配比下的堆积效率,研究了粒度分布对两种水煤浆浓度、粘度、流变性及稳定性的影响,结果表明:提质褐煤煤样达到了较好的粒度分布,堆积效率提高6.74个百分点,水煤浆的浓度相应提高6.6个百分点,达到60.83%,满足了工业要求。因此,合理的粒度分布能明显改变提质褐煤水煤浆的流变性,有效提高提质褐煤水煤浆的浓度。     

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。     

石油焦改善微波热解褐煤复吸特性的试验研究

在1800W微波功率条件下,研究了不同石油焦添加量对微波提质褐煤界面特性的影响,利用X射线光电子能谱(XPS)研究了提质褐煤表面含氧官能团的变化,利用低温氮吸附法(LT-N_2GA)表征了提质褐煤孔隙结构的变化规律,并在不同相对湿度环境下进行复吸试验,探索了石油焦添加量对提质褐煤复吸特性的影响。试验表明:合理的石油焦添加量促进了褐煤微波热解,改善了褐煤界面特性,降低了提质褐煤对水分的重吸收水平;石油焦添加量为10wt.%时褐煤的复吸水平最佳,在97.89%的较高相对湿度环境下,水分含量只有原煤的一半左右,效果非常显著。     

褐煤提质技术的现状与分析

高水分劣质褐煤通过脱水干燥后可有效提高其发热量,此技术的应用为褐煤生产企业转产转型提供了有效依据。介绍了褐煤提质的必要性及提质后的适用范围,并对其提质后褐煤市场的综合利用情况及经济性进行了分析探讨。     

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。     

响应面法对褐煤微波提质工艺的优化

本试验利用响应面法(RSM)中的中心组合设计(CCD)法,以微波辐照功率、时间、煤样粒度以及煤样质量作为影响微波脱水速率的因素,优化设计微波褐煤提质工艺。根据CCD中心组合试验原理设计了31组试验,依据回归分析确定各工艺条件对脱水速率的影响,并将微波脱水速率数值作响应面和等值线图。试验结果表明,优选得到的最佳工艺为:煤样粒度组成为0.6~1.25 mm、煤样质量为20 g、微波功率为700 W、干燥时间为4 min。验证得到煤样的脱水速率为4.32%/min,与预测值接近。因此,中心组合设计及响应面法可显著优化褐煤微波提质工艺。     

褐煤蒸发脱水机理的研究进展

基于我国褐煤的高水分含量限制了其开发利用,褐煤提质干燥等预加工工艺备受关注,对目前国内外有关褐煤蒸发脱水机理的研究进展进行了分析与综述,包括褐煤干燥特性、单颗粒褐煤干燥模型、薄层干燥机理和多孔介质干燥机理在褐煤干燥机理研究中的应用等。分析表明:现阶段缺乏系统的、适用性广的褐煤干燥机理模型,应全面考虑褐煤干燥过程中的影响因素,并针对褐煤的特殊性进一步建立能满足工程实际需要的褐煤干燥脱水理论及相应的模型。