水热改性煤制油污泥对煤成浆性的影响研究

以煤制油化工污泥为研究对象对污泥进行水热改性,通过测定不同改性温度下污泥的黏度及毛细吸水时间对改性效果进行评价;考察改性前后污泥添加对污泥煤浆浓度-黏度、流变性的影响。结果表明：水热改性最佳温度为180℃;当污泥添加量由0增加至10%时,煤浆的最高成浆浓度由66.14%降低至58.57%,180℃改性后污泥煤浆在污泥添加量为5%、10%时最高成浆浓度分别为65.19%、65.10%;污泥的加入使得煤浆假塑性增强,改性后煤浆黏度下降。     

微波辐照对锡盟褐煤成浆性能的影响

对微波辐照锡盟褐煤提高其成浆特性进行了研究,考虑了不同辐照时间和微波功率的影响,从煤质特性、粒度分布、表面形貌和微观孔隙结构对改性前后褐煤进行分析。结果表明：随着辐照时间的延长和微波功率的增加,煤样的最终温度增加;煤样的含水量不断下降,由原煤的17.13%降至900 W/6 min时的1.07%,使得褐煤固水能力显著减弱;煤粉颗粒表面逐渐变得平整和规则化,煤粉粒度容易形成双峰分布;煤粉颗粒的BET比表面积有不同程度的减小,平均孔直径和孔容积有不同程度的增加。经过微波处理后,褐煤的成浆性能得到较大改善,定黏浓度可从原煤的50.13%提高到900 W/6 min时的54.68%;脱水单位能耗先减小后增加,最低脱水单位能耗为800 W/3 min时的1.82 kW·h/(kg moisture);而浆体浓度提升1%单位能耗则不断增加,最低单位能耗为800 W/1 min时的0.023 kW·h/(kg coal)。     

纳米压裂液对煤孔隙结构影响实验研究

为研究纳米压裂液对煤孔隙结构影响。以低中高阶煤样为研究对象,制备普通清洁压裂液和不同浓度纳米压裂液,对普通清洁压裂液和不同浓度纳米压裂液处理后煤样开展低温液氮吸附实验。结果表明：纳米压裂液处理后煤孔隙形态发生变化,孔隙连通性变差;不同浓度纳米压裂液处理后煤样小孔面积和孔体积明显增大。分形维数拟合结果表明：处理后3种煤阶煤样的孔隙结构由复杂变为简单;低阶煤处理后煤体表面变得粗糙,中阶和高阶煤处理后煤体表面变得光滑。以上研究结果揭示了纳米压裂液对煤孔隙结构影响的微观机理,对纳米压裂液煤储层的损害研究和低损伤纳米压裂液研制具有指导意义。     

基于微波提质技术褐煤成浆性的试验研究

为了提高褐煤成浆浓度,考虑微波输出功率和微波辐照时间2个因素对褐煤成浆性的影响,选取3个不同输出功率以及3个不同微波辐照时间处理蒙东褐煤,微波辐照后的煤样及原煤分别制备水煤浆。通过静态氮吸附仪对不同功率微波辐照及原煤煤样孔径结构进行分析,采用化学滴定法测定含氧官能团的数量,探究微波辐照提高褐煤成浆性的机理。结果表明:随着微波辐照功率的增加和时间的延长,褐煤水分迅速下降,含氧官能团数量减少,褐煤孔隙结构也得到改善。褐煤最大成浆浓度由50.16%提高到53.44%,水煤浆的流动性得到明显改善。     

改性木质素分散剂对褐煤水煤浆流变性的影响

以廉价可再生的改性木质素作为分散剂,研究了宝日希勒褐煤的成浆性能;利用正交试验,考察了煤的配比、浆体温度、改性木质素分散剂用量和pH值对成浆性能的影响;利用单因素试验,研究了pH值、煤的配比、分散剂用量和制浆温度等因素对水煤浆流变性的影响。结果表明,各因素对浆体流变性影响大小顺序为:煤的配比>浆体温度>分散剂用量>pH值;在25℃,煤的配比为30∶20,分散剂用量为0.3%以及pH值=4的优化条件下,该煤成浆的最大浓度达56.1%,与原料木钠相比,改性木质素成浆浓度提高了4.1个百分点。     

电位梯度对电化学改变贫煤瓦斯吸附解吸特性的影响实验研究

选用3种电位梯度分别对东曲矿贫煤进行电化学改性实验,对改性前后的煤样进行瓦斯吸附解吸测试,并通过低温液氮吸附测试和红外光谱测试分析改性前后煤样孔隙结构和表面基团的变化。结果表明:未改性贫煤煤样的饱和吸附量为30.030 mL/g,煤样的Langmuir压力为0.876 MPa,最终解吸率为83.204%,经1、2、4 V/cm 3种电位梯度电化学改性后,煤样的饱和吸附量分别降低为29.239、28.329、26.667 mL/g;Langmuir压力分别升高为0.932、1.042、1.048 MPa;最终解吸率分别提高84.235%、85.541%和87.840%;电位梯度越大,改性后煤样的比表面积越小,平均孔径越大,含氧官能团数量越多,故抑制瓦斯吸附、强化瓦斯解吸的效果越好。     

青海大柴旦石棉成浆性试验研究

本文对青海大柴旦石棉原矿进行了物理化学性能检测,选用磺化琥珀酸双-2-乙基己酯钠盐(快T)、甲基纤维素等表面活化剂对石棉进行表面改性,研究了改性剂种类、添加量、水棉比、浸泡时间等对其成浆性能的影响。试验表明:当水棉比为10∶1、石棉纤维浸泡时间为8h、快T用量为10%时,石棉成浆的粘度值为300mPa.s,成浆性能较好。     

电化学强化无烟煤吸水性的实验研究

煤层注水是一种常见的降低工作面粉尘、防止瓦斯突出的方法,但无烟煤的疏水性强,煤层注水效果欠佳,电化学方法可以显著提高无烟煤表面润湿性和孔裂隙发育程度,达到强化煤层注水的目的。采用0.05 mol/L的Na_2SO_4电解液对山西晋城寺河煤矿无烟煤进行电化学改性实验,并对改性前后煤样的吸水性能、表面特性和孔隙特征进行测试和分析。研究结果表明:电化学改性后煤样的含水率较原煤的增幅随吸水时间呈现先增大后减小,最后逐渐趋于稳定的趋势,与无烟煤自然煤样相比,电化学改性后阳极、中间和阴极区域煤样自然吸水率分别提高了72.57%,87.14%和102.29%;电化学改性阳极区域发生氧化反应,使煤样中的芳烃和脂肪烃氧化为含氧官能基团,表面润湿性得到增强,煤-水动态接触角较改性前降低了25.96°,煤表面ζ电位为21.38 mV,中间和阴极区域均发生还原反应,使煤样中的烷基支链脱落,芳环发生裂解,氧的相对含量增加,煤-水动态接触角较改性前分别降低了20.40°和15.21°,煤表面ζ电位分别为-68.47,-80.01 mV;在电化学过程中产生的H~+和电泳的作用下,无烟煤孔隙内充填的部分碳酸盐类矿物被溶蚀并发生运移,最终脱离煤体,改性后无烟煤中部分微孔产生"扩孔效应",阳极、中间和阴极区域的平均孔径分别增大了3.77倍,3.67倍和5.02倍,增强了水的渗透性。     

基于核磁共振的Fenton改性煤样孔隙特征实验研究

为了研究Fenton试剂改性后煤样孔隙特征的变化规律以及对煤岩渗透性的影响,基于低场核磁共振实验得到了不同煤级煤样经Fenton试剂改性前后煤样的T2弛豫时间谱,根据T2弛豫时间谱分析了Fenton改性煤岩孔隙特征的变化规律,结合实验煤样的渗透率测定实验,分析了Fenton试剂改性作用对煤样的扩孔和增透作用机理。研究结果表明:不同煤级的煤样经Fenton试剂处理后,煤样的微小孔隙发育扩展,微小孔隙与中大孔隙之间相互贯通形成大尺寸孔隙,甚至形成宏观小裂纹,增加了煤样的透气性,并使改性后煤样的渗透率明显增大。     

活化过硫酸铵溶液对煤样氧化增透的实验研究

为提高过硫酸铵(APS)水溶液氧化增透煤样的效果,采用自制的非均相钴基活化剂(Co-NCP)活化过硫酸铵对长焰煤、焦煤、无烟煤3种不同变质程度的煤样进行氧化改性,系统研究了Co-NCP/APS体系改性对煤样表面接触角θ(润湿性)、孔隙结构、气体吸附常数、瓦斯放散初速度及渗透率的影响规律。实验结果表明:经过Co-NCP/APS体系处理可显著降低煤表面接触角θ与吸附甲烷能力,改性后长焰煤、焦煤、无烟煤的吸附常数a值降幅分别为16.15%,10.21%,6.03%,b值降幅分别为44.97%,41.10%,28.32%,瓦斯放散初速度降幅分别为49.19%,33.33%,12.55%。同时,经Co-NCP/APS体系处理能改变煤样的孔隙结构,改性后煤样的孔隙度增大,其中大、中孔的孔容占比增加,小、微孔孔容占比减少,对于长焰煤、焦煤、无烟煤的孔隙度增幅分别为43.50%,35.50%,12.54%,孔容增幅分别为56.02%,45.54%,20.08%。活化的过硫酸铵体系可原位生成大量具有强氧化能力的硫酸根自由基(SO_4~(·-)),能对不同变质程度的煤样表面实现氧化溶蚀,使煤孔隙中有机小分子相被部分氧化溶出,疏通了被小分子物质占据或封堵的孔道,使煤样孔隙连通性变好;同时,产生大量新的裂隙与孔洞,表明煤样经Co-NCP/APS体系处理能起到"增孔"、"扩孔"、"疏孔"的作用,且对变质程度越低的煤样氧化增透效果越明显,处理后长焰煤、焦煤、无烟煤的渗透率平均增幅分别为620.15%,541.02%,334.42%。可见,非均相钴基活化剂活化过硫酸铵溶液能氧化改性不同变质程度的煤样,显著降低煤样的亲甲烷能力,改善煤体内孔隙连通性与瓦斯在煤体中的流动性,使得煤体赋存瓦斯能力显著降低,为过硫酸铵水溶液对煤层增透方面的应用提供理论依据和实验支撑。     

微波加热对煤层顶板砂岩微结构的影响

为从微观层面研究微波对煤层顶板砂岩的热作用,实验前对砂岩样品进行预处理,利用核磁共振技术(NMR)和扫描电镜(SEM)对微波辐射前后砂岩的微观结构进行了调查。研究结果表明:微波辐射对砂岩孔隙结构的改性作用包括扩大孔隙的分布范围、增加大孔隙的数量以及增强孔隙间的连通性;随着微波在样品中的传播,孔隙的改性行为明显减弱;砂岩中石英、长石颗粒受热膨胀及其附着黏土脱水的耦合作用产生的晶间断裂和晶内断裂是导致较大孔隙(T₂>10 ms)数量增加和孔隙体积增大的主要原因;工程中利用微波加热进行煤层脱气时,首先要对煤层取样分析,根据煤中碳酸盐类、硫化物类矿物和水分的含量来研判微波的脱气效果;此外,为避免微波注热煤层时对顶板岩石的损伤,作业时需根据煤层气的抽采范围选择合适波长的微波输出。     

煤焦改性对烟气中不同形态汞的吸附性能

为探究煤焦吸附剂对烟气中单质汞和氯化汞的吸附特性,选取小龙潭褐煤和大同烟煤在管式炉氮气氛围下热解制焦,采用美国Micromeritics公司ASAP2020自动吸附仪测定煤焦比表面积和孔径特性。测试结果表明,低阶煤小龙潭褐煤拥有更大的比表面;制焦过程中的升温速率以及停留时间也会影响煤焦的比表面积。煤焦比表面积主要受挥发分的析出和颗粒的受热变形影响。在实验室固定床台架分别对煤焦的单质汞和氯化汞的吸附性能进行了实验研究。吸附实验表明,煤焦吸附Hg0和HgCl2性能与煤焦的比表面积成显著的正相关关系;孔容积的增加也能够促进煤焦的吸附性能。经过盐酸和氢氧化钠溶液改性后的煤焦对单质汞和氯化汞吸附能力都有所提高,盐酸改性引入的表面官能团促进了改性煤焦对Hg0的氧化和化学吸附;根据相似相容原理,氢氧化钠溶液改性引入的-OH改善了煤焦对氯化汞的吸附。     

高温三轴应力下煤体弹性模量的演化规律

利用自主研制的“600 ℃ 20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机”研究了500 m原岩应力状态下室温至600 ℃升温过程中大尺寸（200 mm×400 mm）晋城无烟煤和兴隆庄气煤弹性模量随温度的演化规律,对比分析了无烟煤和气煤弹性模量变化规律的异同,讨论了弹性模量突变临界温度和热解产气对煤体弹性模量的影响。结果表明：煤的弹性模量随温度升高变化过程可以分为3个阶段,即中低温平稳降低阶段、中高温剧烈降低阶段和高温缓慢降低阶段;煤体热解产气对弹性模量变化产生重要影响,随着温度升高,无烟煤弹性模量与热解产气速率呈明显的负指数关系;围压、温度和热解共同影响煤体弹性模量,在围压保持不变的条件下,温度和热解产气是影响弹性模量的主要因素弹性模量在不同温度阶段呈现出不同的变化特征;煤的弹性模量随温度的变化规律较砂岩复杂,但同样存在弹性模量突变临界温度点,只是不同煤阶的煤体临界温度出现较大差异。     

预处理对鲁霍褐煤的成浆及气化特性的影响

针对褐煤原煤成浆特性较差,难以直接应用于水煤浆气化的问题,通过对水洗或酸洗后的鲁霍褐煤煤样进行热处理以达到改善其成浆特性的目的,并利用BET、工业分析、元素分析对预处理前后的褐煤性质进行表征。用预处理后的褐煤湿磨制浆,考查其成浆性,结果表明：预处理使得煤样的孔隙结构遭到破坏,比表面积减小,平均孔径增大,其成浆浓度和流动性均得以改善,酸洗后进行热处理的鲁霍褐煤成浆浓度可达到60%。用TherMax500热重分析仪对预处理后的鲁霍褐煤进行常压气化热重分析,研究了不同预处理方法对气化的影响,结果表明：水洗后热处理对煤样的气化反应活性影响不大,而酸洗后热处理会大大降低煤样的气化反应活性。     

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%。     

升温速率对准东褐煤热解特性及煤焦孔隙结构的影响

为了简化活性焦的制备工艺流程,降低其生产成本,同时拓宽准东褐煤利用途径,需要对准东褐煤热解过程进行更深入的研究。利用热重(TGA)技术考察了准东褐煤在不同升温速率(10,20,30,40和50 ℃/min)热解失重特性并采用等转化率法分析了其动力学参数,同时利用程序升温和快速热解在终温为800 ℃条件下制备出活性焦SC1和SC2。采用氮吸附仪(BET)获得煤焦的孔隙结构参数,利用红外吸收光谱仪(FT-IR)和拉曼仪光谱仪(Raman)分别获取煤焦大分子结构中的官能团和碳骨架结构信息。研究结果表明,基于热重法分析出准东褐煤热解动力学参数,活化能和指前因子变化范围为38.89～229.13 kJ/mol和108.26～1.18×109 s-1。升温速率为30 ℃/min时,有足够热量促进煤焦内部有机结构分解生成大量挥发分,煤焦内部形成合理的温度梯度,阻碍了热缩聚反应造成孔隙阻塞,挥发分顺利释放促进了孔隙结构形成。程序升温热解焦SC1烧失率为46.5%,比表面积为312.91 m2/g,孔容为0.178 cm3/g,平均孔径为2.271 nm;而快速热解焦SC2烧失率为37.3%,比表面积达到424.25 m2/g,孔容为0.189 cm3/g,平均孔径2.342 nm,以微孔为主,结构参数明显好于SC1。快速热解炭化制备活性焦前驱体,促进煤焦生成大量无定形结构和缺陷结构,利于活化阶段微孔孔隙结构的构筑。     

保德选煤厂南区矸石再洗系统技术改造

 根据保德选煤厂南区矸石再洗系统存在的实际问题,分析了入选原煤煤质特性,以此为基础,保德选煤厂对矸石再洗系统进行了技术改造,将之前的块矸再洗、末矸不入洗工艺,改为块矸不入洗,末矸入洗,并将块煤分选密度提高,末煤分选密度降低,末精煤回掺块精煤,末矸石再洗后回掺原煤。技术改造后,产能得到了大幅提升和释放,精煤产率相应提高,精煤回收率提高了4.43%,并保证了发热量的合格。与此同时,生产效益也得到了大幅提高,月增加销售收入748.56万元,降低系统运行成本约23.19万元,经济技术收益良好,改造同样实现了节能降耗的目的。     

可控微波场对煤体的孔隙结构及瓦斯吸附特性的影响

采用容量法、低温氮吸附法和压汞法,分别开展了无可控微波场作用和可控微波场作用后的煤样的甲烷等温吸附实验与孔隙结构特性测定实验,分析了可控微波场作用后煤体的甲烷吸附量、比表面积与孔径分布的变化规律。结果表明,可控微波场作用后的煤样的甲烷吸附曲线仍很好地遵守Langmuir 方程,且可控微波场作用后煤样的甲烷吸附量小于无微波场作用的煤样;微波场作用对煤的孔隙结构与甲烷吸附特性的影响不随微波场的消失而消失,且随着微波场作用时间与功率的增加呈非线性变化;微波场的电磁辐射热效应与微波场的选择性作用特性引起的煤体损伤效应的综合作用改变了煤体的孔隙结构,影响了煤体的瓦斯吸附能力。     

华北区域不同煤阶样品孔隙结构特性研究

为探求华北区域煤样的孔隙发育特征,采用压汞法对采自此区域不同煤阶样品孔隙结构和分形维数进行研究。研究结果表明,煤体孔容和比表面积分别由大孔和微孔发育情况所决定,且100nmD1000nm范围内中孔相对不发育;随着Ro,max变化,煤体孔容和比表面积均呈现两端高大中间低的曲线形态;煤样中大于50.4~95.4nm孔径具有分形特征,此孔径范围主要包括部分过渡孔、中孔和大孔,并且随着Ro,max的增加,分形维数整体呈现降低的趋势。