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.     

基于微波技术的褐煤脱水实验研究

 褐煤的脱水是褐煤利用的前提和基础,基于微波辐射的干燥原理,对内蒙古额吉褐煤进行微波干燥实验研究。考察了干燥时间、煤样粒径、微波功率、加热方式对褐煤脱水提质的影响,得到工艺条件为：干燥时间5min、微波功率720w、褐煤粒径3~6mm、加热方式为间歇加热,褐煤脱水率为64.10%。     

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。     

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)。     

微波辐照对褐煤表面含氧官能团及孔隙结构的影响

在微波场下对蒙东褐煤进行了6种不同功率及不同干燥时间的提质试验,采用化学滴定的方法测定不同的微波处理条件下褐煤表面含氧官能团的含量;采用低温氮吸附仪分析了褐煤的孔隙结构特征。通过研究发现:微波辐照初期褐煤表面水分和部分内在水分脱除,造成褐煤孔隙结构破坏,大孔收缩或坍塌,使得褐煤比表面积迅速降低,孔容积和平均孔径减小;微波辐照中期,主要是褐煤表面含氧官能团大量分解成CO_2和H_2O等气体,从褐煤内部孔道中穿过,使得比表面积和孔体积有所升高;微波辐照后期,脱水停止,含氧官能团分解产生的气体逸出以后,褐煤内部产生的胶凝物质冷却回流封堵褐煤孔隙,褐煤比表面积和总孔体积又呈现下降的趋势。认为:微波处理功率600~800W、处理时间4~8min可提高提质后褐煤稳定性。     

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%。     

褐煤微波脱水过程中水分的迁移规律和界面改性研究

针对褐煤脱水能耗高、易复吸的难题,运用自制微波脱水系统,对蒙东褐煤进行5种不同功率和4种不同粒度的脱水实验。建立了褐煤微波脱水的数学模型并采用有限差分法求解,实验结果与模型计算结果吻合良好。采用扫描电镜(SEM)和低温氮吸附仪测定脱水前后煤样的表面形态和孔隙结构。采用化学滴定法测定羧基和酚羟基官能团的变化。通过恒温恒湿复吸实验和热重分析确定煤样的复吸和自燃特性。发现微波脱水后褐煤复吸水分远低于热风干燥褐煤的19.87%,着火点也由原煤的275 ℃提高到295 ℃以上。说明微波脱水后褐煤的界面稳定性得到改善,不易复吸和自燃。     

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。     

微波提质褐煤复吸特性的试验研究

为了高效地脱除褐煤中的水分,调控褐煤的界面稳定性,以提高褐煤的品质,将同一微波功率辐照处理后的褐煤在不同相对湿度环境中和不同微波功率辐照处理后的褐煤在同一环境中分别进行复吸试验,探索微波提质后褐煤的复吸机制,并且在这一基础上通过改变处理条件对褐煤的复吸特性进行有效调控。试验表明,褐煤复吸的过程包括扩散和吸附2个环节。环境的相对湿度提高,水蒸气的扩散快,褐煤复吸严重。吸附包括水蒸气与褐煤界面上的极性含氧官能团间的准化学吸附和水蒸气与褐煤表面的吸附,含氧官能团的含量决定褐煤复吸的初始阶段,比表面积是影响褐煤复吸的主要因素。高低功率的配合以及热力预干燥和微波辐照联用的方法均可以经济有效地提高褐煤的界面稳定性,抑制褐煤的复吸。     

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。     

焦煤微波干燥特性及动力学研究

为探索焦煤微波干燥技术的基本理论,通过河南平煤八矿-焦煤微波干燥实验,研究焦煤颗粒粒径、微波功率和初始含水量对焦煤干燥特性的影响,利用薄层干燥动力学模型对实验数据进行拟合,探讨适于描述焦煤微波干燥动力学的最佳模型。结果表明,当焦煤粒径小于1 mm时,随着焦煤粒径、微波功率或初始含水量的增加,相同时间内煤样失水量增加,干燥速率增大;而随着粒径或微波功率的增大,干燥达到平衡的时间减少,但初始水分对干燥达到平衡的时间没有显著影响;焦煤微波干燥过程有一个非常短暂的预热升速阶段和恒速干燥阶段和一个长时间的降速干燥阶段,粒径、微波功率和初始水分越大,恒速干燥阶段越短暂;在常用薄层干燥动力学模型中,Diffusion approach模型是适于描述河南平煤八矿-焦煤微波干燥动力学的最佳模型。     

吸收剂促进作用下褐煤微波热解特性

微波加热技术具有高效、清洁、环保、安全等特点,为煤炭热解转化提供了一种新的发展方向。以乌兰察布褐煤为对象,测试了褐煤和不同微波吸收剂的介电性能,考察了不同微波吸收剂对褐煤微波加热的促进作用,研究了褐煤的微波热解特性,并初步探讨了微波热解机理。结果表明,褐煤吸波能力较差;在微波频率2 450 MHz和常温条件下,活性炭的介电性能最好,SiC、CuO次之,Fe2O3、褐煤最差;在微波吸收剂促进作用下,褐煤微波加热升温速率提高2~3倍,且活性炭性能最优,是褐煤微波热解较优的吸收促进剂;在活性炭促进作用下,微波热解效率显著提高,微波辐射12 min时,H2,CH4和CO产量分别为0.144,0.062和0.045 L/g。热解过程中,由于升温速率的大幅度提高,褐煤中部分官能团出现延迟裂解的现象,羧基、羰基、羟基开始大量裂解的温度分别为250,450,1 000 ℃左右,均高于常规热解。     

微波干燥白钨精矿响应曲面法优化工艺研究

开展了白钨精矿的微波干燥新工艺研究,考察了微波干燥温度、干燥时间以及物料质量三因素对相对脱水率的影响。在条件试验的基础上以白钨精矿相对脱水率为响应值,采用响应曲面组合设计对工艺参数进行优化。所得优化工艺条件为:物料温度92℃,微波干燥时间174 s,物料质量135 g,白钨精矿的相对脱水率达到82.4%,验证试验实际值与预测值比较接近,可靠性较高。优化试验结果表明,与常规电加热干燥相比,微波干燥时间缩短了97.5%,基于响应曲面法的优化设计对工艺参数具有较好的优化和预测,微波干燥白钨精矿新工艺合理可行,对矿物的微波干燥工艺推广具有一定的参考价值。     

软锰矿的微波干燥特性研究

微波加热技术作为一种新型的干燥技术,在矿物干燥领域具有广泛的应用。本论文以广西大新县软锰矿作为微波干燥的研究对象,以微波加热作为干燥热源,分别在不同的软锰矿初始含水率、软锰矿质量、微波功率条件下进行了软锰矿的微波干燥实验,研究实验因素对软锰矿微波干燥速率等的影响规律,并以此研发出微波干燥软锰矿新工艺,并为微波干燥软锰矿的工业应用提供理论基础和实验数据。