高温干燥对褐煤孔隙结构及水分复吸的影响

利用卧式固定床实验炉制得不同温度下干燥处理的煤样,采用低温氮吸附法测试煤样的比表面积、孔体积和孔径分布等孔隙特征参数,使用复吸实验装置测定不同干燥程度褐煤煤样的平衡含水量,探索了高温干燥处理后褐煤孔隙结构的演变与其复吸特性之间的关联规律。结果表明：褐煤原煤及不同干燥温度(600~800℃)下半焦的等温吸附曲线均属于第Ⅱ类吸附等温线,褐煤原煤、600℃和700℃干燥半焦的吸附回线均属于L1型,800℃干燥半焦的吸附回线有从L1型转变为L2型的趋势;随着干燥温度的增加,干燥半焦的比表面积先增大后减小,介孔峰值的孔径微分同样先增大后减小,而大孔孔径微分基本保持不变;分形维数D₁和D₂呈相反的变化趋势,且D₂>D₁;不同干燥程度半焦的复吸曲线变化趋势相同,且平衡含水量随着干燥温度的升高而减小;半焦复吸特性与孔隙结构有关,平衡含水率与其孔容积之间呈较好的线性关系。     

热解温度和脱灰处理对褐煤半焦孔结构的影响及分形分析

采用低温氮气吸附法分析了胜利褐煤在低温(350℃~600℃)热解过程中孔结构的变化,研究了热解温度及脱灰处理对半焦的平均孔径、比表面积和孔径分布等孔结构参数的影响,并利用FHH(Frenkel-Halsey-Hill)模型,分别在相对压力为0~0.50和0.50~0.95内计算了不同的分形维数D_1和D_2,用以表征煤样的分形特征.结果表明:在热解过程中,半焦的比表面积与孔容积具有相同的变化趋势,与平均孔径呈相反的变化趋势;当热解温度高于500℃时,脱灰褐煤转化为半焦的过程中孔结构变得更为发达,比表面积和微孔孔容明显增大,孔径区间在0.45nm~1.58nm及2.65nm~10.00nm内的孔数量明显增加;FHH模型分析表明,半焦内存在两种变化趋势相反的分形维数D_1和D_2.D_1可以描述450℃之前脱灰褐煤半焦微孔表面的粗糙程度,D2可以反映出整个热解过程中脱灰褐煤的中孔孔容粗糙程度.     

褐煤半焦热解温度对其加氢制甲烷活性的影响

利用固定床热解炉在不同热解温度(400~900℃)下制得热解半焦,采用BET和XRD分析手段对不同热解温度的褐煤半焦理化性质进行表征。在高温高压(800℃、4 MPa)条件下,利用固定床反应器对呼伦贝尔褐煤半焦试样进行直接加氢制甲烷的研究。结果表明,呼伦贝尔褐煤半焦在高温高压加氢制甲烷的最优热解温度为600℃;热解温度在600~800℃的半焦加氢反应碳转化率可达82%,产品气中CH_4的质量分数约96%;在400~800℃,半焦比表面积由8 m2/g增大到182 m~2/g,半焦加氢反应碳转化率随比表面积的增大而增加,当热解温度高于800℃,半焦中碳结构的晶面间距d002减小,堆垛高度L002明显增大,d002/L002从0.472迅速减小为0.365,石墨化程度加深,导致其加氢反应碳转化率迅速下降。     

热解条件对白音华褐煤半焦孔隙结构的影响

以内蒙古白音华褐煤为研究对象,在管式炉中进行了低温热解实验,考察了低温干馏后原煤和固体产物半焦的结构组成变化,分析了干馏条件对固体产物半焦孔隙结构的影响规律.对原煤和不同干馏条件下半焦的吸附/脱附等温曲线的分析结果表明,半焦具有较宽的孔隙分布,而且中孔和微孔占据了很大的比例;对半焦的孔隙特性参数的测定结果表明,干馏终温和保温时间对半焦的比表面积、孔容积和平均孔径都具有较大的影响.     

煤拔头中低温快速热解烟煤半焦的孔隙结构

利用喷动载流床模拟煤拔头工艺,在550, 650, 750和850℃热解温度下对大同烟煤进行热解得到拔头半焦. 采用氮吸附法对该烟煤及其半焦的孔隙结构进行了研究. 结果表明,拔头半焦的孔隙发达度都弱于原煤;由低到高4个热解温度下挥发分析出率(Y)依次为7.89%, 21.79%, 22.12%, 39.33%,中孔尺寸随Y增加而减小,微孔和大孔尺寸及总孔体积和总孔比表面积基本随Y增加而增加;550℃时挥发分的析出对孔隙结构的发展无明显有利影响. 从原煤到半焦(热解温度由低到高),样品满足BET吸附等温式的相对压力范围依次为0.101~0.351, 0.093~0.201, 0.072~0.152, 0.032~0.053, 0.058~0.108,BET比表面积与NLDFT总孔比表面积变化趋势一致.     

停留时间对褐煤半焦孔隙特征及水分复吸的影响

利用螺旋热解装置在不同热解停留时间下制备半焦产品,研究了停留时间等对半焦孔隙结构和水分复吸的影响;结果表明,随着热解停留时间的增加,褐煤热解半焦比表面积和孔体积增大,平均孔径减小;饱和含水质量分数随着半焦比表面积的增大而增大,且维持在8.9%～12.5%。     

褐煤热压脱水实验研究

为提高褐煤脱水率,以锡林郭勒褐煤为研究对象,采用高温反应釜进行了褐煤热压脱水实验,考察了温度、压力和保压时间对褐煤脱水率的影响,并利用静态氮吸附仪对热压脱水前后煤样的孔隙结构进行测定。结果表明:温度250℃、压力3 MPa、保压60 min时褐煤脱水率最大可达到93.67%。在热力协同作用下,加压可使褐煤实现"攥拳式"脱水,压缩褐煤碳骨架的同时,挤出内水,改变褐煤孔隙结构及分布。热压脱水后,褐煤比表面积、总孔体积、平均孔径分别降低了0.70192 m2/g、0.00405 cm3/g和1.38593 nm,煤样孔径分布明显改变,微孔比例增加5.57%,中孔比例增加4.97%,大孔比例减小10.54%。实验证明以气体加压方式进行褐煤热压脱水可行。     

富氧气化半焦的孔隙特性研究

本文利用氮气吸附的方法,分析了枣庄烟煤在常压流化床富氧气氛下的气化半焦的比表面积、总孔体积、孔径等参数,研究发现:在富氧气化过程中孔隙结构变得发达,比表面积、总孔体积明显的增大,孔径明显减小,且随着温度的升高,半焦的比表面积,孔隙率也明显的增大,平均孔径明显减小。与空气气化半焦进行对比,结果显示:富氧气化半焦的比表面积和总孔体积都明显的增大。     

褐煤干燥特性及产品特性研究

通过对内蒙古锡林浩特褐煤的热重分析可知,褐煤干燥过程约30 min,干馏过程约1.5 h。对不同粒径褐煤进行了干燥特性研究,说明+100,100～50,-50 mm原煤完全干燥分别需要4.0,1.0,0.5 h,粒径越小,煤样失重率越大,干燥速度越大,达到相同干燥效果所需的干燥时间也越短。最后分析了干燥温度对产品特性的影响,同时测试了干燥、干馏提质产品的自燃特性和复吸水特性,结果表明:与原煤相比,150,200℃产品挥发分分别提高了33.72%和31.13%,更易发生自燃,而550℃干馏过程中挥发分降低了30.89%,热稳定性大幅增加;150,200,550℃产品吸氧量分别提高了0.43,0.65,0.72 cm3/g;干燥产品燃点要低于原煤,而干馏产品燃点则高于原煤;干馏煤因改变了孔隙结构,最高内在水分降低,即复吸水的能力降低。因此,干燥提质产品与褐煤性质基本一致,而干馏提质产品性能则获得较大改善。     

煤炭地下气化过程中半焦孔隙结构的变化规律

在煤炭地下气化过程中,热解反应生成的半焦孔隙结构性质是影响气化过程的重要因素.对大雁褐煤、协庄烟煤、昔阳无烟煤及其热解半焦的比表面积、孔容积和孔径进行了测定,总结出了不同煤种、不同热解温度和不同热解气氛下半焦孔隙结构变化的规律.结果表明,半焦的表面结构特性受热解温度和热解气氛双方面的影响,改变热解终温或气氛,孔径分布特征变化幅度不大.     

甘蔗渣与褐煤共热解半焦的特性

利用自制的干馏装置进行褐煤与甘蔗渣的低温共热解实验,并探究甘蔗渣的添加量对热解产物产率及半焦品质的影响。研究结果表明,在甘蔗渣掺混比为20%时,产物产率的实验值与理论值偏差达到最大,此时焦油产率的实验值比理论值高出9.61%;FTIR检测表明半焦中主要含有-OH、C=C和C=O官能团,且甘蔗渣的添加能促进半焦中苯类化合物转化为其他类低分子化合物;SEM检测表明褐煤与甘蔗渣共热解半焦比煤样单独热解半焦孔隙发达;BET分析表明甘蔗渣与褐煤的相互作用不仅能提高共热解半焦比表面积,而且能改善孔径分布,使共热解半焦孔径有减小的趋势。半焦吸附重金属离子实验表明未经任何处理的煤半焦及甘蔗渣半焦对铅离子去除率分别达到78.42%和87.80%。     

神木煤显微组分热解半焦CO_2活化特性研究

通过对神木煤显微组分不同温度下（500℃,700℃）热解得到的半焦和半焦CO2活化特性进行研究,发现富惰质组半焦比表面积和孔隙结构明显优于富镜质组半焦;热解半焦均存在较宽泛的中孔、大孔,从500℃到700℃,富镜质组半焦生成的微孔多于富惰质组半焦。在实验条件下,500℃和700℃的半焦CO2活化性能均是富镜质组〉原煤〉富惰质组。热解从500℃提高到700℃,富镜质组半焦的CO2反应活性明显提高。惰质组的结构疏松,在活化过程中容易造成孔壁塌陷,形成大孔,从而导致富惰质组半焦比表面积减小。     

H2O/O2气氛下胜利褐煤气化半焦的孔隙特性

采用实验室气流床反应器, 在H₂O、O₂及其混合气氛, 900℃条件下进行了胜利褐煤气化实验, 研究了气化半焦的孔隙结构特征。结果表明, 在所有气氛下, 半焦的吸附等温线均属于第II类型, 吸附回线为H3型, 褐煤气化半焦具有连续的较完整的孔体系, 孔隙结构类似。反应气氛影响气化半焦的孔径分布, 半焦中的大孔在3种气氛下均较少, 中孔从多到少的顺序是:H₂O > O₂ > H₂O+1%O₂, 微孔与之相反。在水蒸气气氛下, 随水蒸气浓度增加, 半焦的比表面积先增大后趋于稳定。添加1%O₂后, 比表面积提升30多倍。低浓度O₂气氛下, 随O₂浓度的增加, 比表面积呈线性增长。褐煤转化率与微孔容积和总孔容积的比值以及比表面积的关系式为X=0.196(V_m/V)+45.651, X=0.037S+48.066。     

不同煤阶煤孔隙结构与煤制生物甲烷的相互影响

为研究不同煤阶煤的孔隙差异与生物甲烷产出的相互影响。以白音华(BYH)褐煤、马兰(ML)肥煤、沙曲(SQ)焦煤、祁东(QD)贫煤为研究底物,选用古汉山矿矿井水为菌源,进行厌氧发酵产甲烷实验。采用BET比表面积分析仪测定生物降解前后不同煤阶煤的孔隙参数变化特征,借助扫描电镜观察产气后煤表面孔裂隙分布及微生物附着情况,并通过主成分分析法研究了孔隙结构参数对煤制生物甲烷的贡献度。结果表明：煤的比表面积和孔体积随煤阶增加均呈现先减小后增大的变化趋势,而煤厌氧发酵过程的生物甲烷产量却随煤阶增加依次递减;高阶煤虽孔隙发育,但煤中大分子结构趋于稳定,同样不利于微生物降解;生物产气后,不同煤阶煤样的比表面积、总孔体积以及不同孔径段的孔体积均出现不同程度减小;煤表面附着有大量微生物,以球菌和杆菌为主,且部分微生物附着在煤的孔裂隙中;主成分分析表明总孔体积(主要为大孔和中孔孔体积)、分形维数D3以及比表面积对煤制生物甲烷的贡献较大,而微孔及分形维数D1对煤制生物甲烷影响较小,微生物作用改变了煤的孔隙结构,使比表面积和微孔大量减少,导致孔隙内吸附的甲烷大量解吸,这些均有利于煤层气的增产。     

高温后混凝土强度与孔隙结构变化规律试验研究

针对高温后混凝土力学性能衰弱特性,运用氮气吸附原理,分析高温后混凝土比表面积、孔径分布等结构损伤特征,从微观孔隙角度阐释宏观力学性能衰弱特性.结果表明:①混凝土的抗压强度随温度的升高逐渐降低,且呈线性变化;②混凝土微孔启裂扩展的阀值温度是200℃,此时混凝土的比表面积最大;混凝土大孔启裂扩展的阀值温度是600℃,此时混凝土的比表面积最小;③影响高温混凝土力学性能的微观孔隙直径与温度呈现正相关分布;200℃时,混凝土微孔增多,微孔占总孔比为34.6％;400℃时,混凝土中孔增多,中孔占总孔比为53.97％;600℃时,混凝土大孔缓慢增多,大孔占总孔比为36.3％;800℃时,混凝土大孔急剧增多,大孔占总孔比为72.26％.     

多噬香鞘氨醇单胞菌降解陕西神府褐煤的工艺条件及产物研究

利用多噬香鞘氨醇单胞菌对陕西神府褐煤进行降解实验,通过单因素和正交实验确定了多噬香鞘氨醇单胞菌降解陕西神府褐煤的最佳工艺条件。煤样预处理采用10 mol/L硝酸氧化,煤样粒度为0.074 mm~0.125 mm,菌液量为8 mL/50 mL(培养基),降解时间为14 d,培养温度为35℃,培养方式为摇床培养,此时最大降解率为78%。利用扫描电镜、N2吸附、红外光谱、紫外光谱和气相色谱-质谱联用对降解产物进行了表征。结果表明:经微生物处理后,神府氧化煤样的表面出现较多的沟壑结构;硝酸预处理后煤的孔径和比表面积较原煤明显增加,再经多噬香鞘氨醇单胞菌作用后,孔结构发生改变,孔径和比表面积下降;煤的微生物降解液相产物中存在芳香类、烃类、酯类、酚类和酰胺类的物质。     

采用位移传感器考察萃余煤在乙醇中溶胀特性

通过对煤样进行正己烷和四氢呋喃索氏萃取处理,脱除了煤中低分子化合物,萃余煤在不同温度下真空干燥处理以避免萃取溶剂的残留,采用位移传感器溶胀测量装置考察并对比了原煤和萃取处理后煤样在乙醇中的溶胀特性.结果表明,不同温度下真空干燥处理萃余煤的热脱附-质谱分析显示,110℃真空干燥24h处理萃余煤出现萃取溶剂分子质谱特征碎片离子逸出峰,150℃真空干燥24h处理萃余煤没有出现显著溶剂分子质谱特征碎片离子逸出峰.四氢呋喃萃取处理后煤样,110℃真空干燥后,初始时刻溶胀速率较原煤显著增快,且平衡溶胀比显著增加;150℃真空干燥后煤样,由于进一步脱除了煤中残留的四氢呋喃,在乙醇中初始时刻溶胀速率降慢,平衡溶胀比减小,与原煤相近;正己烷萃取处理后110℃和150℃真空干燥后煤样的初始时刻溶胀速率较原煤降低,110℃真空干燥后煤样平衡溶胀比与原煤相比显著降低,150℃真空干燥后煤样的平衡溶胀比增大,与原煤相近.     

干馏终温对油砂半焦表面特性的影响

利用氮气等温吸附脱附法和电镜扫描研究了印尼油砂干馏热解过程中半焦表面特性的变化,并利用分形维数来定量描述半焦表面形态的复杂程度。结果表明,半焦BET比表面积与孔容积随干馏终温的变化趋势相近,均呈现先增大后减小的趋势。通过FHH方程回归得到的分形维数能够较好地反映半焦内部孔隙结构的分形特性,挥发分的吸出、塑性变形、气体产物的逸出以及油蒸汽的再凝结造成的闭孔效应的多种作用的交替影响,使分形维数在不同的温度区间有不同的变化趋势。电镜扫描能够直观地观察到半焦表面的孔结构特征,利用Matlab编程分析电镜图片得到的盒子维数与氮吸附数据拟合得到的FHH分形维数变化趋势基本一致。     

褐煤脱水提质及其物化结构演变的研究进展

深入分析了褐煤中水分的赋存形态,提质过程中褐煤孔结构和含氧官能团的变化及其与提质褐煤水分复吸行为之间的关联,同时对现有的褐煤脱水提质技术进行了总结和对比。结果显示,微波辐照能有效脱除褐煤中极性含氧官能团,机械热压能显著减小褐煤孔体积和比表面积,含氧官能团、孔体积和表面积的减小是有效抑制提质褐煤水分复吸的主要原因,将微波干燥与机械热压脱水技术耦合是褐煤有效脱水提质的可能发展方向。     

煅烧高岭土的比表面积与吸油性能

以水洗高岭土为原料,在600～1000℃,以50℃为间隔取点煅烧。通过场发射扫描电镜观察产品的微观形貌、X射线衍射仪分析产品的物相,并用BET物理吸附仪表征产品的比表面积和孔径分布,根据煅烧高岭土的微观形貌、物相组成、吸脱附等温线等,分析其比表面积与吸油性能的关系。结果表明:750℃的煅烧高岭土吸油值最高,为80.272g/100g,此时煅烧高岭土的比表面积最大,孔径分布集中于微孔和中孔,平均孔径最小。煅烧温度低于800℃时,煅烧高岭土的孔径分布较集中于微孔和中孔,比表面积较大,吸油值较高;煅烧温度升高至800℃以后,高岭土发生烧结导致微孔闭塞,孔径分布向中孔和大孔集中,比表面积减小,吸油值较低。因而煅烧高岭土的吸油性能与其比表面积和孔径分布密切相关,孔径分布越集中于微孔,比表面积越大,其吸油值越高。