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。     

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%。     

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。     

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。     

褐煤在微波场下的孔隙结构及其分形维数变化特征

为了探究微波辐照对褐煤孔隙结构及表面形貌的影响,将低温氮吸附法和扫描电镜相结合。测定了煤样经微波辐照前后比表面积、孔容、平均孔径及分形维数的变化;通过扫描电镜清楚观察到煤样的孔隙形状及表面形貌。试验表明:随着微波辐照时间/功率的增加,煤样孔隙分形维数值逐渐减小;平均孔径逐渐减小,比表面积和孔容先明显减小随后略微增加;褐煤表面逐渐趋于平整光滑,孔洞收缩。     

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。     

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℃。     

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)。     

干燥提质对褐煤表面结构的影响

 在回转干燥器中,以气体热载体内热式干燥工艺对褐煤进行干燥,分别利用化学分析法、FTIR法、BET法,分析了煤样中含氧官能团含量随干燥温度的变化;不同干燥煤样的比表面积和孔容积变化;明确了气体热载体内热式干燥工艺对褐煤表面结构的影响。实验结果表明,煤样中含氧官能团含量随干燥温度的升高而降低,在280℃之前主要脱除羧基,280℃之后主要脱除酚羟基;在温度低于330℃时,孔容积和比表面积随温度升高逐渐减小,380℃时显著增大。