褐煤熱壓脫水工藝及機理研究.pdf

1、褐煤是煤化程度最低的煤種之一,具有高水分、低熱值的特點。隨著世界范圍內能源資源需求的增加,以及石油、優(yōu)質煤資源等能源資源的逐漸匱乏,儲量豐富的褐煤資源已引起人們的關注。褐煤熱壓脫水工藝,水分以液態(tài)形式脫水,產品能級密度得以明顯提高,且具有不易吸潮、自燃,煤質性能明顯改善等優(yōu)點。本文以云南小龍?zhí)兜雀咚⒌蜔嶂岛置簽橹饕芯繉ο?對褐煤熱壓脫水過程機理、褐煤熱壓型煤穩(wěn)定機制及熱壓脫水工藝過程等進行了研究。本論文主要包括以下內容及結果:

2、>　　褐煤原煤煤質分析結果表明,原料褐煤孔隙結構發(fā)達,氧含量較高,具有大量的含氧官能團結構,易吸濕返潮、自燃,其揮發(fā)分初析溫度在222℃左右。
　　褐煤熱壓脫水機理研究結果表明,熱壓過程中煤水分離的基本過程為溫度引起的熱力效應脫水、機械壓力產生的壓實固結脫水和閃蒸脫水三方面;其機制是褐煤在熱力作用下其有機含氧官能團和有機結構發(fā)生分解等引起褐煤物理結構和化學結構及組成的改變,煤水體系作用力減弱,借助于褐煤本身體積收縮、釋放氣體的排水

3、作用及壓力的壓密固結作用等實現(xiàn)煤水體系的徹底分離。結合熱壓脫水過程基本特點,根據(jù)已有固結理論對熱壓過程進行了模型推導,建立了包含熱壓壓力、溫度和煤質特性因素的模型方程,模型方程進一步揭示并反映了熱壓過程熱態(tài)固結脫水的特點。
　　對小龍?zhí)逗置簾o粘結熱壓型煤穩(wěn)定機制進行了研究,在分析熱壓型煤穩(wěn)定性的同時,從褐煤樣品表觀形態(tài)、總孔容與穩(wěn)定性關系及物理化學性能變化角度對熱壓型煤的穩(wěn)定性機制進行了分析。熱壓過程中褐煤內部及表面含氧親水基團的

4、減少、疏水性增強,及孔隙、總孔容的大幅降低,內部結構的規(guī)整和熱壓作用引起的型煤表面的炭化作用是熱壓型煤穩(wěn)定的基本原因。實驗條件下,經(jīng)干燥褐煤吸水率達9％以上,而型煤產品吸水率在4％左右,二者相差達5個百分點;褐煤經(jīng)熱壓成型后,其自燃傾向性降低,自燃傾向性等級從Ⅰ級容易自燃變?yōu)棰蚣壸匀純A向性等級。
　　論文對100kg/d規(guī)模褐煤熱壓脫水工藝過程進行了研究。結果表明,溫度、壓力和保壓時間是褐煤水分含量的顯著性影響因素,其中溫度和壓力

5、是褐煤熱壓脫水過程中關鍵因素,二者間交互作用對褐煤水分含量影響顯著;熱壓過程適宜的工藝參數(shù)應根據(jù)對褐煤產品水分含量的要求確定,適宜的溫度壓力范圍分別為150-200℃和5-10MPa,保壓時間1-5min;上述極值條件下,褐煤水分含量可分別降至24.8％和8.78％。對熱壓產品煤質分析結果表明,脫水后褐煤能級密度得到大幅提升,小龍?zhí)逗置焊苫l(fā)熱量增幅最大可達37％以上;同時,元素組成中碳含量可提升9％,而氧和硫元素含量明顯降低;熱壓過程

6、對褐煤具有一定的“洗滌”作用,其Na、Mg、Ca等金屬元素含量較原煤有明顯降低;Cl、Ni、As等元素含量也有所降低;熱壓處理后煤樣揮發(fā)分、最高內在水分的大幅降低及固定碳含量的升高,反映熱壓過程對褐煤煤化程度具有一定的提升作用。對熱壓產品的熱重實驗結果表明,相較原煤,煤樣揮發(fā)分初析溫度、著火溫度及最大失重速率溫度均有明顯提高,而燃盡溫度變化不大,說明褐煤經(jīng)熱壓后熱穩(wěn)定性的提高及燃燒性能的改善。
　　基于獲得200℃、10MPa條件