褐煤中的水分

1、（一）立 （一）立項(xiàng)依據(jù)與研究?jī)?nèi)容 依據(jù)與研究?jī)?nèi)容（4000-8000 字）： 1．項(xiàng)目的立 目的立項(xiàng)依據(jù) 依據(jù)（研究意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析，需結(jié)合科學(xué)研究發(fā)展趨勢(shì)來(lái)論述科學(xué)意義；或結(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中迫切需要解決的關(guān)鍵科技問題來(lái)論述其應(yīng)用前景。附主要參考文獻(xiàn)目錄）；我國(guó)擁有豐富的褐煤資源，已探測(cè)的我國(guó)褐煤資源量可達(dá)1903億噸，占全國(guó)煤炭預(yù)測(cè)資源量的41.18%[1]。在我國(guó)煤炭資源中占有重要地位[2-4]，在我國(guó)未來(lái)

2、化石能源供應(yīng)的構(gòu)成中也將占據(jù)十分重要的位置。褐煤是一種低品質(zhì)能源，含水量和含氧量高，熱值低，因此，褐煤直接利用率相對(duì)較低，長(zhǎng)距離輸送經(jīng)濟(jì)性差，使得褐煤的開采和利用受到極大限制，長(zhǎng)期被視作一種劣質(zhì)煤。同時(shí)褐煤存在易自燃和風(fēng)化、貯存困難等劣勢(shì)進(jìn)一步限制了其應(yīng)用[5]。褐煤中的水分含量較高及易自燃等特點(diǎn)是限制其利用的較大影響因素。我國(guó)褐煤水分含量為25%~40%[6]，澳大利亞拉杜比谷開采出來(lái)的褐煤水分含量高達(dá)55%~70% [7]。褐煤干燥

3、提質(zhì)是實(shí)現(xiàn)褐煤高效利用的重要手段，干燥過程中，褐煤的外在水分較為容易脫除，所需能量較低，內(nèi)在水分和礦物質(zhì)結(jié)晶水的脫除十分困難，需要的能量較高。因此系統(tǒng)的研究褐煤中水分存在的形式，能夠?yàn)橐暂^低的能耗實(shí)現(xiàn)褐煤的脫水提質(zhì)的問題提供可靠地理論依據(jù)。根據(jù)研究方法的不同，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)煤中水分的分類也有所差異。按其在煤中存在的狀態(tài)，可以分為外在水分、內(nèi)在水分和化合水三種[8-10]，外在水分是指直徑大于10-5cm的毛細(xì)孔中的水分，以機(jī)械的方式與煤相

4、結(jié)合，蒸汽壓與純水的蒸汽壓相等，較易蒸發(fā)。內(nèi)在水分又稱為固有水分，是指煤在一定條件下達(dá)到空氣干燥狀態(tài)時(shí)所保持的水分，內(nèi)在水分以物理化學(xué)方式與煤相結(jié)合，以吸附或凝聚方式存在于煤粒內(nèi)部直徑小于10-5cm的小毛細(xì)孔中，蒸汽壓小于純水的蒸汽壓，較難蒸發(fā)?；纤ńY(jié)晶水）是指在全水分測(cè)定后仍然保留下來(lái)的水分，其含量較小，且必須在更高的溫度下才能失去。也有相關(guān)研究[11,12]將外在水分和內(nèi)在水分統(tǒng)稱為游離水，將煤中水的存在形態(tài)分為游離水和化合水

5、。可以判斷，在干燥過程中，水分脫除難易程度相應(yīng)不同，其干燥機(jī)理也可能存在區(qū)別。李先春等[13]按照水分在煤中存在的狀態(tài)，將其分為表面水、毛細(xì)水、吸附文獻(xiàn)指出褐煤中的水分含量及存在形式與煤的總吸氧量、放熱量之間存在十分復(fù)雜的關(guān)系，水分含量在一定范圍內(nèi)對(duì)褐煤自燃過程中自由基的形成及過氧化絡(luò)合物的形成有著重要的催化作用，能夠增加氧的吸附量[26-29]。趙衛(wèi)東[30]利用DSC對(duì)褐煤在低溫情況下進(jìn)行氧化分析，認(rèn)為褐煤自燃存在最佳含水量區(qū)間，得

6、出褐煤在25%～30%之間時(shí)存在最易自燃的臨界水分。Jones和Town end等[31]認(rèn)為濕氣在過氧絡(luò)合物的形成中起著本質(zhì)的作用，濕氣既影響過氧絡(luò)合物的生成量又起催化作用。因此，深入的研究褐煤中水分存在形式特別是結(jié)合水的性質(zhì)，能夠?yàn)楹置旱蜏匮趸^程的機(jī)理進(jìn)行較為全面的解釋。Mraw等[32]通過研究Wyodak煤孔結(jié)構(gòu)中的水分及其低溫?zé)崛荩l(fā)現(xiàn)其中2/3水分為可凍結(jié)水分，其余為不可凍結(jié)水分，可凍結(jié)水分存在于煤的大孔中，不可凍結(jié)水分吸

7、附在煤的內(nèi)表面或存在于微孔中。Norinaga等[33]利用DSC和NMR等對(duì)褐煤凍結(jié)特性進(jìn)行研究，進(jìn)一步明確將褐煤中的水分分為可凍結(jié)水和不可凍結(jié)水，又根據(jù)DSC低溫實(shí)驗(yàn)過程中出峰位置的不同，將可凍結(jié)水分為自由水和束縛水，前者在-15℃附近出峰，并和純水的出峰位置相同，后者在-47℃附近出峰；不可凍結(jié)水則在降溫過程中始終不結(jié)冰，如圖1所示，自由水褐束縛水在熱焓方面也存在一定差異，自由水為333J/g，其數(shù)值與純水的熱焓一致[34]，束縛