我國褐煤資源儲(chǔ)量相對豐富,但因其高的水分含量一直沒有得到大規(guī)模開采和有效利用,常規(guī)熱提質(zhì)褐煤容易復(fù)吸水分也成為褐煤有效利用的瓶頸�；诘湫秃置涸诟稍锛皬�(fù)吸過程中的物化結(jié)構(gòu)性能變化等相關(guān)行為,通過改善褐煤表面活性、抑制提質(zhì)煤水分復(fù)吸能力的基礎(chǔ)理論研究,為褐煤資源合理轉(zhuǎn)化提供理論支撐。本論文以國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)項(xiàng)目研究課題統(tǒng)一使用的中國內(nèi)蒙古錫盟褐煤為主要研究對象,輔以霍林河褐煤,在固定床反應(yīng)器上考察其干燥特性,分析干燥氣氛、干燥溫度和時(shí)間、煤樣粒徑對褐煤干燥行為的影響,并利用課題組自行設(shè)計(jì)的微波熱重分析儀考察微波處理和常規(guī)熱處理下褐煤干燥特性,分析熱效應(yīng)及非熱效應(yīng)處理?xiàng)l件下褐煤干燥行為的差異;在恒溫恒濕箱中對不同條件下提質(zhì)褐煤的復(fù)吸行為進(jìn)行系統(tǒng)考察,利用掃描電鏡、氮吸附、原位漫反射紅外光譜儀和化學(xué)滴定等方法對干燥過程中褐煤表面的物理、化學(xué)結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行表征,并且與提質(zhì)褐煤的水分復(fù)吸行為進(jìn)行關(guān)聯(lián);利用鹵素快速水分測定儀進(jìn)行褐煤干燥動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn),優(yōu)化霍林河褐煤適宜的干燥動(dòng)力學(xué)模型、計(jì)算干燥過程的活化能;并利用動(dòng)態(tài)水分吸附儀分析提質(zhì)褐煤的水分復(fù)吸動(dòng)力學(xué),計(jì)算復(fù)吸過程中釋放的熱量和復(fù)吸活化能,并且與復(fù)吸的水分類型進(jìn)行關(guān)聯(lián),得到以下主要結(jié)論:(1)溫度、時(shí)間、環(huán)境氣氛等熱處理?xiàng)l件和煤樣粒徑大小是影響褐煤干燥行為的主要因素,褐煤中水分的脫除效率隨著干燥溫度和時(shí)間的增加而升高,含水量趨于平衡時(shí)的脫水量隨之不斷加大。干燥氣氛因本身的物理化學(xué)性質(zhì)不同,對干燥過程的影響不同:氮?dú)獾膶?dǎo)熱系數(shù)較大,相應(yīng)褐煤的干燥效率較高;空氣氣氛中的氧使褐煤表面發(fā)生氧化加速了褐煤中水分的逸出,但是在較高的熱處理溫度下,氧化反應(yīng)反而降低了褐煤的干燥效率;co2分子的溶脹作用使褐煤表面發(fā)生膨脹龜裂現(xiàn)象,提高了相同條件下褐煤的干燥效率。煤樣粒徑越大,比表面積越小,從而減小了煤樣和傳熱介質(zhì)的接觸面積,使得褐煤的干燥效率越低。(2)相同升溫速率條件下,相比于常規(guī)的熱處理,微波處理煤樣的干燥效率明顯增大,當(dāng)微波處理的褐煤中水分幾乎完全脫除的時(shí)候常規(guī)熱處理僅僅脫除了75%的水分;褐煤的脫水效率隨著微波功率的增大而增加,但是在560w以后再增加微波的功率,褐煤脫水率增加的幅度減小,此時(shí)微波輻射對褐煤脫水的促進(jìn)作用達(dá)到最大。(3)褐煤原煤中的孔隙結(jié)構(gòu)以介孔為主,且在干燥過程中,較低溫度下大孔結(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌也演變?yōu)榻榭?隨著干燥過程的進(jìn)行,褐煤的孔結(jié)構(gòu)坍塌逐漸顯著,在140℃條件下當(dāng)干燥時(shí)間為50min時(shí),孔結(jié)構(gòu)的坍塌現(xiàn)象突然加劇隨后減弱。在氮?dú)狻鍤夂涂諝鈿夥障?提質(zhì)褐煤的比表面和孔體積都有所降低,相比于氬氣氣體,氮?dú)鈿夥障潞置罕砻婵捉Y(jié)構(gòu)的變化更明顯,空氣氣氛中的干燥過程會(huì)伴隨褐煤表面的低溫氧化過程,釋放出熱量,從而提高了褐煤表面的熱處理溫度,增加了褐煤表面孔結(jié)構(gòu)的坍塌過程;co2氣氛下的干燥過程,除了發(fā)生了孔結(jié)構(gòu)的坍塌過程以外,co2氣體對于膠體性質(zhì)的褐煤表面的孔徑還具有溶脹作用,對褐煤中的所有孔隙的孔徑均有增大的作用。(4)褐煤中的含氧官能團(tuán)主要包括,酚羥基、羰基、羧基、羧酸鹽,在氬氣氣氛中干燥時(shí),當(dāng)溫度高于160℃,羧基首先發(fā)生分解,干燥溫度高于200℃可以看到羰基和酚羥基的明顯分解,而且羰基的分解速度大于酚羥基,不同官能團(tuán)分解速率的順序?yàn)閏oohc=o-ohcoo–。(5)褐煤原煤在不同溫度下的干燥曲線經(jīng)歷了干燥速率的升速、恒速和降速三個(gè)階段,用三項(xiàng)擴(kuò)散模型可以較好地描述褐煤低溫等溫干燥過程,褐煤中不同類型水分的含量直接影響干燥過程活化能的大小。典型地,HLH褐煤干燥時(shí)平均脫水活化能約為25 kJ/mol。(6)提質(zhì)褐煤復(fù)吸的水分與干燥過程中脫除的水分沒有對應(yīng)關(guān)系,提質(zhì)褐煤復(fù)吸后的平衡含水量Y(mmol/g)與其比表面積S(m2/g)和含氧官能團(tuán)含量ACOOH,AOCH3,AC=O和AAr-OH(mmol/g)的關(guān)系可以較好地量化關(guān)聯(lián),歸納為:Y=1.53[S]+4.36[ACOOH]+1.06[AAr-OH]+0.78[AOCH3]+0.82[AC=O]-0.44。(7)提質(zhì)褐煤表面復(fù)吸的水分主要以表面吸附態(tài)形式存在,干燥溫度升高,所得干燥煤樣物理吸附態(tài)水分的比例降低,化學(xué)吸附態(tài)水分的比例增大,從而使吸附相同量水分放出的熱量增加;復(fù)吸過程主要分兩段進(jìn)行,低溫以物理吸附為主,逐漸轉(zhuǎn)化為表面的化合態(tài)吸附,較高溫度下化合態(tài)形式吸附的比例較大,兩段吸附過程的活化能分別為7.89 kJ/mol和17.25kJ/mol,第一段吸附速率大,低溫較易發(fā)生,第二段在較高溫度下進(jìn)行、變化較平緩。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TQ536
【部分圖文】：

2.2 褐煤的干燥實(shí)驗(yàn)褐煤的干燥脫水實(shí)驗(yàn)在恒溫固定床反應(yīng)器上進(jìn)行，反應(yīng)器為長 680 mm，內(nèi)徑 14.5mm的立式圓形石英玻璃管，干燥裝置示意圖如圖2-1所示。反應(yīng)器中間 10 cm 的恒溫區(qū)處有一石英燒結(jié)板，用來盛放需要干燥的煤樣。反應(yīng)器的溫度由控溫儀控制，反應(yīng)管內(nèi)部的溫度由K型熱電偶進(jìn)行測量。實(shí)驗(yàn)中由于熱電偶測量的是爐壁的溫度，為了測量的準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)前我們對爐壁的溫度（T1，控溫儀顯示的溫度）和反應(yīng)管內(nèi)部的溫度（T2，在控制溫度下反應(yīng)管內(nèi)煤樣的真實(shí)溫度）分別進(jìn)行了測量，測量結(jié)果如圖2-2所示。圖中顯示在實(shí)驗(yàn)溫度范圍（80~160 ℃）內(nèi)，T2和T1之間大約相差10 ℃

MB45鹵素水分測定儀Fig.2-4halogenmoisturemeterofMB45

DC (140℃/15min) DC (140℃/30min) DC (140℃/50min)圖 4-1 褐煤原煤及不同條件脫水煤的 SEM 圖Fig. 4-1 The SEM figures of raw coal (RC) and dewatered coal (DC) under different conditions4.1.1.2 不同條件下脫水褐煤孔結(jié)構(gòu)的變化
【參考文獻(xiàn)】

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5 陳彩靜;駱振福;趙躍民;董良;黃偉;吳興強(qiáng);;內(nèi)蒙古扎賚諾爾褐煤低溫?zé)崽幚硖豳|(zhì)研究[J];礦山機(jī)械;2014年03期

6 Qian Chunmei;Zhou Min;Wei Jianghong;Ye Puhai;Yang Xu;;Pyrolysis and co-pyrolysis of lignite and plastic[J];International Journal of Mining Science and Technology;2014年01期

7 徐志強(qiáng);辛凡文;涂亞楠;;褐煤微波脫水過程中水分的遷移規(guī)律和界面改性研究[J];煤炭學(xué)報(bào);2014年01期

8 葛立超;張彥威;應(yīng)芝;王智化;周俊虎;岑可法;;水熱處理對我國典型褐煤氣化特性的影響[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2013年32期

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10 孟順;孫紹增;趙廣播;;褐煤干燥脫水技術(shù)[J];熱能動(dòng)力工程;2013年02期

本文編號：2869868