發(fā)布時(shí)間：2017-12-16 20:35

  本文關(guān)鍵詞：神府東勝煤成漿性及煤焦?jié){制備研究

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【摘要】：水煤漿氣化是煤炭清潔轉(zhuǎn)化的一個(gè)重要途徑。針對(duì)神府東勝低變質(zhì)煤定黏濃度低、分散劑選擇存在的盲目性及蘭炭末的利用等問題,以神府東勝煤及其蘭炭為研究對(duì)象分別制備水煤漿及水焦?jié){,系統(tǒng)地探討煤質(zhì)因素對(duì)水煤漿成漿性的影響規(guī)律。通過Materials Studio軟件模擬水煤漿體系研究煤/水/分散劑之間的相互作用機(jī)制,采用偏最小二乘法建立分散劑和煤成漿性的適配性預(yù)測模型,并利用蘭炭末配煤制備煤焦?jié){,探討影響煤焦?jié){成漿性的因素。本論文對(duì)水煤漿制備中分散劑的選擇和煤焦?jié){的制備提供一定的指導(dǎo)和理論基礎(chǔ)。針對(duì)煤質(zhì)因素對(duì)成漿性影響的復(fù)雜性,采用單因素分析及Spearman相關(guān)性分析方法探討了煤質(zhì)特性、煤巖組分、灰中氧化物及官能團(tuán)結(jié)構(gòu)對(duì)煤炭成漿性的影響。結(jié)果表明,隨著煤中水分、揮發(fā)分、固定碳及O/C值的升高,在實(shí)驗(yàn)條件下,水煤漿黏度為1000 mPa·s時(shí)的定黏濃度(ω1000)整體呈現(xiàn)降低趨勢。隨著煤顆粒比表面積和孔容的增大,水煤漿的ω1000降低。惰質(zhì)組、殼質(zhì)組與成漿性呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性,而鏡質(zhì)組與粘土類礦物則呈正相關(guān),相關(guān)性系數(shù)絕對(duì)值大小為惰質(zhì)組粘土類鏡質(zhì)組=殼質(zhì)組。當(dāng)灰分含量為5.47%～22.48%時(shí),水煤漿的ω1000隨著灰分含量的升高而升高,灰中氧化物CaO、Si02、A1203、Fe203與ω1000呈正相關(guān),而S03則呈負(fù)相關(guān),相關(guān)性系數(shù)絕對(duì)值大小為Si02Fe203A1203CaOSO3。隨著煤中C=O/C-O值的增加,水煤漿的ω1000降低,說明-C=O對(duì)水煤漿的ω1000影響較大。分別采用耗散粒子動(dòng)力學(xué)(DPD)和分子動(dòng)力學(xué)(MD)研究水煤漿體系的微觀形態(tài)及煤/水/分散劑之間的相互作用。結(jié)果表明,當(dāng)分散劑含量為1%,隨著水煤漿濃度逐漸升高到56%時(shí),水煤漿體系由隨機(jī)的球狀分散結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷訝罱Y(jié)構(gòu);此外,隨著分散劑濃度的升高,分散劑在煤顆粒表面的吸附密度逐漸增加,并且主要為單層吸附。隨著模擬水煤漿體系中煤與水摩爾比的增加(即水煤漿濃度增加),水分子的擴(kuò)散系數(shù)從4×10-7m2·s-1降低至2×10-7m2·s-1,水分子之間存在明顯的氫鍵并且強(qiáng)度升高,其中主要為水分子中的-OH和-H產(chǎn)生,說明水煤漿體系中水分子間的氫鍵作用影響了水分子的擴(kuò)散系數(shù),從而導(dǎo)致水煤漿體系的黏度增加。煤大分子與SAF(脂肪族類分散劑)分子間的相互作用比煤大分子與水分子間的相互作用強(qiáng),其中煤分子中的羥基與分散劑中的羥基相互作用最強(qiáng),主要以煤中羥基氧與分散劑中羥基氫的氫鍵作用為主。基于變量投影重要性分析法,針對(duì)不同分散劑,采用偏最小二乘法建立ω1000預(yù)測模型。在ω1000。預(yù)測模型基礎(chǔ)上,建立了水煤漿分散劑類型篩選預(yù)測方法。結(jié)果表明,影響煤成漿性的主要煤質(zhì)因素為水分、揮發(fā)分和O/C值;針對(duì)4種不同類型的分散劑以水分、揮發(fā)分和O/C值為參數(shù),所建立ω1000預(yù)測模型的預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值擬合的R2均大于0.84,說明模型比較精確。ω1000預(yù)測值最高的分散劑與煤成漿性的適配性最好�；诜稚┑墓倌軋F(tuán)特性及分布,采用PeakFit軟件對(duì)分散劑的衰減全反射紅外光譜(ATR-FTIR)結(jié)果進(jìn)行分峰擬合。以親水基團(tuán)(-OH、-SO3-、-C-O、-C=O)和疏水基團(tuán)(-CH2、-CH3、-C=C)的分布特性為參數(shù),結(jié)合偏最小二乘法建立了分散劑官能團(tuán)與煤成漿性的匹配度(MD)預(yù)測模型,當(dāng)MD1,并且MD值越大時(shí),說明該分散劑與煤成漿性的適配性越好,當(dāng)MD1時(shí),說明該分散劑對(duì)煤的成漿性起反作用。將蘭炭末配煤制備煤焦?jié){時(shí),隨著半焦含量α的增加,煤焦?jié){的穩(wěn)定性和流動(dòng)性逐漸變差,蘭炭末的含量以α40%為宜。通過蘭炭末配煤制備煤焦?jié){可改善水煤漿定黏濃度低、水焦?jié){穩(wěn)定性和流動(dòng)性差的缺點(diǎn)。為改善蘭炭末成漿中存在的問題,采用低溫?zé)岣馁|(zhì)方法在實(shí)驗(yàn)室中制備ZJM半焦,探討了不同熱處理溫度、時(shí)間對(duì)ZJM半焦表面性質(zhì)及其成漿性的影響。結(jié)果表明,ZJM半焦表面含氧官能團(tuán)減少,半焦顆粒表面疏水性增強(qiáng),同時(shí)比表面積和總孔容也相應(yīng)降低。經(jīng)過350℃熱處理后,ZJM水焦?jié){的定濃黏度從826 mPa·s降低至405 mPa·s。漿體的流動(dòng)性均較好,同時(shí)還可得到近3%的煤焦油。析水率在400℃時(shí)最高,并且隨著熱處理時(shí)間的增長,析水率越高。
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ536

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本文編號(hào)：1297401