有機(jī)溶劑改性褐煤及提高其成漿特性研究.pdf

1、中國褐煤儲(chǔ)量豐富，約占中國煤炭保有資源量的1/8，在未來一次能源中將充當(dāng)重要的角色。將褐煤制成低粘高濃度水煤漿，是褐煤高效清潔利用技術(shù)之一，但由于褐煤內(nèi)水含量和氧含量高，原煤成漿濃度低，需要對褐煤進(jìn)行提質(zhì)改性以提高其成漿濃度。
　　本文分別在常壓和加壓的條件下，利用有機(jī)溶劑對褐煤進(jìn)行脫水提質(zhì)改性處理。首先，進(jìn)行褐煤常壓脫水提質(zhì)改性，依據(jù)改性后含水率和重吸收率優(yōu)選出最佳改性劑，并建立干燥動(dòng)力學(xué)模型。然后，深入研究改性對褐煤表面微觀形

2、貌、接觸角、Zeta電位、孔隙結(jié)構(gòu)等特性的影響，探討褐煤表面特性和熱解過程對褐煤成漿性的機(jī)理。最后，利用加壓反應(yīng)釜研究褐煤經(jīng)有機(jī)溶劑加壓提質(zhì)改性后的理化特性。
　　褐煤常壓脫水改性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，褐煤經(jīng)有機(jī)溶劑提質(zhì)改性后含水率和重吸水率顯著降低，其中乙醇改性效果最佳。不同工況條件下，褐煤含水率都呈現(xiàn)遞減的變化趨勢，但重吸水率變化略有不同。干燥動(dòng)力學(xué)分析表明褐煤的干燥脫水過程符合Page和Wang-singh模型。經(jīng)有機(jī)溶劑改性后，褐

3、煤表面特性發(fā)生了顯著變化，Zeta電位減小、接觸角增大，表面親水性減弱，煤顆粒的輪廓和線條變得清晰，煤的脆性增強(qiáng)，孔隙分布曲線右移，褐煤微孔數(shù)量顯著減少，大孔增多。褐煤經(jīng)提質(zhì)改性后碳含量增加、氧含量減少，煤質(zhì)有所提高。
　　熱解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，褐煤提質(zhì)改性后TG曲線和DTG曲線右移，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。熱解動(dòng)力學(xué)分析表明，提質(zhì)改性前后褐煤熱解過程服從反應(yīng)級(jí)數(shù)模型，但改性后反應(yīng)級(jí)數(shù)由1級(jí)變?yōu)?.5級(jí)，改性后熱解活化能顯著增大，褐煤熱解活性變

4、差。改性后熱解產(chǎn)物中小分子物質(zhì)析出量有所降低，而含苯環(huán)的大分子物質(zhì)析出量增加，表明改性過程中褐煤部分活性基團(tuán)被脫除，穩(wěn)定芳香組份增加。
　　成漿性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，印尼褐煤經(jīng)有機(jī)溶劑提質(zhì)改性后，成漿濃度顯著提高，印尼褐煤最大成漿濃度可提高11.52個(gè)百分點(diǎn)。但改性后褐煤（焦）漿的穩(wěn)定性有所降低。改性后褐煤漿的屈服應(yīng)力減小，觸變性減弱，假塑性降低。
　　褐煤加壓脫水實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同有機(jī)溶劑和褐煤間相互作用強(qiáng)度不同。對于極性較強(qiáng)的

5、乙醇有機(jī)溶劑，隨著反應(yīng)溫度的升高，有機(jī)溶劑對褐煤的超臨界抽提和煤自身熱分解加劇，使得固體產(chǎn)率大幅度下降。經(jīng)有機(jī)溶劑高溫提質(zhì)改性后，表面片狀結(jié)構(gòu)逐漸變?yōu)閷訝畹谋∑?，煤質(zhì)變得致密，褐煤碳含量明顯升高，氧含量降低，即O/C降低，褐煤變質(zhì)程度提高，石墨化特征逐漸明顯。另外，改性后褐煤中羧基、羰基等含氧官能團(tuán)火幅度減少，芳香環(huán)縮合程度增加。加壓改性與常壓改性褐煤孔隙結(jié)構(gòu)變化顯著不同，加壓改性后褐煤表面同時(shí)產(chǎn)生較多微孔和大孔。受抽提和熱解作用的雙重