褐煤水脫水提質(zhì)制備高濃度水煤漿的基礎(chǔ)研究.pdf

1、水煤漿是一種清潔的代油燃料，也是水煤漿氣化技術(shù)的原料。褐煤等低階煤儲量豐富，價格低廉，且反應(yīng)活性較高，是一種理想的氣化原料。利用褐煤制備水煤漿，可以降低原料成本，拓寬褐煤的應(yīng)用范圍，推動煤炭資源的清潔高效利用。
　　 褐煤含水量較高，熱值較低，在應(yīng)用之前需要進(jìn)行干燥提質(zhì)。水熱脫水提質(zhì)是一種“非蒸發(fā)”的干燥方式，能夠?qū)置哼M(jìn)行深度的脫水改性，使得褐煤在干燥之后的重吸水能力大幅度降低，熱值大幅度的升高。
　　 本文主要對褐煤

2、進(jìn)行水熱脫水提質(zhì)，圍繞褐煤水煤漿的性質(zhì)以及褐煤水分的脫除規(guī)律，進(jìn)行了以下工作:
　　 采用多種褐煤制備水煤漿，對褐煤水煤漿的成漿濃度、流變特性和穩(wěn)定性進(jìn)行深入研究分析，并與常規(guī)的煙煤水煤漿進(jìn)行對比，得到褐煤水煤漿成漿濃度低的最主要原因是褐煤的煤階較低，表面親水性的含氧官能團含量較多，束縛水含量較大。
　　 采用密閉的高壓反應(yīng)釜對褐煤進(jìn)行水熱脫水提質(zhì)，對水熱提質(zhì)過程中的固、液、氣三相產(chǎn)物特性進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)隨著水熱溫度的

3、升高，褐煤的平衡水含量顯著降低，熱值大幅度的提高，煤階明顯升高。在液體產(chǎn)物中，含有大量的有機物和無機礦物質(zhì)，且隨著水熱提質(zhì)溫度的升高，總有機碳的含量大幅度升高。在氣體產(chǎn)物中，主要的成分是CO2，同時還有一定濃度的CO、CH4、O2、H2S、H2、N2等產(chǎn)物，其中CO、CH4在反應(yīng)溫度超過240℃后才有生成。
　　 對水熱提質(zhì)前后褐煤的理化性質(zhì)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)影響褐煤水煤漿性質(zhì)的幾大因素均得到了改善:經(jīng)過水熱提質(zhì)之后，褐煤中羧基

4、、羰基和酚羥基的含量明顯降低，從而使褐煤的親水性減弱，表現(xiàn)為煤-水接觸角的增大，以及zeta電位的降低，等電點的升高。另一方面，褐煤的孔隙結(jié)構(gòu)也得到了改善，與原煤相比，水熱提質(zhì)固體產(chǎn)物的比表面積、比孔容積以及平均孔徑均有不同程度的降低。兩方面綜合作用，使得褐煤的固水能力大幅度弱化。
　　 將水熱提質(zhì)之后的煤樣制備水煤漿，其定粘濃度大幅度升高，其中經(jīng)過320℃水熱提質(zhì)，褐煤水煤漿的定粘濃度提高約9～14％，同時流變特性和穩(wěn)定性也得

5、到了進(jìn)一步的改善;將水熱提質(zhì)的液體產(chǎn)物與固體產(chǎn)物混合制漿，能夠使褐煤水煤漿的定粘濃度再度提高約1％，同時回收液體中可燃性物質(zhì)的能量。
　　 采用熱重-差示掃描量熱分析研究了水熱提質(zhì)對褐煤水分的賦存形式的影響，發(fā)現(xiàn)根據(jù)煤水結(jié)合能(Eb)的大小可以將褐煤的平衡水分為四個部分:自由水(Eb=0)、物理束縛水（0＜Eb＜2000kJ/kg）、過渡束縛水（2000kJ/kg＜Eb＜9000kJ/kg）和化學(xué)束縛水(Eb＞9000kJ/kg

6、)。經(jīng)過水熱提質(zhì)之后，褐煤與水分之間的結(jié)合能降低，自由水與物理吸附水所占的比例增大，化學(xué)吸附水的比例降低。根據(jù)薄層干燥理論對褐煤脫水活化能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)普通褐煤在等溫干燥過程中的干燥活化能范圍約為21～27kJ/mol。經(jīng)過水熱提質(zhì)后的褐煤，其平衡水的干燥活化能顯著降低，褐煤的固水能力明顯減弱。
　　 采用量子化學(xué)密度泛函數(shù)理論對褐煤水熱提質(zhì)的過程進(jìn)行優(yōu)化計算，發(fā)現(xiàn)褐煤較長的側(cè)鏈具有較強的反應(yīng)活性，在水熱提質(zhì)過程中首先發(fā)生化學(xué)反