原煤煤质特性与化学结构对水煤浆性能影响的研究

摘要

水煤浆是一种洁净煤基流体燃料，具有环境污染小、燃烧效率高等优点，既可作为代油燃料，也可作气化原料。随着我国煤化工行业的发展，水煤浆技术的应用受到广泛关注。水煤浆的制备对煤种的选择具有一定的限制，变质程度高的煤，成浆性能较好，是理想的制浆原料，但随着煤化工行业的发展，优质的煤炭资源逐渐消耗，因此需要提高难制浆煤种的成浆性，扩大制浆煤种的选择范围。不同的煤种煤质特性具有较大的差异，对煤质结构的研究有利于加深对煤性质的认识，为煤炭的高效清洁利用提供参考。本文选取11种变质程度不同的煤样进行单煤制浆和配煤制浆的实验，研究配煤对水煤浆性能的影响；并对成浆性能差距较大的三种煤CH、XS、YM进行煤结构的研究，为煤炭的高效利用提供理论基础。本文主要研究结果有以下几方面： 1.在相同制浆条件下，对单煤水煤浆的成浆性、流变性、稳定性进行研究。发现煤样的变质程度不同，成浆性能具有较大的差异，变质程度高的煤样，成浆性能较好，CH属于无烟煤，煤阶较高，成浆性能较好，定黏浓度达到70.3%，而YM变质程度较低，定黏浓度仅为63.95%；浆体的表观黏度都随剪切速率的增加而减小，表现出“剪切变稀”的特征，属于假塑性流体；成浆性差的煤制备的水煤浆稳定性优于成浆性好的煤；煤样的定黏浓度随水分，O/C和挥发分的增加而降低，随灰分的增加而升高；对 CH、SJS、XS、YM 四种煤的煤水接触角的研究表明，煤水接触角大的煤种，成浆性能较好。 2.选取几种成浆性能具有较大差距的煤样进行配煤制浆实验，研究表明并不是成浆性能好的煤占得比例越高，配煤的成浆性能越好，配煤的成浆性呈现非线性的关系；配煤水煤浆也属于假塑性流体；配煤制浆对水煤浆的稳定性影响比较复杂，有些煤混合后可以提高水煤浆稳定性，而有些配煤组合则会使稳定性降低。 3.对CH、XS、YM三种煤通过FT-IR、XRD、XPS、13C-NMR等相关表征，获得煤样的基本信息。计算得到各煤样的结构模型参数，利用 Chemoffice 2014软件绘制煤的平面结构模型， CH、XS、YM 的分子式分别为 C150H70N2O3、C136H94N2O6、C110H66N2O10，并对煤结构模型进行优化获得最优的煤结构模型。 4.煤样含氧官能团数量随煤变质程度的增高而减少。含氧官能团的数量会影响煤的表面特性，进而影响煤的成浆性能。无烟煤CH的芳香度大于烟煤XS和YM，表明无烟煤CH的变质程度较高，结构比较稳定。

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