水热提质对低阶煤物理化学性质影响的实验研究

摘要

低阶煤具有高水分、高挥发分和高化学反应活性等特点，干燥后极易发生水分复吸和自燃现象，因此寻求有效的深度脱水提质技术是低阶煤利用的关键。在众多低阶煤提质技术中，水热脱水提质技术因其良好的脱水和深度提质效果成为近年来低阶煤领域的研究热点。
　　基于上述背景，本文以霍林河褐煤作为主要研究对象，在研究水热脱水提质对低阶煤理化特性影响的同时，与氮气气氛下的热提质进行对比，重点关注提质低阶煤水分复吸及自燃特性变化。此外，为解决常规水热提质工艺中存在的问题，本文采用煤水分离的实验方法对低阶煤进行饱和蒸汽条件下的提质处理，并与水热提质样品进行对比验证该技术可行性，通过不同形态水分作用效果差异初步探索水分在褐煤提质过程中的作用机制。
　　研究结果表明，褐煤经水热提质后碳元素含量升高，氧元素含量下降，煤阶向高阶煤靠拢，表面形貌趋于平滑和致密，而氮气气氛下热提质作用对褐煤提质作用有限。水热提质煤样内部含氧官能团含量大幅降低，且随提质终温提高官能团脱除效果显著增强，脱除效果优于常规热提质。水热提质后低阶煤水分复吸能力显著降低，且降低幅度高于氮气热提质处理，随水热提质终温升高，提质煤样水分复吸能力进一步下降，这与褐煤内部含氧官能团的脱除关联性较高。水热提质后褐煤氧化自燃倾向降低，但提质过程并未对其燃烧性能产生较大影响。因此相比于常规热气流处理，水热法是一种性能更为优异的低阶煤脱水提质工艺。
　　饱和蒸汽提质煤样的煤质变化与水热提质接近。经提质处理后褐煤空干基含水量显著下降，持水能力降低；提质煤碳元素含量升高，氧元素含量下降，AO/C逐渐下降；饱和蒸汽提质煤表面形貌与水热提质煤样相似，褐煤表面渐趋平滑致密，但仍存在部分颗粒状结构；饱和蒸汽提质能够起到良好的含氧官能团脱除效果，脱除量高于纯热提质，但略低于常规水热提质过程，不同形态水分在褐煤含氧官能团脱除过程中可能发挥重要作用。在低阶煤提质过程中水分能够促进以羧基为代表的含氧官能团脱除，且脱除效果与水分形态密切相关，液态水分作用效果优于饱和蒸汽。由本文研究结果可知，煤水分离的提质处理与水热提质过程性能相近，具有一定技术可行性。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 低阶煤应用过程中的关键问题

1.3 低阶煤脱水提质技术概述

1.4 水热脱水提质技术研究现状

1.5 本文研究内容

第2章 实验装置与分析测试方法

2.1 实验煤种

2.2 实验装置

2.3 分析测试方法及仪器

第3章 水热脱水提质对低阶煤理化特性的影响

3.1 引言

3.2 实验方法

3.3 提质处理对低阶煤煤质组成的影响

3.4 提质处理对低阶煤微观形貌的影响

3.5 提质处理对低阶煤含氧官能团含量的影响

3.6 提质处理对低阶煤水分复吸特性的影响

3.7 提质处理对低阶煤燃烧特性的影响

3.8 本章小结

第4章 饱和蒸汽条件下的提质作用探究

4.1 引言

4.2 实验方法

4.3 饱和蒸汽热提质对低阶煤煤质组成的影响

4.4 饱和蒸汽热提质对低阶煤微观形貌的影响

4.5 饱和蒸汽热处理对低阶煤含氧官能团含量的影响

4.6 提质过程中水分作用机制探究

4.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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