热压脱水提质对褐煤自燃倾向性和水分复吸的影响研究

摘要

我国褐煤资源储量丰富，但直接燃烧时热效率较低，其固有的多孔疏松结构加剧了低温氧化自燃和水分复吸的发生，带来巨大的安全隐患，不利于储存和运输。故研究其高效提质和洁净化利用具有重要的能源战略意义。 本文选用昭通褐煤作为研究对象，提出了热压脱水工艺（MTE）。在脱除水分的同时获得较好的成型样品，通过改变热压时间和热压温度获得不同条件的提质样品。借助FTIR、SEM、MIP、XRF、TG-DSC等表征方法对原煤和提质样品的物化特性进行分析。采用自主搭建的实验测试装置，考察交叉点温度CPT、绝热升温速率R70、氧化燃烧特征温度点等指标对煤自燃倾向性的判定。研究各提质样品在不同温湿度环境下的水分复吸规律，建立等温吸附和吸附动力学模型，解释复吸的过程和差异。主要结论如下： （1）昭通褐煤水分高达56.12%，变质程度低，整体结构较为松散。表面含有丰富的含氧官能团，孔结构丰富，100μm左右的大孔居多，孔隙率高达43.41%。这均为煤吸附水分以及低温氧化反应提供了充分的条件。并且在燃烧过程中，不同的结构部位反映出不同的反应活性。 （2）提质煤的水分含量、孔结构变化、灰分和矿物质含量、粒度及含氧官能团数量等是影响褐煤自燃的主要因素。随着水分含量的降低，自燃倾向性逐渐增强；孔体积减小，大孔转变为较小的孔和中孔可以抑制褐煤的自燃；降低灰分和矿物质含量，导致自燃倾向性高于相同水分含量氮气干燥样品；在临界直径(1-2mm)以上，自燃倾向性随着颗粒尺寸的增大而增加，MTE工艺抑制褐煤自燃的优势在于其成型产品的尺寸上；破坏部分含氧官能团，可以抑制复吸和低温氧化反应的发生。 （3）样品的水分复吸率随热压温度的升高而降低，受热压时间的影响差异较小。增大粒度，可抑制水分复吸量，延长到达复吸平衡的时间。改变环境温湿度，样品在30℃时吸水量最大且随着湿度的增加平衡水分复吸量明显升高。提质煤对水的吸附等温线类型属于Ⅱ类等温吸附，适用于Dent模型。第一层吸附量受羟基和羧基等含氧官能团的影响，其变化随着热压温度的升高而降低，对热压时间的差异不明显，第二层吸附没有明显变化。准二级动力学模型对样品的水分复吸规律具有较好的拟合效果，吸附速率常数与温度呈正相关。但随着环境湿度的增加而逐渐减少，热压温度的提高可以抑制提质样品的吸附速率常数，而热压时间的影响并不明确。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3褐煤脱水提质研究进展

1.3.1 蒸发干燥脱水

1.3.2 非蒸发脱水工艺

1.4褐煤提质后的自燃特性研究基础

1.4.1 煤自燃学说

1.4.2 煤自燃机理研究

1.4.3 煤自燃特性研究方法

1.5褐煤提质后的水分复吸特性研究基础

1.5.1 煤中水的赋存形式

1.5.2 原煤吸附水分的影响因素

1.5.3 吸附理论模型的研究

1.6研究内容

2 实验方法与煤样特性分析

2.1煤质分析

2.2热压装置及工艺

2.3实验仪器与表征方法

2.3.1 实验仪器与装置

2.3.2 傅里叶红外光谱（FTIR）

2.3.3 表面形貌分析（SEM）

2.3.4 压汞实验分析

2.3.5 同步热分析仪

2.3.6 接触角测试

2.4本章小结

3 热压脱水提质对褐煤自燃特性的影响

3.1.1 实验样品制备

3.1.2 自燃实验测试装置及方法

3.2水分含量对褐煤自燃特性的影响研究

3.3孔结构对褐煤自燃特性的影响研究

3.3.1 压汞实验

3.3.2 扫描电镜

3.4灰分和矿物质对褐煤自燃特性的影响研究

3.5粒度对褐煤自燃特性的影响研究

3.6提质温度对褐煤自燃特性的影响研究

3.6.1 自燃特性的热重分析

3.6.2 含氧官能团的变化

3.6.3 孔隙结构的变化

3.7本章小结

4 热压脱水提质对褐煤复吸特性的影响

4.1.1 实验样品制备

4.1.2 水分复吸设备和方法

4.2热压样品水分复吸研究

4.2.1 褐煤干燥效率

4.2.2 不同热压条件样品的水分复吸规律

4.2.3 不同粒度热压样品的水分复吸规律

4.2.4 环境温度对热压样品水分复吸行为的影响

4.2.5 环境湿度对热压样品水分复吸行为的影响

4.3水分复吸的等温吸附模型

4.4水分复吸的动力学模型

4.4.1 吸附动力学模型

4.4.2 动力学参数计算

4.5本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

作者简历

学位论文原创性声明

学位论文数据集