新疆长焰煤制气化型煤的研究

摘要

鉴于伊犁新天煤制天然气项目配套煤矿开采出来的原料块煤不足，而粉煤又大量过剩难以消化以及大量焦油渣难处理等问题。本文以新疆长焰煤制气化型煤为研究课题，研究了成型工艺、淀粉粘结剂的制备参数、粘结剂的种类及配比和焦油渣对型煤性能的影响，并以型煤的冷态抗压强度（SCC）、跌落强度（S25）、热态抗压强度（BTS）和热稳定性（BTS+13）为指标对制备工艺进行表征。对样品进行红外分析，研究了型煤官能团变化对型煤性能的影响，经过研究得出的主要结论如下： 1.由于煤质的原因长焰煤单独成型比较困难，粉煤中加入府谷半焦和尼勒克气煤能显著提高型煤的SCC，其中后者对型煤SCC的提高较大。成型压力影响型煤的致密程度，对型煤SCC和BTS有重要的影响。长焰煤含氧官能团多，内部孔隙大，亲水能力强致使型煤成型水分较高。成型水分能够润湿煤样表面促进粘结剂与粉煤的结合，型煤的性能能够在合适的成型水分下呈现最大值，型煤残余水量对型煤SCC也有影响，并在10%左右强度最佳。 2.长焰煤具有胶体特性，能够随着含水量的变化表现出收缩或膨胀的现象。型煤在直接干燥的过程中因内部骨架收缩，型煤内部出现裂纹导致强度降低；延长陈化时间有利于粘结剂和粉煤的结合，在陈化时间为4天时型煤强度和稳定性达到最优。 3.型煤强度和稳定性受碱化淀粉合成工艺影响，合适的NaOH浓度、反应时间和反应温度有利于型煤性能的提高，并分别在0.9%、120 min和70 oC的条件下，型煤性能达到最优，淀粉浓度越大型煤 SCC 越小。型煤中羟基和羧基等含氧官能团对型煤 SCC 具有负作用，其中羧基的影响大于羟基。通过中心响应试验设计发现，碱化淀粉反应温度和反应时间对型煤综合性能影响显著，拟合方程能较为准确的预测出实验最优条件为：反应温度75 oC、反应时间135 min、淀粉浓度6%和NaOH浓度0.9%，在最优合成条件下制备出型煤的SCC、BTS、S25和BTS+13分别为638.1 N、390.4 N、98.5%和97.4%。 4.长焰煤中添加粘结剂可以提高型煤SCC，但是添加单种粘结剂很难达到工艺要求，有机粘结剂可以显著提高型煤SCC。采用复合粘结剂可以同时提高型煤的SCC和BTS，型煤SCC在合适的淀粉、腐殖酸钠和膨润土添加量的条件下达到最大值。通过 Plackett-Burman 实验设计发现不同粘结剂对不同指标有着显著性影响，其中膨润土对型煤所有指标影响显著。通过正交优化设计得出型煤最优方案为：淀粉1%、腐殖酸钠2%、膨润土7.5%、成型压力25.6 MPa，成型水分15.5%、陈化时间4 day，型煤性能最优参数分别为SCC 667.8 N、BTS 357.1 N、S25 99.8%、BTS+13 98.2%。 5.增加焦油渣和溶剂（异丙醇）添加量型煤强度降低，通过正交优化试验设计发现对型煤性能影响从大到小为：气煤、H2O、溶剂和焦油渣，其中气煤对型煤性能具有显著性影响。最优制备参数为气煤26%、H2O 12%、溶剂2.5%、焦油渣3.5%。在最优方案下型煤的SCC、BTS、S25和BTS+13分别为593.1 N、288.6 N、98.8%和94.5%。

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摘要

Abstract

5.粘结剂对型煤性能的影响 45

学位论文数据集 79

Contents

5 Effect of Binders on the Properties of Briquette 45

Dissertation Data Collection 79

图清单

表清单

变量注释表

1绪论

1 Introduction

1.1课题研究背景（Research Background）

1.2型煤技术（Briquette Technology ）

1.2.1国外型煤技术研究进展

1.2.2国内型煤技术研究进展

1.3.1原料煤性质、粒度对粉煤成型的影响

1.3.2粘结剂种类对型煤性能的影响

1.3.3成型条件型煤性能的影响

1.4粉煤成型机理 (Forming Mechanism of Pulverized Coal)

1.5研究意义 ( Research Significance)

1.6本课题主要研究内容 (Main Research Contents of this Topic)

2实验与分析测定方法

2 Experiment and Analysis Methods

2.1实验原料（Raw Materials）

2.2实验试剂（Experiment Agents ）

2.3实验仪器与设备（Experimental Instruments and Equipments）

2.4型煤成型模具（Briquette Mould）

2.5淀粉粘结剂的制备（Preparation of Starch Binder）

2.6型煤的制备方法（Preparation Method of Briquette）

2.7.1跌落强度的测定

2.7.2热稳定性的测定

2.7.3冷态抗压强度的测定

2.7.4热态抗压强度

2.7.5反应性的测定

2.7.6 红外光谱分析(FT-IR)

2.7.6 型煤比表面和孔隙结构分析（BET）

3成型工艺对型煤性能的影响

3 Influence of Molding Process on Properties of the Briquette

3.1配煤工艺对型煤强度的影响（Influence of Coal Blending Technology on Strength of Briquette）

3.1.1单种煤成型

3.1.2配煤成型工艺

3.2成型压力对型煤强度的影响（Influence of Forming Pressure on Strength of Briquette）

3.3水分对型煤强度的影响（Influence of Moisture on Strength of Briquette）

3.3.1成型水分对型煤强度的影响

3.3.2型煤含水量对强度的影响

3.4干燥工艺对型煤强度的影响（Effect of Drying Technology on Strength of Briquette）

3.4.1干燥温度对型煤强度的影响

3.4.2干燥时间对型煤强度的影响

3.5长焰煤性质分析（Characteristics Analysis of Long Flame Coal）

3.6陈化时间对型煤性质的影响（Influence of Aging Time on Briquette Properties）

3.7本章小结（Summary）

4变性淀粉合成工艺对型煤性能的影响

4 Effect of Modified Starch Synthesis Process on Properties of Briquette

4.1单因素试验研究（Single Factor Experimental Study）

4.1.1粘结剂中NaOH浓度对型煤性能的影响

4.1.2粘结剂反应时间对型煤性能的影响

4.1.3粘结剂中淀粉浓度对型煤性能影响

4.1.4粘结剂反应温度对型煤性能的影响

4.2淀粉粘结剂CCD实验设计（Experimental Design of Starch Binder with CCD）

4.2.1试验数据及处理

4.2.2 试验结果方差分析

4.2.3残差分析

4.3本章小结（Summary）

5粘结剂对型煤性能的影响

5 Effect of Binders on the Properties of Briquette

5.1单种粘结剂对型煤强度的影响（Effect of Single Binder on Strength of Briquette）

5.1.1活性白土对型煤强度的影响

5.1.2膨润土对型煤强度的影响

5.1.3水泥对型煤强度的影响

5.1.4羧甲基淀粉对型煤强度的影响

5.1.5腐殖酸钠对型煤强度的影响

5.1.6淀粉对型煤强度的影响

5.2复合粘结剂对型煤强度的影响（Effect of Composite Binder on Strength of Briquette）

5.2.1淀粉对型煤强度的影响

5.2.2腐殖酸钠对型煤强度的影响

5.2.3膨润土对型煤强度的影响

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5.3 Plackett-Burman实验设计（Experimental Design of Plackett-Burman）

5.4.1试验设计与实验结果

5.4.2极差分析

5.5型煤与原料块煤的对比（Comparison of Briquette and Raw Material Lump Coal）

5.6本章小结(Summary)

6焦油渣对型煤的影响

6 Influence of Tar Slag on Brequitte

6.1.1焦油渣对型煤性能的影响

6.1.2添加焦油渣后水分对型煤性能的影响

6.1.3添加焦油渣后气煤对型煤性能的影响

6.1.4焦油渣中溶剂添加量对型煤性能的影响

6.2.1正交设计试验结果

6.2.2正交试验结果分析

6.3本章小结（Summary）

7结论及展望

7 Conclusions and Prospects

7.1主要结论（Conclusions）

7.2展望（Prospects）

参考文献

作者简历

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