低阶烟煤制取加压气化型煤的研究

摘要

煤炭气化是一种洁净、高效利用煤炭的方式。将粉煤加压成型用作鲁奇炉气化原料，不仅可以解决块煤供应不足的问题，还能充分利用粉煤。低阶煤化学活性好，容易气化。将低阶煤制成型煤用于鲁奇炉气化，对建立可持续发展的洁净能源系统具有重大意义。 本文以长焰煤为原料，以开发气化型煤黏结剂为目的，从黏结剂作用原理及鲁奇炉对型煤的要求入手，开发出了基础配方；从提高型煤热强度和热态防水性两方面入手展开深入研究，得到了一种性能优良的复合黏结剂配方；通过优化型煤的成型工艺提高了型煤的性能，并对型煤的粘结机理进行了研究。本文主要结论如下： （1）根据黏结剂粘结机理及气化型煤的要求选出预糊化淀粉、膨润土、煤焦油沥青三种黏结剂为基础配方，通过分析得出淀粉对型煤的冷强度影响显著，膨润土对型煤的热强度、热稳定性影响显著。最终确定淀粉添加量2%、膨润土添加量7%、煤焦油沥青添加量5%情况下，型煤的性能最好。 （2）研究成型压力、粒度分布、成型水分、黏结剂添加工艺等工艺参数对型煤强度的影响。最终确定最佳成型压力为 20MPa,成型水分的最佳加入量10%，粉煤粒径<0.15mm的占40%，0.15～0.5mm占25%，0.5～2mm占25%， 2～3mm占10%。 （3）结合型煤的黏结机理及炭化过程的表观结构分析，型煤的炭化过程大体可分为三个阶段：第一个阶段为固固阶段，黏结剂将煤粉紧密包围，型煤具有较高的强度；第二个阶段为固胶吸附，随着温度的升高预糊化淀粉与煤焦油沥青开始软化变成胶状，型煤强度下降；第三个阶段固固阶段，高温下煤焦油沥青分解的残余物和膨润土起到粘结作用。随着温度的升高，水分发生蒸发、浓缩，黏结剂在煤表面的附着状态逐渐发生变化，在 450℃时淀粉已经分解，煤表面的黏结剂颗粒逐渐减少，开始发生解聚和分解反应，产生气体并出现少许孔隙结构。当温度达到650℃时，大量挥发分的析出导致表面产生很多空洞。在炭化后期（650～850℃），型煤块发生固化收缩，部分凝胶体渗透到孔隙而产生机械啮合作用，当炭化温度达到 850℃时，孔隙结构较多，煤表面主要为片状蒙脱石，黏结剂以固桥的形式存在。 （4）通过高温蒸汽冲刷实验发现防水性较好的型煤受蒸汽冲刷强度降低相对较少。经过大量试验发现加入一种无机盐防水剂可以显著改善型煤的热态防水性，添加无机盐后炭化温度和时间对型煤的吸水率影响很小。未添加无机盐防水剂时型煤 850℃炭化后 360min 吸水率为 31.7%，添加无机盐后的型煤经850℃炭化后360min吸水率为7.5%，吸水率降低了24.2个百分点。

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