褐煤半焦制备水焦浆的研究

论文摘要

水煤浆技术是我国发展洁净煤技术的一项重要内容,以其环境污染小,资源利用率高,成本低廉,使用方便等特点而应用于煤气化、代油燃烧等领域。目前水煤浆制备中大多采用高阶煤,褐煤因其内在含水量高等特点而很难制得高浓度的水煤浆。褐煤低温热解半焦因具有较低的内在水分和亲水基,适合制备水焦浆。本文以拓展水煤浆的原料范围和褐煤的利用途径为目的,以三种褐煤固定床快速热解半焦为原料,考察不同制焦条件、粒度分布、分散剂等因素对水焦浆性质的影响,获得适合气化的水焦浆工艺,主要内容包括以下几个方面：半焦颗粒的堆积效率是影响水焦浆成浆浓度和流动性的重要因素,合理的粒径分布是制浆的前提,因此本文研究了白音华褐煤四个热解温度(340℃,420℃,500℃,580℃)半焦及元宝山和小龙潭两种褐煤580℃半焦的粒度分布对水焦浆性质的影响,得出最合适的球磨条件是：球磨质量为280 g,球磨时间为120 min。白音华420℃半焦在该球磨条件下制备的水焦浆具有较高稳定性和较低的表观粘度。该球磨条件对其它褐煤半焦同样适用。为了获得合适的分散剂,以三种常用阴离子表面活性剂木质素磺酸钠(SL)、萘磺酸钠甲醛缩聚物(NSF)和腐殖酸磺酸钠(SH)为分散剂,考察各分散剂及分散剂复配对不同热解温度半焦水焦浆性质的影响,并获得适宜的复配分散剂。研究发现SH与NSF在降低水焦浆表观粘度方面效果相似,而且表观粘度明显低于SL,但SL制备的水焦浆具有较好的静态稳定性。SL与SH按1：1比例复配,剂量为0.4 wt%(daf)时制备的水焦浆具有较低的表观粘度和较高的静态稳定性,该实验条件下制备的水焦浆稳定性高达110天,而且该复配分散剂对其它褐煤半焦具有普适性。为降低水焦浆的表观粘度,考察了热解工艺和超声处理对水焦浆性质的影响。结果表明,以固体热载体快速热解工艺制备的半焦制浆效果优于固定床程序升温热解工艺,优于固定床快速热解工艺,这与制备出的半焦的性质有关。通过超声处理对不同煤种和同煤种不同温度段半焦制备的水焦浆性质影响的考察,发现浆体经超声处理1 min后,表观粘度达到最低值,水焦浆的稳定性有一定程度的提高；随着超声水焦浆处理时间的延长,水焦浆的表观粘度呈现先降低后升高的趋势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 概述
• 1.2 褐煤的加工利用
• 1.2.1 褐煤干馏
• 1.2.2 褐煤液化
• 1.2.3 褐煤气化
• 1.2.4 褐煤微生物转化
• 1.2.5 褐煤的其它改性处理
• 1.3 水煤浆技术概述
• 1.3.1 水煤浆技术研究背景
• 1.3.2 水煤浆技术发展现状
• 1.3.3 水煤浆的制备
• 1.3.4 水煤浆的评价指标
• 1.4 水煤浆性质的影响因素
• 1.4.1 煤质影响
• 1.4.2 添加剂
• 1.4.3 粒径分布
• 1.4.4 其它条件对水煤浆性质的影响
• 1.5 本课题研究的目的与意义
• 2 实验方法
• 2.1 实验原料及试剂
• 2.1.1 实验所用原料及装置
• 2.1.2 实验中所用试剂
• 2.2 表征
• 2.2.1 煤的热重分析
• 2.2.2 煤的工业分析
• 2.2.3 煤的元素分析
• 2.2.4 煤的发热量测定
• 2.2.5 原料的红外光谱定性分析
• 2.2.6 原料含氧官能团的测定
• 2.2.7 焦样对分散剂吸附量的测定
• 2.2.8 焦样的粒度分析
• 2.3 褐煤水焦浆的制备流程
• 2.4 水焦浆性质的测定
• 2.4.1 水焦浆浓度的测定
• 2.4.2 水焦浆的稳定性评价
• 2.4.3 水焦浆表观粘度的测定
• 3 粒度分布对水焦浆性质的影响
• 3.1 原料的分析
• 3.1.1 三种褐煤的热重分析
• 3.1.2 原料的工业分析和元素分析
• 3.1.3 发热量测定
• 3.1.4 红外分析
• 3.1.5 含氧官能团化学分析
• 3.2 粒度分析
• 3.2.1 球磨质量对粒度分布的影响
• 3.2.2 球磨时间对粒度分布的影响
• 3.2.3 半焦温度对粒度分布的影响
• 3.2.4 煤种对粒度分布的影响
• 3.3 小结
• 4 分散剂对水焦浆性质的影响
• 4.1 分散剂的分析
• 4.1.1 FT-IR分析
• 4.1.2 分散剂在半焦表面吸附量的研究
• 4.2 正交试验
• 4.3 复配分散剂对水焦浆性质的影响
• 4.3.1 分散剂的种类对水焦浆表观粘度和稳定性的影响
• 4.3.2 分散剂的配比对水焦浆表观粘度和稳定性的影响
• 4.3.3 分散剂用量对水焦浆表观粘度和稳定性的影响
• 4.3.4 复配分散剂对其它煤种的适用性
• 4.4 成浆浓度对水焦浆性质的影响
• 4.5 实验条件放大对水焦浆性质的影响
• 4.6 小结
• 5 热解方式和超声处理对水焦浆性质的影响
• 5.1 热解工艺对水焦浆性质的影响
• 5.2 超声处理对水焦浆性质的影响
• 5.2.1 超声时间对元宝山水焦浆性质的影响
• 5.2.2 超声时间对不同煤种水焦浆性质的影响
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢