不同水热解条件下煤结构变化的实验研究

论文摘要

褐煤由于内水含量和氧含量高，导致直接成浆的成浆性差，褐煤水煤浆用于气化时消耗较高，影响了褐煤利用的经济性，因此必须对褐煤进行预处理。采用高压水热解可以改变煤质化学结构、降低其再吸水性，并提高褐煤成浆性，是一种能耗较低的褐煤预处理技术。本文利用一个3L的的高压反应釜，在不同温度、压力、装料量、初始水煤浆浓度和气氛等实验因素下对来自内蒙古的两种褐煤和来自新疆的一种次烟煤在进行系列水热解实验，并对水热解前后煤样性质进行了分析，包括工业分析、元素分析、再吸水性、孔隙率、含氧官能团数量和最大成浆浓度等，同时测定了热解后水样中TOC、COD、BOD5、总氮、氨氮、Cl-、SO42-的含量和PH值。根据实验结果，研究分析了不同水热解过程条件对处理后煤样（提质煤）性能的影响，并为热解后废水的利用提供了依据。结果发现，水热解过程对煤样灰分和发热量影响较小，处理后煤样的灰分变化较小；发热量整体呈上升趋势，但变化幅度在10%以内；挥发分含量随处理温度的升高逐渐减小；碳含量升高、氧含量降低，O/C原子比降低，煤阶升高。煤样的再吸水性明显降低，并随着处理温度的升高而下降。提质煤的孔隙率降低；含氧官能团数量显著下降；两种褐煤的成浆性得到明显改善，最大成浆浓度可以升高11%左右；而次烟煤的成浆性无变化。由此可以看出，水热解过程可以实现对煤进行脱水、除氧、改变煤质化学结构、提高成浆浓度的目的。实验表明温度和煤种是所有过程条件中对提质煤性能影响最大的因素，其次是初始水煤浆浓度，其它因素，如装料量、压力和气氛等对提质煤性能几乎无影响。温度和煤种也是影响废液中有机物含量的关键因素，温度升高，废液中有机物含量呈增多趋势，此外，实验发现处理时搅拌转速的升高可以减少废液中的有机物含量。以上结果说明对于特定的反应装置，投料量的多少、压力的变化（温度一定）和气氛的变化都对煤样的脱水除氧效果影响甚微，因此针对不同的煤种选择合适的温度对于改善煤样性质、指导工业生产有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号对照表
• 第1章 引言
• 1.1 褐煤的重要地位及特性
• 1.1.1 褐煤在能源安全中的重要地位
• 1.1.2 褐煤资源分布
• 1.1.3 褐煤特性
• 1.2 几种常用的褐煤利用方式
• 1.2.1 褐煤燃烧
• 1.2.2 褐煤热解（干馏）
• 1.2.3 褐煤液化
• 1.2.4 褐煤气化
• 1.2.5 褐煤水煤浆
• 1.3 几种常用的脱水方式
• 1.3.1 热蒸发法
• 1.3.2 机械法
• 1.3.3 非蒸发法
• 1.3.4 三种技术比较
• 1.4 水热解技术基本原理
• 1.5 提质煤能改善煤的成浆性的理论依据
• 1.5.1 内水对成浆性的影响
• 1.5.2 孔隙率对成浆性的影响
• 1.5.3 含氧官能团对成浆性的影响
• 1.6 非蒸发脱水工艺废水
• 1.6.1 无机物
• 1.6.2 有机物
• 1.7 论文内容
• 第2章 实验设备与方法
• 2.1 实验系统介绍
• 2.2 实验过程
• 2.3 提质煤（固体产物）分析
• 2.3.1 工业分析、元素分析
• 2.3.2 复吸性分析
• 2.3.3 孔隙率分析
• 2.3.4 煤表面化学官能团分析
• 2.3.5 成浆性分析
• 2.4 液体产物分析
• 第3章 改性前后煤的性质对比及其影响因素
• 3.1 煤样
• 3.2 实验工况
• 3.2.1 实验工况
• 3.2.2 实验工况分组
• 3.3 工业分析和元素分析
• 3.3.1 灰分
• 3.3.2 挥发分
• 3.3.3 发热量
• 3.3.4 元素分析
• 3.4 复吸性测试
• 3.5 孔隙率分析
• 3.5.1 温度对孔隙率的影响
• 3.5.2 颗粒内部孔隙率
• 3.5.3 水热解过程条件对颗粒内部孔隙率的影响
• 3.5.4 颗粒内部孔隙率与再吸水率的关系
• 3.6 煤表面化学官能团分析
• 3.7 成浆性分析
• 3.7.1 成浆性实验
• 3.7.2 成浆性分析
• 第4章 废液分析
• 4.1 TOC 含量
• 4.2 COD 含量
• 4.3 BOD5含量
• 4.4 总氮含量
• 4.5 氨氮含量
• 4.6 Cl-含量
• 4.7 SO42-含量
• 4.8 PH 值
• 第5章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果