基于低场~1H-NMR技术的不同煤种水分复吸形态研究

发布时间：2020-05-01 15:35

【摘要】：中国是一个以煤炭为主要能源的国家,但是随着优质煤的不断消耗,褐煤的开发和利用逐渐得到重视。印尼褐煤是我国东部沿海省份火力发电主要采用的煤种之一,但较高的含水量严重限制了印尼褐煤的利用,采用热解提质技术可以有效降低褐煤中的水分,提高褐煤的成熟度,但是提质后的煤样容易发生复吸水,降低提质效果。本文以印尼褐煤、五彩湾煤和神华烟煤为研究对象,比较了三种原煤的煤质特性和理化结构差异,分别在N_2和CO_2气氛下对印尼褐煤进行热解(200~500°C)提质实验,分析提质过程中温度和气氛对理化结构的影响。对三种原煤和提质印尼褐煤进行复吸水实验,研究理化结构和环境温湿度对复吸水特性的影响,进而得到煤阶和热解温度及热解气氛与复吸水规律的关系,用不同的模型描述了水分等温吸附过程,依托~1H-NMR技术对原煤和热解提质印尼褐煤的水分进行了检测,划分了水分类型。主要结论如下:1、五彩湾煤属于烟煤范畴,但其收到基水分却高于印尼褐煤和神华烟煤。印尼褐煤热解时,碳含量逐渐增加,氧含量逐渐减少,CO_2气氛比N_2更利于氧的脱除,但对氢的影响很小。五彩湾煤的比表面积和总孔容积最小,而OH和COOH含量最高,印印尼褐煤的比表面积和总孔容积均略小于神华烟煤,OH和COOH含量则大于神华烟煤。提质过程中,褐煤的比表面积和孔容积不断变小,整体上N_2气氛下更大;OH和COOH的含量也随温度的升高不断减少,其中OH的热稳定性更高,CO_2比N_2更利于OH和COOH的分解和脱除。2、三种原煤干燥后复吸水率大小关系是五彩湾煤印尼褐煤神华烟煤,且均小于收到基水分含量。五彩湾煤在OH和COOH含量上的优势,使其具有较高的复吸水率,而神华烟煤虽然孔容积较大,但是含氧官能团很少,导致复吸水率最低,OH和COOH比比表面积和孔容积对复吸水的影响更强烈。随着热解温度的升高,提质褐煤的复吸水率不断降低,由于CO_2气氛下提质褐煤具有更小的比表面积和孔容积,以及较少的OH和COOH含量,所以复吸水率也更低。3、三种干燥原煤及热解提质褐煤都经历了快速吸水、缓慢吸水、最后达到吸水平衡的过程,复吸水环境温度越高,相对湿度越低,复吸水率越低;CO_2气氛下,热解温度越高,提质褐煤的复吸水率越低。Henderson模型适于描述神华烟煤的水分等温吸水过程,而Mod-BET模型更适于五彩湾煤和印尼褐煤,三种干燥原煤的水分等温吸附复都是Ⅱ型吸附。热解温度越高,相对湿度越低,提质褐煤的一级吸附水和二级吸附水都越少,其中,N_2气氛下一级吸附水含量显著大于CO_2气氛,而二级吸附水含量差异很小。按照煤中水分赋存位置的不同将其分为毛细水、强束缚水、弱束缚水和自由水。印尼褐煤和神华烟煤中主要是强束缚水和自由水,其中印尼褐煤10~100nm孔隙中含的氧官能团较多,强束缚水含量大于神华烟煤,而五彩湾煤中由于主要是50nm以上的孔隙及较多OH和COOH,因此含有较多的强束缚水和弱束缚水,导致其复吸水率最大。与干燥印尼褐煤相比,提质褐煤具有相同的水分形态,且含量关系为强束缚水自由水毛细水弱束缚水,不同点是强束缚水和自由水显著少于干燥褐煤,而弱束缚水和毛细差异较小。随着温度的升高,提质褐煤的强束缚水和自由水的含量迅速减少,弱束缚水和毛细水减少幅度较小。对干燥原煤和提质褐煤的复吸水过程和水分形态的研究,可以为不同煤种的干燥和提质褐煤的储存和高效利用提供理论支持。
【图文】：

毛细水,水分,自由水,吸附水

华中科技大学硕士学位论文结合干燥速率和脱附热将煤中水分分为自由水、毛细水、分子层水和多层水[57]，如图 1-3 所示。冯小飞[58]也是采用这种方法通褐煤复吸水后的水分进行了划分。自由水指的是位于煤表面，也叫重力水，这部分水极易被脱除；毛细水主要位于煤的孔力与孔隙尺寸有关，但是这种结合力较弱；分子水包括与含氧作用结合的单层水及吸附在单层水上的多层水，这种分类方式是一样的。虞育杰[51]按照吸附位置的不同将煤中水分分为位于水、煤样表面的表面吸附水、粘附在煤颗粒上的水分子簇中的孔隙水和煤粉微孔或极细毛细管中的颗粒内部吸附水。H的划分：表面吸附水、内部吸附水、颗粒间水、毛细水和粘附

水分,吸附水,水分子簇,毛细水

、煤样表面的表面吸附水、粘附在煤颗粒上的水分子簇的孔隙水和煤粉微孔或极细毛细管中的颗粒内部吸附水划分：表面吸附水、内部吸附水、颗粒间水、毛细水和粘图 1-3 依托 TG-DSC 技术的煤中不同类型水的分布
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ530.2

【参考文献】