新疆长焰煤制气化型煤的研究

发布时间：2020-08-21 23:19

【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(S_(25))、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、S_(25)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、S_(25) 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、H_2O、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%、H_2O 12%、溶剂2.5%、焦油渣3.5%。在最优方案下型煤的SCC、BTS、S_(25)和BTS_(+13)分别为593.1 N、288.6N、98.8%和94.5%。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ536
【图文】：

淀粉粘结剂,制备装置

2 实验与分析测定方法取质量为 M1的玉米淀粉，当水浴锅达到设定温度（6口瓶并开启搅拌器。烧杯取 50mL 去离子水溶解质量为 M2的 NaOH，然后达到设定的反应时间时取出烧瓶，并置于室温冷却，，并称取反应后的质量 M3，再添加一定的去离子水保证 2+ 250

残差图,残差图

图 4-5 Q 值残差图Figure 4-5 Q-value residuals主要分析了学生化残差正态概率图，标准学生化残差的正常概率图通常用来确定残差是否符合正态分布，这是对统计建模和模型充足性最重要的假设性检查根据图 4-5a 所示，点基本靠近在斜线上，并没有违背假设，误差是独立分布的，误差方差是均匀的，残差是独立的[91]。图 4-5b 预测响应值和内部学生化残差图，图中没有出现明显的系统图案，点都在 0 水平线两侧杂乱分布。图 4-5c 为剩余残差与运行顺序(数字)图，显示任何基于时间的效果或序分量，在 0 水平基线两侧杂乱无序分布。试验测量值和方程预测值如图 4-5d 所示，真实值和预测值都基本上分布在斜线上。通过残差图 4-5 分析可知，没有明显现象违背假设模型也再次验证了试验模型的可行性。根据拟合方程的方差和残差分析，Q 值拟合方程效果好，能够作为试验的预测方程，剔除不显著及系数太小的因素，Q 值的方程为：YQ=4936.6-142.7A-85.1B-0.2AC+8.1AD+0.02BC+0.15BD-21.2CD+1.03A2+0.38B2-0.07C2-1.5D2+0.26ACD+0.26BCD-0.017BA2-0.065DA2-0.01AB2（4-8

5 粘结剂对型煤性能的影响较高的尼勒克气煤（0.67%）和腐殖酸钠（0.70%），从而使得型煤具有硫含量，不过制备出的型煤（St,ad<1）满足气化用型煤技术条件。表 5-7 型煤与气化用块煤Table 5-7 Briquette and gasification lump coal煤种工业分析/% 煤样性能MadAdVdafFCdafSt,adSCC/N BTS/N S25/% BTS+型煤 10.90 23.30 37.20 62.80 0.33 667.8 357.1 99.8 98化用块煤 17.20 8.20 46.30 53.70 0.18 >1000 56.2 99.8 通过煤样性能对比发现，通过最优配比制备出的型煤仅仅是 SCC 低于在 BTS 和 BTS+13方面是远高于气化煤，图 5-11 和图 5-12 分别为型煤和热前后外形对比。

【参考文献】