全温度段裂解提质对锡盟褐煤成浆特性的影响

通过对锡盟褐煤进行涵盖高、中、低完整温度段的裂解提质,研究了裂解过程对煤质特性、成浆浓度、浆体流变特性以及稳定性的影响。对锡盟褐煤在隔绝空气条件下裂解,测量不同浓度浆体的黏度,并对剪切速率和表观黏度进行拟合得到不同浆体不同浓度的流变特性曲线,根据国标规定方法测量浆体的实际浓度以及浆体稳定性。并从裂解过程中样品表面官能团和孔隙结构变化角度分析裂解对锡盟原煤及半焦成浆特性的作用机理。实验结果表明,裂解过程可以减少样品中的含氧官能团,降低其亲水性,有利于成浆浓度的提高,成浆浓度随裂解温度的升高呈现先增大后减小的变化趋势,但是裂解对浆体的稳定性有负面影响。随裂解温度的提高,含氧官能团的分解导致半焦的孔隙结构发生显著变化,平均孔径先减小后增大,比表面积和孔容积呈先增大后减小趋势。     

褐煤水热提质改善水煤浆的成浆性、流变性和稳定性的实验研究

采用水热法对小龙潭褐煤进行提质处理,从煤质特性、含氧基团、表面亲水性和粒度分布等因素,探究了水热提质对褐煤水煤浆成浆浓度、流变特性以及稳定性的影响。结果表明,水热提质脱除了褐煤中的水分,氧含量降低,煤阶升高。水热提质脱除了褐煤中含氧基团,煤水表面接触角增大,褐煤表面亲水性得到改善。小龙潭褐煤颗粒粒度呈现双峰分布,水热提质后褐煤颗粒粒径减小且趋于规则。水热提质改善了水煤浆的成浆性能,成浆浓度由提质前的44.09%,最高可提升到61.94%。在相近的表观黏度下,水热提质后水煤浆的稠度系数K减小,流变指数n增大,水热提质在降低浆体黏度的同时,仍保持假塑性流体特征。水热提质降低水煤浆的析水率,延缓了浆体出现硬沉淀的时间,改善浆体的稳定性。水热提质从理化特性对褐煤进行深度改性,从而获得高浓度,假塑性以及稳定性良好的符合工业应用的水煤浆。     

煤与生物油的成浆性能研究

利用不同煤种的煤和生物油制备了不同浓度的生物油煤浆,考察了生物油煤浆的成浆浓度、表观黏度、流变特性和稳定性。结果表明,生物油煤浆是具有一定屈服应力的非牛顿流体,其流变特性可用宾汉姆方程来描述;生物油煤浆的屈服应力和表观黏度都随着固体浓度的增加而增大;随着剪切速率的增加,生物油煤浆的表观黏度减小;四种煤中,无烟煤的成浆浓度最高,可达42%,其含碳量高达49%,相当于同种煤制成的74%的水煤浆含量。烟煤次之,褐煤最低;生物油与煤粉之间能够形成絮凝性的大分子网络结构,使得生物油煤浆存在屈服应力并能够保持良好的静态稳定性,4.0~5.0 d天没有软沉淀产生,数月没有硬沉淀产生。     

褐煤中水分对油煤浆流变性质的影响

针对云南褐煤,用真空干燥脱水和恒温恒湿箱处理获得了不同含水率的褐煤,在常温常压(t=19.3℃,p=1.01×105Pa)条件下研究了褐煤含水率对油煤浆流变特性的影响。研究表明,原料煤含水率对油煤浆黏度和流变特性有一定的影响。随褐煤含水率增加,油煤浆黏度先减小后增加。油煤浆浓度不同,剪切速率不同,黏度出现最低值的含水率值wmin也不同。浓度为45.45%的油煤浆,剪切速率小于4.4 s-1时,wmin为9.20%;剪切速率大于4.4 s-1时,wmin为7.80%。浓度为55.56%的油煤浆,剪切速率小于1.32 s-1时,wmin为7.40%;剪切速率大于1.32 s-1时,wmin为10.00%。随剪切速率变化,油煤浆黏度上下行曲线之间形成滞后环,表明油煤浆体系有触变性,并且不同含水率煤浆体系触变性不同,含水率越大,触变性越明显。实验中不同含水率褐煤油煤浆都属于假塑性流体,且含水率对模型参数有一定的影响。     

纤维素燃料乙醇废液与煤的成浆性能研究

提出了一种纤维素燃料乙醇废液大规模资源化利用的新方法—将纤维素燃料乙醇废液与煤共混制备废液煤浆作燃料用。借助旋转黏度计对废液煤浆(WLCS-CEF)进行流变性测定,研究了成浆浓度、废液加入量和添加剂对煤浆流变性的影响。结果表明,废液煤浆的表观黏度随成浆浓度及废液加入量的增加而增大,添加剂的加入明显改善废液煤浆的流变特性。废液中大分子量的木质素及未水解完全的纤维素和半纤维素能起到稳定煤浆的作用,同浓度下的废液煤浆比水煤浆稳定性高,且煤浆稳定性随浓度增大而增强,合适的添加剂也能改善稳定性。当选择添加剂A,成浆浓度为62%,废液添加量为煤量的2.5%时,制得的废液煤浆比较适合气化。     

低温热改质煤表面性质变化及其对浆体流变特性的影响

考察了几种褐煤热改质过程中表面性质的变化及其对浆体流变特性的影响。研究发现，在２００～３００℃温度范围内，热改质煤表面产生显著的收缩作用，活性含氧官能团尤其是羟基官能团的分解使煤表面疏水化作用显著增强，从而使煤的吸水性大幅度降低。上述煤表面性质的变化是该温度范围内热改质煤成浆性得以大幅度提高的主要原因。相关微分分析进一步表明，煤表面羧基官能团和与之相关的煤的吸水性是制约煤成浆性尤其是低阶煤成浆性的首要因素，而未发现酚羟基官能团能产生重要的影响。对浆体流变特性的研究表明，浆体的屈服假塑性与煤表面活性含氧官能团和矿物质的含量有关，煤表面较高的亲水性有利于浆体屈服假塑性的改善，从而使其对浆体性质的影响具有双重性。     

褐煤与石油焦共成浆性研究

考察了褐煤的单独成浆性及其加入不同比例石油焦的共成浆性.结果表明,由于其较强的亲水性和发达的孔隙结构,在1 000 mPa·s时,褐煤的成浆浓度只能达到41%;在褐煤巾加入不同比例石油焦,褐煤的成浆浓度明显得到改善,加入石油焦的比例越多,浆体的浓度越高,当石油焦与褐煤的比为3:2时,可得到60%的固体浓度,且稳定性良好,呈假塑性流体的水煤焦浆.褐煤的亲水性较强,石油焦的疏水性较强,两者的互补性是获得高浓度水煤焦浆的根本原因.     

代温热改质煤表面性质变化及其对浆体流变特性的影响

考察了几种褐煤热改质过程中表面性质的变化及其对浆体流变特性的影响。研究发现，在２００－３００℃温度范围内，热改质煤表面产生显著的收缩作用，活性含氧官能团尤其是羟基官能团的分解使煤表面疏水作用显著增强，从而使煤的吸水性大幅度降低。     

高浓度煤浆的制备和流变性的研究：Ⅰ.改质温度对煤浆性质的影响

研究了三种褐煤和一种年轻烟煤在不同热改持温度下一成浆性及浆体流为特性的变化。发现２低温热改质柯大幅度降低煤浆的表观粘度，提高煤浆中煤的浓度，从而显著改善煤之成浆性。视煤变质程度不同，年轻烟煤的浆体中最高煤浓工可提高７％，褐煤尤其是年轻中提高１０％以上。同时水乐的流变特性和浆体静肪稳定性随原煤热改质温度变化均表现出一定的变化规律。     

锯木屑与褐煤共热解生物焦的成浆性能及其流变特性

模拟外热式直立炭化炉组装热解实验平台对锯木屑、云南褐煤进行热解/共热解提质,采用成浆实验法研究了锯木屑、云南褐煤热解生物焦/半焦及其共热解生物焦的成浆性能。结果表明,热解能显著提高锯木屑、云南褐煤的成浆性能,锯木屑、云南褐煤分别在500℃下热解1.5 h,所得到的生物焦、半焦的成浆浓度分别由热解前的29.21%、54.63%提高至38.57%、60.19%。相同热解条件下,锯木屑与云南褐煤共热解生物焦的成浆性能明显优于锯木屑、云南褐煤分别单独热解混合焦(生物焦与半焦的混合物)的成浆性能。锯木屑浆、生物焦浆、共热解生物焦浆、混合生物焦浆等均从总体上表现为假塑性特性,但当锯木屑含量大于等于50%时,锯木屑与云南褐煤共热解生物焦浆的流变特性与生物焦浆类似,在剪切速率较低的条件下,具有明显的剪切变稠特性,表现出较强的胀塑性。共热解生物焦的成浆性能优于混合生物焦的原因在于云南褐煤和锯木屑在共热解过程中的协同作用整体增强了共热解生物焦的芳构化程度。     

褐煤半焦直接加氢制甲烷反应特性及其孔结构和表面形态变化

在高温高压(1 000 ℃、12 MPa)固定床反应器上对内蒙古褐煤半焦的加氢甲烷化反应特性进行了研究,采用氮吸附和扫描电镜(SEM)对甲烷化残渣比表面积、孔结构和表面形态进行了表征。结果表明,半焦加氢甲烷化可分为加氢热解、快速加氢和慢速加氢等三个反应阶段,每阶段分别发生含氧官能团和烷基侧链加氢反应、芳环结构加氢反应以及贫氢骨架碳结构加氢反应。半焦加氢甲烷化最优反应温度为800 ℃,反应压力为3.0~4.0 MPa;提高升温速率可以缩短前段(碳转化率低于46%)反应过程时间,对后段(碳转化率高于46%)反应过程影响较小。半焦甲烷化残渣的吸附-脱附等温线呈反S型,滞后环呈H3回线形状;在甲烷化反应过程中,半焦平均孔径先减小后增大,总孔容积和介孔容积逐渐增大,微孔容积和比表面积先增大后减小。     

水热提质对褐煤理化结构及复吸水特性的影响

选取云南昭通褐煤进行了水热提质处理,依托傅里叶变换红外光谱技术和氮气等温吸附模型分析研究了不同提质温度(150-300℃)下煤样表面含氧官能团和孔隙结构的演化行为,考察了复吸水特性的变化规律。结果表明,随着提质温度的不断升高,主要亲水性含氧官能团(-OH、-COOH、C=O)不断减少;煤样的孔隙结构发生显著改变,比表面积和总孔容积先增后减,在250-300℃水热条件下有焦油产生;受理化结构协同影响的复吸水特性得到了有效遏制,复吸水率随着提质温度的升高不断下降;对提质褐煤进行储存时,环境湿度是影响褐煤复吸水的关键因素,高温水热、低温低湿度储存更能提高褐煤的提质效果。     

无烟煤掺混白酒酒糟制备生物质水煤浆

利用白酒酒糟与贵州无烟煤按不同比例掺混制备生物质水煤浆(BCWS),考查了酒糟掺混量、添加剂种类及含量对水煤浆成浆性能的影响。结果表明,在萘磺酸系添加剂(MF、NNO)和木质素磺酸钙(LS)三种添加剂中,MF的分散效果要优于其他两种,且添加量为0.5%时最佳;表观黏度为1 000 m Pa·s时,无烟煤单独制浆最大成浆浓度为70%,而掺混3%(干基)酒糟的BCWS定黏浓度为65.8%,浆体稳定性在3d以上;BCWS属于宾汉塑性流体,酒糟含有大量的亲水性含氧官能团,以及其管束和脉络结构,会引起BCWS表观黏度的升高,有利于提高BCWS的稳定性。     

超临界水中煤基多孔炭孔隙形成过程的研究

在半连续超临界水反应器(SCWR)中考察了不同温度、反应时间下昭通褐煤的转化特性,结合半焦有机官能团及碳微晶结构分析,推测在超临界水中半焦孔隙的形成过程以及煤中矿物质的作用。结果表明,超临界水首先快速萃取出褐煤热解产物,促进了半焦石墨化,形成良好的炭素前驱体,此过程对半焦孔结构基本无作用;当温度高于550 ℃,炭素前驱体发生气化反应,产生了较多的C-O-C交联结构,比表面积明显提高,逐渐形成多孔炭材料;脱灰后的煤在升温过程中具有更高的萃取率,形成有利于微孔产生的炭素前驱体,煤中的矿物质更有利于中孔的形成。     

胜利褐煤及盐酸洗煤热解过程中微结构演变特性研究

利用固定床获得胜利褐煤及盐酸洗煤在不同温度条件下的半焦。利用FT-IR、XPS、XRD和Raman等技术对所得半焦进行表征,以研究胜利褐煤及盐酸洗煤热解过程中微结构演变特性。结果表明,盐酸洗煤/焦中含氧结构含量相对较高。随热解温度升高,煤/焦中含氧结构所占比例降低。褐煤热解过程中,盐酸洗脱的矿物质会抑制芳环的有序化排列,同时促进褐煤中芳环簇的缩聚,造成煤焦晶体结构缺陷增加,并对煤焦中侧链的发展不利。     

氢气压力对煤加氢反应影响的热重-气相色谱实验研究

采用加压热重分析仪和气相色谱仪联用的方法研究了府谷烟煤和海拉尔褐煤加氢反应过程中的失重规律和主要气体产物析出规律,升温速率15℃/min,压力0.1~5.0MPa,反应终温1000℃。实验结果表明,煤粉加氢反应主要分为初始干燥脱气、热分解及挥发分加氢,半焦加氢气化和焦炭加氢气化四个阶段。氢气压力的提高促进了挥发分自由基的加氢反应,抑制了含氧官能团脱除形成碳氧化物。在热分解及挥发分加氢阶段,府谷烟煤失重速率随氢气压力的升高而减小,氢气压力对海拉尔褐煤失重速率的影响不大。在半焦加氢气化阶段,CH₄生成速率随氢气压力的升高而增大,当氢气压力较高时(3~5MPa),海拉尔褐煤CH₄生成速率随氢气压力的升高不再增大。海拉尔褐煤O_daf较高,其半焦中含氧官能团提供的活性位较多。府谷烟煤H/C原子比较高,能提供更多的内部氢。府谷烟煤和海拉尔褐煤焦炭加氢反应动力学参数分别为k₀=2.38×10⁷ (min^-1·MPa^-1),E=231kJ/mol,n=1和k₀=2.64×10³ (min^-1·MPa^-0.736),E=127kJ/mol,n=0.736。     

水葫芦与神府煤共成浆性的研究

分别以甲基萘磺酸盐(MF)及改性碱木质素磺酸钠(B1)为分散剂,考查了水葫芦与神府煤的成浆性能。结果表明,当100 g煤中加入19.16 g的水葫芦时,以MF为分散剂,60%浓度水葫芦煤浆的表观黏度为1 154 mPa.s,Fe2(SO4)3改性水葫芦煤浆的表观黏度为999 mPa.s。以B1为分散剂,水葫芦煤浆的表观黏度略有提高。Fe2(SO4)3的加入减少了与水缔合的含氧官能团数量,增加了水葫芦中起降黏作用的自由水含量。水葫芦能有效的提高水煤浆的稳定性,使出现硬沉淀的时间从2 h延长到60 h,Fe2(SO4)3作用后的水葫芦可进一步提高水煤浆的稳定性,使其出现硬沉淀的时间延长到88 h以上。水葫芦中大量的亲水性含氧官能团以及纤维素等大分子是水煤浆稳定性提高的主要原因。     

水蒸气对褐煤原位气化半焦反应性能及微观结构的影响

为了揭示水蒸气对半焦反应性和微观结构的影响,在自制两段新型反应器上依次进行了褐煤干燥、热解及"热"焦的水蒸气原位气化研究。利用TGA、BET和Raman光谱仪,对原位气化半焦进行反应性和微观结构解析。结果表明,在反应温度为600 ℃时,水蒸气对半焦转化率、反应性及微观结构影响很小。温度达到700~900 ℃,在半焦与水蒸气接触的前2 min,虽然半焦转化率变化不大,但其反应性、小环(3~5个芳环)与大环(≥6个环)体系之比及含氧官能团却急剧降低;大于2 min,半焦转化率逐渐增大,反应性、小环与大环之比及含氧官能团缓慢降低;而半焦孔结构在2 min 前后却具有基本一致的变化趋势。半焦与水蒸气接触的前2 min,小环与大环之比和含氧官能团急剧降低是导致反应性显著降低的重要因素,大于2 min,芳环体系的变化是导致反应性进一步降低的原因。     

新疆褐煤疏水改性提高其成浆性能

针对新疆褐煤具有较高内水的问题,制备了阴离子AKD改性剂和非离子AKD改性剂,对褐煤颗粒进行疏水改性。研究了改性前后煤粒表面化学成分、孔隙分布、亲疏水性和Zeta电位等煤粒表面特性,并结合NSF分散剂在改性前后煤粒表面吸附量大小,探讨了改性前后褐煤水煤浆的成浆性、流变性和稳定性。结果表明,改性后煤粒孔隙结构降低,煤粒表面碳的相对含量增加,氧的相对含量降低,煤水界面接触角增加,煤粒疏水性能增强。NSF分散剂在改性煤表面吸附量增加,煤粒表面负电性增强。由阴离子AKD改性煤、非离子AKD改性煤制备的水煤浆最大成浆质量分数从原煤56.6%分别增加至61.0%、62.5%,浆体析水率从原煤13.97%分别降低至7.45%、7.89%,同时改性后煤粒制备的浆体均表现出剪切变稀的假塑性流体。因此,改性煤粒更容易制备高浓度、低黏度、高稳定性且易于储存和运输的水煤浆。     

焦化过程半焦孔隙结构时空变化规律的实验研究——孔结构的分形特征及其变化

应用分形理论的概念,结合压汞法测得的半焦孔隙结构数据,建立孔结构分形特征模型,考察了焦化过程中不同焦化温度、不同横向空间位置半焦孔隙结构分形特征及其变化规律。结果表明,孔径大于5μm 的孔不具有分形特征,孔径为20nm～5μm孔的孔隙结构具有分形特征,其分形维数为2.45～2.83,可以用分形维数定量表征孔隙结构;相同空间位置下,半焦孔结构分形维数低温时较高,随温度逐渐升高先减小,然后增大再减小;同一空间位置不同温度下分形维数的变化量较小(< 0.15),表明温度对半焦孔隙结构复杂程度的影响不明显;相同焦化温度下,半焦中心和边缘处的孔结构分形维数大于中间部位,表明中心位置和边缘位置处的孔隙结构要比中间位置处的复杂。