变温干燥条件对褐煤物性影响的研究

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我国褐煤资源丰富,由于褐煤本身高含水,高灰分,易氧化,存储运输易吸水等原因。其利用率较低。褐煤的高效利用离不开原煤的干燥提质,传统褐煤干燥提质一般采用线性升温方式,干燥的效率和提质煤品质有待提高。分段变温可以针对褐煤干燥中的物性非线性变化合理输入干燥能量,从而解决以上问题,故探索阶梯式升温,降温的褐煤变温干燥,对于褐煤干燥工艺的完善和开发有着重要意义。  本文以温度为切入点,重点研究了非线性升温和降温的温度条件下褐煤干燥前后物性变化,该物性变化包括孔结构特征和表面官能团。文中以蒙东和昭通原煤为研究对象,采用固定床变温干燥和水分快速测定相结合的方法分析了褐煤变温干燥过程。利用低温氮吸附表征了干燥前后褐煤的孔结构,采用红外光谱法和X射线能谱法分析了干燥前后褐煤的表面官能团变化。基于以上研究,旨在找到干燥效率高,提质产品质量好的变温程序。  变温干燥过程研究发现昭通褐煤干燥过程中温度对变温干燥的影响最明显,温度升高,干燥速率和脱水率显著增加,蒙东褐煤在300℃干燥12min水分即可完全脱除,300-200℃的干燥效率比200-300℃高,100-300℃和300℃干燥的脱水作用都是主要发生在高温段,相同温度范围内,降温干燥比升温效果稍好。高温-低温程序在高温干燥过程中有效破坏了褐煤持水结构,削弱了后面低温恒温干燥段温度对褐煤的影响;褐煤停留时间对干燥的影响很小,停留时间增长,干燥的速率加快,但干燥程度基本不变。这种影响随着干燥温度升高而呈现弱化趋势;粒度对变温干燥几乎没有影响,-1mm,-2mm,-3mm,-6mm原煤在同样的变温程序干燥后干燥剩余水分差别不大。  针对不同变温程序提质煤,采用了低温氮吸附法,傅立叶红外法,和X射线分析法探究其颗粒孔结构和表面官能团分布,分析结果表明蒙东褐煤6种提质煤吸附等温线属于第Ⅱ类等温线且在相对压力0.05处存在吸附拐点。低温干燥温度主要作用于微孔且降温式干燥对微孔的影响强于升温干燥;在相同温度范围内,昭通和蒙东褐煤各个变温提质煤的表面官能团区别不大。蒙东和昭通不同变温提质煤的表面官能团含量相比原煤各有不同程度的变化,但不同提质煤间的官能团差异不明显。  利用动态水蒸气吸附仪测试了褐煤变温提质煤的复吸情况,发现蒙东褐煤提质煤复吸率 300-200℃<200-300℃<300-100℃<100-300℃<200-100℃<100-200℃,降温式干燥复吸率小于升温式干燥,对于褐煤的持水结构破坏程度更大。热重变温实验表明先高温再低温煤样的失重速率比先低温再高温干燥煤样的失重速率要大,因为大量脱水后,褐煤内部孔隙增多(尤其是微孔),热解过程中挥发分更容易逸出;热力学参数计算发现,各提质煤热活化能解能明显大于原煤,且降温式干燥提质煤热解活化能也比升温式干燥高。
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