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新疆准东煤溶胀机理及制备精细油水煤浆的研究

作　者: 张勋
导　师: 蔡会武
学　校: 西安科技大学
专　业: 应用化学
关键词: 精细油水煤浆准东煤柴油溶胀粘度分散剂
分类号: TQ530
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

准东煤田的煤炭资源预测储量（3900亿吨）占新疆煤炭储量（2.19万亿吨）的17.8%，占全国煤炭资源储量（5.56万亿吨）的7.2%。煤质以长焰煤不粘煤和弱粘煤为主，是我国目前最大的整装煤田。准东煤田煤质以中水分和低灰分含量、中高挥发份产率、低硫、低磷和低氯含量为特征，适用于制备陶瓷窑炉和玻璃熔窑的替代燃料——精细油水煤浆。本论文以准东煤为原料，在三种不同溶剂(四氢萘、N-甲基吡咯烷酮和柴油)中进行了溶胀实验，研究了煤与溶剂比、溶胀时间、温度、溶剂等对溶胀的影响，并推导出溶胀动力学方程。以准东煤为原料，用干法制备了精细油水煤浆，研究了粒度分布、分散剂种类、分散剂计量和水、柴油、煤质量比等因素对精细油水煤浆粘度的影响。通过研究准东煤与其它不同变质程度煤进行复配后制浆，考察煤变质程度对精细油水煤浆粘度的影响。最后研究了微波改性对精细油水煤浆的影响规律，探索微波辐射功率与精细油水煤浆粘度的规律。得到如下结论：在溶胀实验中，N-甲基吡咯烷酮体系溶胀率高于柴油和四氢萘体系的溶胀率。煤:溶剂为1:6时，各体系溶胀速率都最大，溶胀度大小顺序是N-甲基吡咯烷酮体系>四氢萘体系>柴油体系。在溶胀时间达到6h时，3个体系溶胀度，都出现最大值，溶胀度大小顺序是：N-甲基吡咯烷酮体系>柴油体系>四氢萘体系。煤在上述溶剂中的溶胀度，随着温度的升高而增大，到75℃后出现拐点，N-甲基吡咯烷酮体系和四氢萘体系的溶胀度开始下降，而柴油体系煤的溶胀度始终是随着温度的升高而降低。这是由于极性溶剂NMP破坏煤大分子间的氢键作用较强，故对煤的溶胀程度较大。在溶胀机理比较实验中，实验温度在20℃～80℃范围内，温度对溶胀度的影响不大，煤在柴油中的平衡溶胀度约为1.139。采用吸附溶胀法和Suuberg溶胀法对准东煤的溶胀行为进行分析比较，推导出吸附溶胀法二级动力学方程为dx/dt=K(1AQSx)1x，其动力学方程的溶胀活化能为1.105kJ/mol。吸附溶胀法能很好的描述煤粉溶胀行为。正交实验及单因素实验优化的制备精细油水煤浆工艺参数为：分散剂吐温80为1.3g、水30g、柴油35mL和42.5g准东煤（d50为6.26um煤粉和d50为35.1um煤粉质量比为8:2）。在最优条件下制备精细油水煤浆的粘度是217mPa·s，煤浆浓度是42.1%，在60℃以下煤浆的表观粘度符合国家煤浆技术条件。配煤制浆实验中，低变质程度煤的配入，总体上表观粘度不如高变质程度煤。以高变质程度煤配煤制浆过程中，当准东煤:高变质程度煤为9:1时，配入黄陵煤优于晋城寺河煤，其它比例时晋城寺河煤优于黄陵煤。配入高变质程度煤和低变质程度煤，其表观粘度值都大于准东煤最优条件下制浆表观粘度值。微波改性实验中，辐射功率为400W时，所制备的煤浆表观粘度最低，为396mPa·s。其原因是，400W前煤内在水分含量高，减少了流动介质作用的水量，造成制备出的精细油水煤浆的粘度高；400W后煤孔结构变大，吸水能力增强，导致颗粒之间的润滑性能减小，制备出的精细油水煤浆的粘度增大。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
1 研究背景  9-11
  1.1 我国能源现状  9
  1.2 发展煤浆的重要性  9-10
  1.3 新疆准东煤  10-11
2 煤浆技术现状  11-25
  2.1 煤浆在我国的现状  11
  2.2 煤溶胀及其影响因素  11-14
    2.2.1 溶剂性质的影响  12
    2.2.2 溶剂空间效应的影响  12
    2.2.3 溶剂类型的影响  12-13
    2.2.4 温度的影响  13
    2.2.5 时间的影响  13
    2.2.6 煤粉粒度的影响  13
    2.2.7 水分的影响  13-14
    2.2.8 矿物质的影响  14
    2.2.9 煤阶的影响  14
  2.3 煤浆分类  14-15
    2.3.1 油煤浆  14-15
    2.3.2 水煤浆  15
    2.3.3 甲醇煤浆  15
    2.3.4 油水煤浆  15
  2.4 煤浆添加剂  15-20
    2.4.1 分散剂  15-19
    2.4.2 稳定剂  19
    2.4.3 其他辅助添加剂  19-20
  2.5 煤浆在我国的应用及发展前景  20
    2.5.1 应用现状  20
    2.5.2 应用前景  20
  2.6 油水煤浆性能  20-21
  2.7 精细油水煤浆发展和应用  21-22
  2.8 论文研究意义及研究内容  22-23
  2.9 溶胀动力学实验和制备精细油水煤浆技术路线图  23-25
    2.9.1 溶胀动力学实验技术路线图  23-24
    2.9.2 制备精细油水煤浆技术路线图  24-25
3 煤粉溶胀机理研究  25-36
  3.1 仪器与药品  25-26
  3.2 准东煤煤质分析  26-27
    3.2.1 准东煤工业分析  26
    3.2.2 准东煤元素分析  26
    3.2.3 准东煤红外光谱图  26-27
  3.3 煤粉在溶剂中溶胀  27-29
    3.3.1 溶胀试验中煤与溶剂比的选取  27-28
    3.3.2 溶胀时间对溶胀作用的影响  28
    3.3.3 温度对溶胀行为的影响  28-29
    3.3.4 溶剂对溶胀作用的影响  29
  3.4 煤粉溶胀动力学实验  29-31
  3.5 吸附法煤粉溶胀动力学研究  31-33
  3.6 Suuberg 法煤粉溶胀动力学研究  33-35
  3.7 本章小结  35-36
4 精细油水煤浆制备  36-51
  4.1 仪器与药品  36
  4.2 准东煤煤质分析  36-37
    4.2.1 准东煤工业分析  36-37
    4.2.2 准东煤红外光谱分析  37
  4.3 煤粉孔结构测试与分析  37-40
    4.3.1 孔结构参数的计算  37-39
    4.3.2 煤粉比表面积和煤粉孔隙结构分析  39-40
  4.4 煤粉粒度分布和特征值  40-43
    4.4.1 精细煤粉粒度分布  40-41
    4.4.2 精细煤粉特征值  41-43
  4.5 制备工艺流程  43
  4.6 煤浆性能测定  43-44
    4.6.1 黏度测定  43
    4.6.2 煤浆质量分数测定  43-44
    4.6.3 测量煤浆粒度分布和煤粉粒度分布  44
  4.7 分散剂的确定  44
  4.8 分散剂计量的确定  44-45
  4.9 水、柴油和煤质量比的确定  45-47
    4.9.1 实验结果及数据分析  46-47
  4.10 级配制浆  47-49
    4.10.1 两组份级配制浆  47-48
    4.10.2 三组份级配制浆  48-49
  4.11 优化条件制备精细油水煤浆  49
  4.12 温度对煤浆体系黏度的影响  49-50
  4.13 本章小结  50-51
5 改善成浆性能研究  51-56
  5.1 仪器与药品  51-52
  5.2 配煤改性制浆  52-54
    5.2.1 准东煤与低变质程度煤配煤  52-53
    5.2.2 准东煤与高变质程度煤配煤  53
    5.2.3 三种配煤方法比较  53-54
  5.3 微波改性  54-55
    5.3.1 不同功率微波处理对煤浆粘度的影响  55
  5.4 本章小结  55-56
6 结论与建议  56-58
  6.1 结论  56
  6.2 建议  56-58
致谢  58-59
参考文献  59-63
附录  63-64
硕士研究生期间发表的论文  64

新疆准东煤溶胀机理及制备精细油水煤浆的研究

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