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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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。
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