褐煤低溫?zé)岣馁|(zhì)過程及冷凝水水質(zhì)研究

【摘要】：褐煤提質(zhì)是提高褐煤利用效率和減少污染排放的有效手段。本文圍繞著褐煤低溫?zé)岣馁|(zhì)過程,研究了褐煤表面含氧官能團隨溫度的變化規(guī)律；重點研究了低溫?zé)岣馁|(zhì)溫度對熱改質(zhì)冷凝水水質(zhì)和冷凝水中有機物的組成與含量影響的規(guī)律；考察了改質(zhì)后提質(zhì)煤的成型性能。論文的研究內(nèi)容和取得的研究結(jié)果包括： 1、以霍林河褐煤和小龍?zhí)逗置簽樵?在間壁式熱改質(zhì)裝置上進行了褐煤低溫?zé)岣馁|(zhì)實驗。實驗結(jié)果表明：褐煤在100℃改質(zhì)時,煤中水的脫除率不足50%：熱改質(zhì)溫度高于150℃后,煤中的水分基本可以全部脫除。提質(zhì)煤的揮發(fā)分隨熱改質(zhì)溫度的升高而減低,熱改質(zhì)溫度升高至400℃,霍林河和小龍?zhí)睹禾豳|(zhì)煤的揮發(fā)分分別下降了10.69%和15.60%。由平均芳環(huán)數(shù)可知,霍林河和小龍?zhí)逗置悍謩e在400℃和350℃煤大分子碳骨架開始發(fā)生明顯改變。 2、對原煤和提質(zhì)煤的表面官能團進行了紅外和化學(xué)分析。研究發(fā)現(xiàn),小龍?zhí)对捍嬖谥愃颇嗵康亩嗑哿u基為主的網(wǎng)狀體系(Coal—OH—O—Coal),在熱改質(zhì)溫度超過250℃后這種結(jié)構(gòu)被破壞。隨熱改質(zhì)溫度的增加,褐煤表面含氧官能團的脫除率顯著增加,400℃時羧基的脫除率為90%以上,而酚羥基的脫除率與氧元素的脫除率相當(dāng),不足50%。在改質(zhì)溫度超過400℃后對小龍?zhí)逗突袅趾釉褐型闊N支鏈、醚氧基結(jié)構(gòu)和CH2橋鍵結(jié)構(gòu)有明顯影響。 3、對褐煤低溫?zé)岣馁|(zhì)冷凝水水質(zhì)進行了研究。實驗結(jié)果表明：熱改質(zhì)溫度在200℃前收集的冷凝水無色透明;200℃熱改質(zhì)冷凝水氨氮指標(biāo)略高,可通過簡單生化處理達標(biāo)。250℃時冷凝水開始略帶褐色,在350℃后開始出現(xiàn)分層現(xiàn)象,水質(zhì)劣化明顯。 4、使用GC-MS分析了熱改質(zhì)冷凝水中的有機物。結(jié)果揭示了冷凝水中有機物含量隨熱改質(zhì)溫度變化的規(guī)律。實驗結(jié)果表明：冷凝水中有機物組成十分復(fù)雜,包含了脂肪烴、芳香烴、含氧化合物和雜環(huán)類等化合物。含氧化合物含量最高,包括酚類、醇類、醛類、酮類、酸類和酯類等。其中,酚類物質(zhì)是冷凝水中有機物含量最高的一類,其含量隨處理溫度的升高而增加。低級酚在冷凝水中酚類物質(zhì)占比例很高,含量超過總酚的80%。與甲酚的脫烷基反應(yīng)活性順序不一致,三種甲酚的含量順序是間甲酚鄰甲酚對甲酚；苯酚的產(chǎn)率隨熱改質(zhì)溫度的增加而增加,但總酚中苯酚的比例并未呈現(xiàn)出類似煤熱解焦油中一直上升的規(guī)律,可能是由于生成的酚類化合物經(jīng)歷酚分解過程或裂解和脫烷基反應(yīng)不充分造成的。 5、使用Aspen Plus軟件NRTL活度系數(shù)法建立冷凝水脫酚過程模型,并根據(jù)相平衡實驗數(shù)據(jù)對NRTL模型參數(shù)進行矯正。并對萃取塔中相比、溫度、塔板數(shù)和塔板效率進行了靈敏度分析。結(jié)果表明,采用三級逆流萃取,以醋酸丁酯為萃取劑苯酚及甲酚在萃取溫度20℃、水油相比3：1、理論塔板數(shù)3的條件下,可使冷凝水中的苯酚和甲酚含量降至滿足生化處理要求。 6、研究了褐煤和提質(zhì)煤無粘結(jié)劑成型。結(jié)果表明,褐煤成型壓制曲線總體變化大致可以分為褐煤粉末的致密化、部分褐煤顆粒開始發(fā)生形變、穩(wěn)定階段和褐煤顆粒發(fā)生明顯形變四個階段。褐煤顆粒群特性可以使用RRB方程進行描述。顆粒群特性、成型壓力、水分含量和提質(zhì)煤混合比例是影響型煤強度的主要因素。熱改質(zhì)溫度為400℃的提質(zhì)煤單獨成型困難,配入一定量原煤后可順利成型。 【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TQ536

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