甲烷氣氛下褐煤干燥及動力學研究

【摘要】：褐煤在我國能源生產(chǎn)和消費中占有重要地位,而褐煤的高水分、易風化、易自燃和低熱值的特性嚴重影響其有效利用。褐煤經(jīng)干燥降低水分含量,能夠提高熱值及下游裝置利用效率,降低運輸成本及二氧化碳排放。 本文研究褐煤的干燥特性、干燥動力學及水分再吸收特性。采用以甲烷為干燥介質的固定床干燥,對霍林河(HLH)褐煤的干燥特性進行實驗研究,考察溫度、粒度、煤/甲烷比對干燥特性的影響。結果表明：水分含量比(MR,t時刻水分含量與初始水分含量之比)隨溫度的增加、粒度的減小、煤/甲烷比的減小而降低。通過熱重-質譜聯(lián)用技術,發(fā)現(xiàn)干燥過程中有CO2氣體逸出,這可能來自羥基、羰基和羧基官能團的分解。采用熱分析方法及薄層干燥模型對褐煤干燥動力學進行解析,確定干燥過程的動力學參數(shù)和干燥過程的機理函數(shù)。實驗結果顯示,褐煤干燥過程符合隨機成核與隨后生長機理(n=2),薄層干燥模型為MR=a1exp(-kt)+a2,表觀活化能隨煤樣含水量增加而增加,與氮氣氣氛下褐煤干燥相比,在甲烷氣氛下干燥褐煤具有較低的表觀活化能。 采用靜態(tài)溶液法,分析HLH褐煤在40-50℃、不同相對濕度條件下的水分再吸收性能。結果表明：平衡水分隨干燥溫度的升高而降低,干燥煤的平衡水分低于原煤的平衡水分,褐煤干燥后吸濕表現(xiàn)出一定的滯后性,可能是煤中孔結構在干燥過程中發(fā)生了不可逆的崩塌和收縮。Chung-Pfost模型適合用于描述HLH褐煤平衡水分隨溫度和相對濕度的變化關系。不同吸附量對應的等溫吸濕熱的結果表明：隨著平衡水分減少,吸濕熱逐漸增加,分析表明褐煤干燥后的水分再吸收過程中水蒸氣只是物理吸附在褐煤表面和毛細孔中,沒有與表面官能團生成氫鍵。 【關鍵詞】：褐煤 甲烷 干燥 動力學 熱分析
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TQ536
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 文獻綜述9-21
• 1.1 褐煤的特性及利用9
• 1.2 褐煤干燥脫水技術9-13
• 1.2.1 蒸發(fā)干燥11-12
• 1.2.2 非蒸發(fā)干燥12-13
• 1.3 褐煤干燥研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4 干燥動力學理論15-20
• 1.4.1 熱分析方法16-18
• 1.4.2 薄層干燥動力學18-20
• 1.5 本文研究內容20-21
• 2 實驗部分21-24
• 2.1 實驗原料21
• 2.2 實驗設備與方法21-22
• 2.2.1 固定床干燥干燥實驗21-22
• 2.2.2 熱重分析(TG)22
• 2.2.3 熱重-質譜聯(lián)用(TG-MS)22
• 2.3 樣品分析22-24
• 2.3.1 工業(yè)分析、元素分析22-23
• 2.3.2 FT-IR分析23-24
• 3 褐煤干燥特性及干燥動力學24-46
• 3.1 褐煤TG-MS研究24-28
• 3.1.1 氮氣為干燥介質時氣體逸出規(guī)律24-26
• 3.1.2 甲烷為干燥介質時氣體逸出規(guī)律26-28
• 3.2 褐煤的干燥特性28-30
• 3.2.1 溫度的影響28-29
• 3.2.2 煤樣粒度的影響29-30
• 3.2.3 煤/甲烷比的影響30
• 3.3 褐煤干燥動力學30-44
• 3.3.1 熱分析方法31-42
• 3.3.2 薄層干燥模型42-44
• 3.4 褐煤干燥過程中官能團的變化44-45
• 3.5 小結45-46
• 4 褐煤的水分再吸收特性46-54
• 4.1 實驗結果分析47-49
• 4.2 褐媒平衡水分模型49-51
• 4.2.1 平衡水分擬合結果及分析49-51
• 4.3 褐煤吸溫的熱力學解析51-53
• 4.4 小結53-54
• 結論54-55
• 參考文獻55-60
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況60-61
• 致謝61-62

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