第五组综合实验1.doc

实验题目褐煤低温干馏特性的研究实验小组人员 陈俊坤 保雄飞 段琪瑞 赵 慧 顾苗苗指导老师薛丽梅摘要研究了不同温度干馏对内蒙古褐煤性质和制备水煤浆特性的影响，试验结果表明利用400以上的中低温处理后，褐煤平衡水分显著降低，能够制备出63%以上浓度、表观黏度在1000Pa.s左右、稳定性良好的优质水煤浆。褐煤干馏改质处理为褐煤的高效利用提供了一个可用方法。关键词：水煤浆、干馏、添加剂、褐煤1实验目的和意义 东北和内蒙东四盟地区褐煤多，占全区煤储量的76，产量也达到38左右。云南省褐煤也很多。褐煤直接燃烧利用效率低，污染环境。转化有效洁净利用褐煤，将促进褐煤产区的经济发展。我国褐煤挥发分含量为4050(daf)，焦油产率为830(daf)，水分含量为2050。我国多数褐煤灰分含量高，发热量低。云南、扎赉诺尔、大雁褐煤灰分含量较低。褐煤水分含量大，如果灰分含量也高，灰分和水分含量接近4050，即废物占了一半，不适于远途输送利用。褐煤易风化崩碎，易氧化自燃，难于储运。褐煤H、C原子比较高，我国褐煤的H、c原子比约为0.751.1。干馏时挥发物多，其中烃类相对含量高，可多得焦油和煤气。煤转化为焦油和煤气的转化率接近50左右。干馏是利用煤中氢的潜在优势，使富氢部分以优质液态和气态能源或化工原料产出。目前褐煤多是在矿区附近作为锅炉燃料产生蒸汽发电。蒸汽锅炉只需要供给热量，其燃料可以是煤气、油或半焦。用半焦代替煤燃烧加热锅炉，供热要求可以满足。同一种煤和它的半焦相比，半焦含有的有害污染物少于原煤。因此燃用半焦对环境保护有利。对于提供单位热量来说，煤焦油和煤气比半焦具有更高的经济价值，所以通过低温干馏方法，把煤转化成焦油、煤气和半焦三种产品，在经济上是合理的。在本实验中使在褐煤低温干馏实验研究中，考察了干馏温度和保温时间对褐煤干馏特性的影响规律。利用正交方法得出最佳的温度和保温时间让褐煤的水分含量降到10%，固定碳含量争取提高到85%以上。2 实验部分2.1 实验原材料 内蒙古锡林浩特褐煤2.2 实验设备 马弗炉，真空干燥箱，电子天平，干燥器（硅胶），坩埚，灰皿，称量瓶，坩埚架。2.3 实验步骤2.3.1褐煤低温干馏特性及分析实验采用的褐煤煤样来源于内蒙古锡林浩特。由于变质程度低，导致褐煤的内在水分比较高，而且孔隙发育，含氧官能团和支链较多，对褐煤的抗风化性能和进一步利用造成很大的影响。对原样进行粉碎后，在马弗炉中，利用密封良好的坩埚进行了不同温度的干馏试验，干馏保温时间为60min。干馏前后样品采用制样机进行2min密封粉碎。干馏前后的样品工业分析结果和粒度分布见表1。平衡水分为样品浸湿后按照国际标准进行测定的平衡水分。表1 工业分析结果样品工业分析，%平衡水分%除水减少量%平均粒径mMadAadVadFc原煤32.2133.3729.674.7533.05-42.154007.5318.7624.4749.249.8511.4222.495005.1717.3814.6162.849.5420.5012.035505.0215.249.7070.048.7424.1711.356004.7814.435.7075.097.5624.6812.477204.1313.294.3678.225.9627.5016.27由表1可以看出，褐煤为低变质程度煤，水分、灰分、挥发分很高，固定炭含量低；经干馏提质后，水分、灰分、挥发分含量明显降低，固定炭含量升高。达到烟煤甚至是无烟煤的煤化程度。在提质过程中，除水分、灰分、挥发分被挥发外，一些侧链断裂挥发。经过干馏后样品的抗破碎性能逐步降低。经过2min密封粉碎后，样品平均粒径由原样的42.15，逐步降低到400的22.49和550的11.35。但随着干馏温度继续升高，平均粒径开支逐步提高到600的14.07和720的16.21。随着干馏过程中的水分释放和部分低挥发成分的释放，煤质开始变脆，破碎性能提高。随着干馏温度继续提高，焦油类物质开始产生，样品缩合，导致样品微观硬度提高，破碎性能开始降低。粉碎后的平均粒径提高。2.3.2不同干馏温度下的制浆结果水煤浆燃料的流变特性是指在不同固体浓度下煤水燃料的表面粘度作为剪切率函数的变化规律。在水煤浆燃料的输送、储存和处理以及喷射到燃烧炉中时，水煤浆燃料的流变状态是第一要素。在添加剂用量为1.0%、不同干馏温度时，内蒙古褐煤干馏煤样制成水煤浆，性能结果如表2。其中制浆粘度为60 s-1条件下的粘度数据。图1为不同干馏温度条件下样品的平衡水分和制浆浓度。表2 相同的添加剂所对应水煤浆浓度及难易程度样品原煤400500550600720浓度，%43.6263.3964.2065.3765.2069.01粘度，mPa.s970820790815796825难易度难中等中等易易易(a)干馏温度与平衡水分关系 (b)干馏温度与制浆浓度关系图1 不同干馏温度条件下的平衡水分和制浆浓度由表2可知，内蒙古褐煤在400以上温度干馏后可制得浓度高于60%的水煤浆，褐煤经过400以上温度干馏处理后，褐煤中的最高内在水分降低，含氧官能团断裂挥发，孔隙度变小，易于成浆。2.3.3流变特性与稳定性的分析图2为原煤样制浆、放置2天后、400和720干馏样品制浆的流变特性曲线图。添加剂为聚羧酸盐+氨基磺酸盐的复配药剂。流变粘度在7901000mPa.s之间。从图2中可以看出原煤制浆浓度43.62%时1/60s-1的流变粘度为970mPa.s。在相似粘度下，400干馏后样品的制浆浓度提高到了63.39%，而720干馏后样品的制浆浓度提高到了69.01%。褐煤经过中低温干馏后，制浆效果显著提升。而原煤样品制备的水煤浆经过放置2天后，粘度提高到了1200 mPa.s以上。表明原煤泥化现象严重。褐煤经过中低温干馏后的制浆性能甚至由于中等变质程度的烟煤的制浆效果。针对不同干馏温度的样品进行了不同水煤浆添加剂的成浆试验，制浆浓度为6567%，添加剂添加量为1%。水煤浆流动性采用目测法，根据其流动性状，分为A，B，C，D四个等级，每个等级的划分标准如下：A：不间断流动；B：连续流动，呈稠流状；C：连续流动，呈稀糊状；D：缓慢流动。不同温度的试验结果见表3。图2 不同条件下的水煤浆流变特性曲线表3 不同添加剂对成浆性的影响添加剂400500550600720木质素DDDDD萘磺酸盐+氨基磺酸盐B+A-AA-A+奈系+氨基磺酸盐B-BB+BA聚羧酸盐+氨基磺酸盐AA+A+A+A+从表3可以看出，在水煤浆的浓度、水的种类和用量不变的情况下，不同的添加剂制备的水煤浆成浆性、流变性和稳定性有明显差异。由表3可知，聚羧酸盐+氨基磺酸盐互配的添加剂制成的水煤浆最好，其次为萘磺酸盐和氨基磺酸盐互配的添加剂，而木质素的成浆效果不好，制备的水煤浆流动性比较差。聚羧酸盐价格较高，目前尚不能大量用于工业生产中，从性价比来说，萘磺酸盐和氨基磺酸盐互配的添加剂能够大量用于褐煤干馏制备水煤浆的工业生产中。3 结论（1）内蒙古褐煤平衡水分较高，达到33.05%，经过中低温干馏改质处理后，煤润湿后测定的平衡水分降到10%以下，提高了煤炭的抗氧化性能。（2）内蒙古褐煤原样只能制备出浓度43%浓度的水煤浆，而且随着放置时间延长，粘度显著上升，结构化严重。经过中低温干馏改质后，由于煤表面性质发生变化，可以大幅度提高煤浆浓度，400以上的半焦煤样能制成浓度在60%以上的水煤浆。（3）干馏温度对褐煤改质制备水煤浆的成浆性、流变性和稳定性有很大的影响。筛选的四种添加剂中，萘磺酸盐和氨基互配的添加剂最适合做褐煤半焦的水煤浆实验，且能够用于工业生产中。参考文献1虞继舜 煤化学 北京 冶金工业出版社 2003.62郭树才 煤化工工艺学 北京 冶金工业出版社 2006.43郭树才 褐煤心法干馏 期刊论文煤化工 , 2000 (3)