甲烷气氛下褐煤干燥及动力学研究

【摘要】：褐煤在我国能源生产和消费中占有重要地位,而褐煤的高水分、易风化、易自燃和低热值的特性严重影响其有效利用。褐煤经干燥降低水分含量,能够提高热值及下游装置利用效率,降低运输成本及二氧化碳排放。 本文研究褐煤的干燥特性、干燥动力学及水分再吸收特性。采用以甲烷为干燥介质的固定床干燥,对霍林河(HLH)褐煤的干燥特性进行实验研究,考察温度、粒度、煤/甲烷比对干燥特性的影响。结果表明：水分含量比(MR,t时刻水分含量与初始水分含量之比)随温度的增加、粒度的减小、煤/甲烷比的减小而降低。通过热重-质谱联用技术,发现干燥过程中有CO2气体逸出,这可能来自羟基、羰基和羧基官能团的分解。采用热分析方法及薄层干燥模型对褐煤干燥动力学进行解析,确定干燥过程的动力学参数和干燥过程的机理函数。实验结果显示,褐煤干燥过程符合随机成核与随后生长机理(n=2),薄层干燥模型为MR=a1exp(-kt)+a2,表观活化能随煤样含水量增加而增加,与氮气气氛下褐煤干燥相比,在甲烷气氛下干燥褐煤具有较低的表观活化能。 采用静态溶液法,分析HLH褐煤在40-50℃、不同相对湿度条件下的水分再吸收性能。结果表明：平衡水分随干燥温度的升高而降低,干燥煤的平衡水分低于原煤的平衡水分,褐煤干燥后吸湿表现出一定的滞后性,可能是煤中孔结构在干燥过程中发生了不可逆的崩塌和收缩。Chung-Pfost模型适合用于描述HLH褐煤平衡水分随温度和相对湿度的变化关系。不同吸附量对应的等温吸湿热的结果表明：随着平衡水分减少,吸湿热逐渐增加,分析表明褐煤干燥后的水分再吸收过程中水蒸气只是物理吸附在褐煤表面和毛细孔中,没有与表面官能团生成氢键。 【关键词】：褐煤 甲烷 干燥 动力学 热分析
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ536
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 文献综述9-21
• 1.1 褐煤的特性及利用9
• 1.2 褐煤干燥脱水技术9-13
• 1.2.1 蒸发干燥11-12
• 1.2.2 非蒸发干燥12-13
• 1.3 褐煤干燥研究现状13-15
• 1.4 干燥动力学理论15-20
• 1.4.1 热分析方法16-18
• 1.4.2 薄层干燥动力学18-20
• 1.5 本文研究内容20-21
• 2 实验部分21-24
• 2.1 实验原料21
• 2.2 实验设备与方法21-22
• 2.2.1 固定床干燥干燥实验21-22
• 2.2.2 热重分析(TG)22
• 2.2.3 热重-质谱联用(TG-MS)22
• 2.3 样品分析22-24
• 2.3.1 工业分析、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动力学24-46
• 3.1 褐煤TG-MS研究24-28
• 3.1.1 氮气为干燥介质时气体逸出规律24-26
• 3.1.2 甲烷为干燥介质时气体逸出规律26-28
• 3.2 褐煤的干燥特性28-30
• 3.2.1 温度的影响28-29
• 3.2.2 煤样粒度的影响29-30
• 3.2.3 煤/甲烷比的影响30
• 3.3 褐煤干燥动力学30-44
• 3.3.1 热分析方法31-42
• 3.3.2 薄层干燥模型42-44
• 3.4 褐煤干燥过程中官能团的变化44-45
• 3.5 小结45-46
• 4 褐煤的水分再吸收特性46-54
• 4.1 实验结果分析47-49
• 4.2 褐媒平衡水分模型49-51
• 4.2.1 平衡水分拟合结果及分析49-51
• 4.3 褐煤吸温的热力学解析51-53
• 4.4 小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-60
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况60-61
• 致谢61-62

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