褐煤微波干燥和热解提质的机理研究

【摘要】：对低品质褐煤进行改性提质是目前国内外能源领域的研究热点之一。微波作为一种新型加热方式具有选择性、立体性和瞬时性等优点,但利用微波对褐煤脱水热解提质的微观机理研究报道较少。本文提出采用无机离子改善褐煤介电特性促进微波加热高效脱水,采用微波吸收剂促进褐煤快速升温实现高效热解提质,采用隧道式微波辐照系统对褐煤连续流改性提质改善成浆特性。揭示了褐煤微波加热独特的干燥和水分扩散机理,研究了微波功率、煤样粒度、煤初始质量、煤初始含水率和煤堆积径高比等因素对微波加热脱水动力学的影响规律。首次提出采用氯化钠强化褐煤离子传导损耗,促进了微波加热褐煤快速升温实现高效脱水。添加氯化钠使褐煤的微波介电损耗因子增加,从而褐煤脱水速率和干燥水分扩散系数升高。随氯化钠添加比例的增加褐煤脱水速率呈先快速后趋于稳定渐近线增长。添加的氯化钠使在相同微波功率和时间条件下褐煤的含水率降低,并且高效脱水促进褐煤孔隙收缩加剧使分形维数降低到。不同无机离子促进褐煤脱水效果比较发现,水化半径较小的离子(Na+Ca2+,Cl-SO42-)在电磁场中运动速度较快,引发水分子和无机离子碰撞摩擦导致热运动加剧,对褐煤脱水的促进作用较强。研究了褐煤微波加热脱除水分的理化特性。随微波时间延长褐煤中官能团结构发生裂解脱落,导致脱除废水中的总有机碳和化学需氧量增加,这些有机物主要为脂肪类、芳香类和含氧类官能团。褐煤中阴离子(S042-、F-和C1-)和阳离子(Na+、Ca2+和心等)在微波辐照过程中逐渐溶出,离子溶出与水脱除存在速率竞争使得水中离子浓度先增加后减小,导致水的导电率也是先增加后减小,但是水的表面张力和pH都逐渐降低。采用活性炭和石墨作为微波吸收剂促进了褐煤在微波场中的快速升温和热解提质,使煤中含氧官能团减少煤阶升高。并且添加活性炭使微波提质褐煤的氧碳原子比、羧基芳碳比和表面亲水性官能团含量均低于添加石墨,并且分子结构中芳香与脂肪比高于添加石墨。采用更加廉价高效的微波吸收剂焦炭强化微波加热实现了褐煤高效热解提质,剖析了提质褐煤的官能团结构、表面官能团分布、炭微晶结构、表面形貌、孔隙特征和表面润湿性等微观特征。添加焦炭在相同微波功率和时间条件下使褐煤的温度显著增加,煤大分子结构脂肪链甲基与亚甲基之比、煤结构表观芳香度和煤颗粒表面π-π*键碳官能团含量增加,导致煤中挥发分含量降低。采用隧道式微波辐照系统进行了连续流改性提质褐煤改善成浆性的中试研究。微波连续流提质,使煤中酸性含氧官能团的含量降低,煤颗粒表面疏水性碳官能团含量增加,煤的亲水性指数下降,煤水接触角增加,煤颗粒表面的化学添加剂吸附量增加,煤颗粒粒度分布更加宽泛,明显改善了提质褐煤的成浆特性。 【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD849.2

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