神华煤水煤浆成浆特性的优化方法、模型预测及改性机理研究

论文摘要

水煤浆是从70年代石油危机中发展起来的一种新型、清洁的以煤代油的燃料,该技术的应用不仅给燃油企业带来明显的经济效益,同时对我国节约和替代石油资源、优化和改善能源结构,起到非常重要的作用。水煤浆作为一种复杂的多级分散悬浮体系,影响其成浆特性和流变特性的因素复杂而众多。水煤浆的制备是水煤浆技术的关键,对其进行研究具有重要的实际意义。本文首先简要分析了影响煤成浆的各种因素及其影响机理,如煤质特性、制备工艺、粒度分布、添加剂种类和添加量及其它因素。同时对改善煤成浆特性的方法进行了探讨,如低温热改性、配煤成浆、粒度级配技术、超声波技术、微波处理技术、电磁场磁化技术、高压热水处理技术。然后对六种典型气化煤的成浆特性进行了试验研究,找到了与煤种相适宜的添加剂种类、最佳添加剂用量和最大成浆浓度,分析了各种煤的孔隙结构、煤质成分对成浆浓度的影响。由于神华煤难以制成高浓度水煤浆,本文通过正交试验,采用SAS软件进行回归分析,得到回归方程,再通过计算机程序优化,获得了较好的粒度级配分布和添加剂用量。试验验证优化能够较好的提高煤的成浆特性,最高浓度从59.51%提高到62.76%,稳定性和流动性都有较大的改善。在此基础上进行SAS全回归优化和非线性回归优化,得到了更好的相关系数和更佳的粒度分布范围,浓度与经过正交试验优化的结果相比提高了0.29%。对六种煤进行R-R模型级配和Alfred模型级配制浆,比较两种级配浆体的性能,找出与各种煤相适应的级配模型。结果表明:级配能够将煤的成浆浓度提高3～5%,R-R模型级配比Alfred级配有更好的成浆性能,更容易在工程上得到应用。R-R模型级配对鲍店煤和神华煤改善效果不佳,而对杨庄煤、兴隆煤和淮南煤则效果明显。最后通过高压热水反应釜对神华煤进行改性研究:改性后内在水分、含氧官能团降低;H含量升高;O/C有了一定程度的下降,析出了一定量的挥发份。煤的BET比表面积、总孔容积以及平均孔直径都有不同程度的降低。其中改性时间为10分钟时效果最为明显,成浆浓度从59.51%提高到63.72%,改性时间增加,成浆浓度有下降的趋势。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目次
• 1 绪论
• 1.1 水煤浆技术的发展
• 1.1.1 国外水煤浆技术的发展和现状
• 1.1.2 我国水煤浆技术的发展和现状
• 1.2 水煤浆制备工艺
• 1.3 水煤浆基本性质及性能要求
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 煤成浆的影响因素和改性方法探索
• 2.1 影响煤成浆的因素
• 2.1.1 变质程度
• 2.1.2 煤表面的孔隙特性
• 2.1.3 介质中可溶离子强度的影响（电解质）
• 2.1.4 煤中矿物质
• 2.1.5 煤岩组分
• 2.1.6 可磨性
• 2.1.7 煤粉粒度分布
• 2.1.8 添加剂种类和添加量
• 2.1.9 PH值、Zeta电势、搅拌速度和搅拌时间、温度等其它因素
• 2.2 改善煤成浆性的措施
• 2.2.1 低温热处理
• 2.2.2 配煤成浆
• 2.2.3 粒度级配技术
• 2.2.4 超声波技术
• 2.2.5 微波处理技术
• 2.2.6 电磁场磁化技术
• 2.2.7 高压热水处理
• 2.2.8 压力处理和新型添加剂的研究等其它方法
• 3 典型气化煤成浆特性研究
• 3.1 试验方法及仪器
• 3.1.1 球磨机湿法制浆
• 3.1.2 电动搅拌器干法制浆
• 3.1.3 粘度计
• 3.1.4 激光粒度分析仪
• 3.1.5 氮吸附仪
• 3.2 煤质分析
• 3.3 实验样品制备及方法介绍
• 3.4 添加剂对煤成浆性影响研究
• 3.4.1 对流变特性的影响
• 3.4.2 对成浆浓度的影响
• 3.4.3 添加剂用量对成浆特性的影响
• 3.5 煤粉孔隙结构研究
• 3.5.1 孔结构参数的计算方法
• 3.5.2 煤粉孔结构参数的计算和分析
• 3.6 煤质成分特性对成浆浓度的影响
• 3.7 结果与讨论
• 4 SAS回归分析优化神华煤成浆特性
• 4.1 煤质特性
• 4.2 正交试验优化
• 4.2.1 添加剂选择和实验设计
• 4.2.2 研究结果及讨论
• 4.2.2.1 方差分析
• 4.2.2.2 寻找最佳配方
• 4.2.2.3 结果验证
• 4.2.2.4 优化前后成浆性比较
• 4.3 全回归分析
• 4.3.1 实验方法
• 4.3.2 方差分析
• 4.3.3 寻找最佳配方
• 4.3.4 结果验证
• 4.3.5 成浆性比较
• 4.4 非线性回归优化
• 4.5 优化结果比较与理论分析
• 4.5.1 优化结果比较
• 4.5.2 理论分析
• 4.6 结果与讨论
• 5 采用典型模型预测煤成浆性能
• 5.1 粒度分布模型介绍
• 5.2 采用R-R和Alfred模型预测煤成浆性能
• 5.2.1 实验方法介绍
• 5.2.2 模型级配前后的成浆特性
• 5.2.3 模型级配前后的粒度分布
• 5.3 结果分析
• 6 神华煤的高压热水改性研究
• 6.1 试验仪器及方法
• 6.2 改性前后煤质分析
• 6.3 孔隙结构分布
• 6.4 改性前后神华煤的成浆特性
• 6.6 结果与讨论
• 7 总结和展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 本文创新点
• 7.3 下一步工作的展望
• 参考文献
• 附录1 正交试验程序代码和数据结果
• 附录2 全回程序代码和数据结果
• 附录3 非线性回归程序代码和数据结果
• 附录4 计算机程序优化代码
• 作者简历
• Ⅰ 作者参加的主要科研工作
• Ⅱ 作者在硕士期间发表的论文
• Ⅲ 作者在硕士期间的个人奖励