【摘要】：鑒于伊犁新天煤制天然氣項(xiàng)目配套煤礦開(kāi)采出來(lái)的原料塊煤不足,而粉煤又大量過(guò)剩難以消化以及大量焦油渣難處理等問(wèn)題。本文以新疆長(zhǎng)焰煤制氣化型煤為研究課題,研究了成型工藝、淀粉粘結(jié)劑的制備參數(shù)、粘結(jié)劑的種類(lèi)及配比和焦油渣對(duì)型煤性能的影響,并以型煤的冷態(tài)抗壓強(qiáng)度(SCC)、跌落強(qiáng)度(S_(25))、熱態(tài)抗壓強(qiáng)度(BTS)和熱穩(wěn)定性(BTS_(+13))為指標(biāo)對(duì)制備工藝進(jìn)行表征。對(duì)樣品進(jìn)行紅外分析,研究了型煤官能團(tuán)變化對(duì)型煤性能的影響,經(jīng)過(guò)研究得出的主要結(jié)論如下:1.由于煤質(zhì)的原因長(zhǎng)焰煤?jiǎn)为?dú)成型比較困難,粉煤中加入府谷半焦和尼勒克氣煤能顯著提高型煤的SCC,其中后者對(duì)型煤SCC的提高較大。成型壓力影響型煤的致密程度,對(duì)型煤SCC和BTS有重要的影響。長(zhǎng)焰煤含氧官能團(tuán)多,內(nèi)部孔隙大,親水能力強(qiáng)致使型煤成型水分較高。成型水分能夠潤(rùn)濕煤樣表面促進(jìn)粘結(jié)劑與粉煤的結(jié)合,型煤的性能能夠在合適的成型水分下呈現(xiàn)最大值,型煤殘余水量對(duì)型煤SCC也有影響,并在10%左右強(qiáng)度最佳。2.長(zhǎng)焰煤具有膠體特性,能夠隨著含水量的變化表現(xiàn)出收縮或膨脹的現(xiàn)象。型煤在直接干燥的過(guò)程中因內(nèi)部骨架收縮,型煤內(nèi)部出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致強(qiáng)度降低;延長(zhǎng)陳化時(shí)間有利于粘結(jié)劑和粉煤的結(jié)合,在陳化時(shí)間為4天時(shí)型煤強(qiáng)度和穩(wěn)定性達(dá)到最優(yōu)。3.型煤強(qiáng)度和穩(wěn)定性受堿化淀粉合成工藝影響,合適的NaOH濃度、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度有利于型煤性能的提高,并分別在0.9%、120 min和70 ~oC的條件下,型煤性能達(dá)到最優(yōu),淀粉濃度越大型煤SCC越小。型煤中羥基和羧基等含氧官能團(tuán)對(duì)型煤SCC具有負(fù)作用,其中羧基的影響大于羥基。通過(guò)中心響應(yīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn),堿化淀粉反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)型煤綜合性能影響顯著,擬合方程能較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)出實(shí)驗(yàn)最優(yōu)條件為:反應(yīng)溫度75 ~oC、反應(yīng)時(shí)間135 min、淀粉濃度6%和NaOH濃度0.9%,在最優(yōu)合成條件下制備出型煤的SCC、BTS、S_(25)和BTS_(+13)分別為638.1 N、390.4 N、98.5%和97.4%。4.長(zhǎng)焰煤中添加粘結(jié)劑可以提高型煤SCC,但是添加單種粘結(jié)劑很難達(dá)到工藝要求,有機(jī)粘結(jié)劑可以顯著提高型煤SCC。采用復(fù)合粘結(jié)劑可以同時(shí)提高型煤的SCC和BTS,型煤SCC在合適的淀粉、腐殖酸鈉和膨潤(rùn)土添加量的條件下達(dá)到最大值。通過(guò)Plackett-Burman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)不同粘結(jié)劑對(duì)不同指標(biāo)有著顯著性影響,其中膨潤(rùn)土對(duì)型煤所有指標(biāo)影響顯著。通過(guò)正交優(yōu)化設(shè)計(jì)得出型煤最優(yōu)方案為:淀粉1%、腐殖酸鈉2%、膨潤(rùn)土7.5%、成型壓力25.6 MPa,成型水分15.5%、陳化時(shí)間4 day,型煤性能最優(yōu)參數(shù)分別為SCC 667.8 N、BTS 357.1 N、S_(25) 99.8%、BTS_(+13) 98.2%。5.增加焦油渣和溶劑(異丙醇)添加量型煤強(qiáng)度降低,通過(guò)正交優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)對(duì)型煤性能影響從大到小為:氣煤、H_2O、溶劑和焦油渣,其中氣煤對(duì)型煤性能具有顯著性影響。最優(yōu)制備參數(shù)為氣煤26%、H_2O 12%、溶劑2.5%、焦油渣3.5%。在最優(yōu)方案下型煤的SCC、BTS、S_(25)和BTS_(+13)分別為593.1 N、288.6N、98.8%和94.5%。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ536
【圖文】：

2 實(shí)驗(yàn)與分析測(cè)定方法取質(zhì)量為 M1的玉米淀粉，當(dāng)水浴鍋達(dá)到設(shè)定溫度（6口瓶并開(kāi)啟攪拌器。燒杯取 50mL 去離子水溶解質(zhì)量為 M2的 NaOH，然后達(dá)到設(shè)定的反應(yīng)時(shí)間時(shí)取出燒瓶，并置于室溫冷卻，，并稱(chēng)取反應(yīng)后的質(zhì)量 M3，再添加一定的去離子水保證 2+ 250

圖 4-5 Q 值殘差圖Figure 4-5 Q-value residuals主要分析了學(xué)生化殘差正態(tài)概率圖，標(biāo)準(zhǔn)學(xué)生化殘差的正常概率圖通常用來(lái)確定殘差是否符合正態(tài)分布，這是對(duì)統(tǒng)計(jì)建模和模型充足性最重要的假設(shè)性檢查根據(jù)圖 4-5a 所示，點(diǎn)基本靠近在斜線上，并沒(méi)有違背假設(shè)，誤差是獨(dú)立分布的，誤差方差是均勻的，殘差是獨(dú)立的[91]。圖 4-5b 預(yù)測(cè)響應(yīng)值和內(nèi)部學(xué)生化殘差圖，圖中沒(méi)有出現(xiàn)明顯的系統(tǒng)圖案，點(diǎn)都在 0 水平線兩側(cè)雜亂分布。圖 4-5c 為剩余殘差與運(yùn)行順序(數(shù)字)圖，顯示任何基于時(shí)間的效果或序分量，在 0 水平基線兩側(cè)雜亂無(wú)序分布。試驗(yàn)測(cè)量值和方程預(yù)測(cè)值如圖 4-5d 所示，真實(shí)值和預(yù)測(cè)值都基本上分布在斜線上。通過(guò)殘差圖 4-5 分析可知，沒(méi)有明顯現(xiàn)象違背假設(shè)模型也再次驗(yàn)證了試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目尚行�。根�?jù)擬合方程的方差和殘差分析，Q 值擬合方程效果好，能夠作為試驗(yàn)的預(yù)測(cè)方程，剔除不顯著及系數(shù)太小的因素，Q 值的方程為：YQ=4936.6-142.7A-85.1B-0.2AC+8.1AD+0.02BC+0.15BD-21.2CD+1.03A2+0.38B2-0.07C2-1.5D2+0.26ACD+0.26BCD-0.017BA2-0.065DA2-0.01AB2（4-8

5 粘結(jié)劑對(duì)型煤性能的影響較高的尼勒克氣煤（0.67%）和腐殖酸鈉（0.70%），從而使得型煤具有硫含量，不過(guò)制備出的型煤（St,ad<1）滿足氣化用型煤技術(shù)條件。表 5-7 型煤與氣化用塊煤Table 5-7 Briquette and gasification lump coal煤種工業(yè)分析/% 煤樣性能MadAdVdafFCdafSt,adSCC/N BTS/N S25/% BTS+型煤 10.90 23.30 37.20 62.80 0.33 667.8 357.1 99.8 98化用塊煤 17.20 8.20 46.30 53.70 0.18 >1000 56.2 99.8 通過(guò)煤樣性能對(duì)比發(fā)現(xiàn)，通過(guò)最優(yōu)配比制備出的型煤僅僅是 SCC 低于在 BTS 和 BTS+13方面是遠(yuǎn)高于氣化煤，圖 5-11 和圖 5-12 分別為型煤和熱前后外形對(duì)比。

【參考文獻(xiàn)】

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