气氛和温度对褐煤干燥特性和化学结构及复吸水量的影响（一）

我国拥有丰富的褐煤资源，已探明的褐煤资源量可达１９０３亿ｔ，占全国煤炭预测资源量的４１．1８％，在我国煤炭资源中占有重要的地位。我国的褐煤水分含量为２５％～４０％，国外澳大利亚维多利亚褐煤水分含量 则 可 达６５％。褐煤的高含水量导致其运输成本较高，锅炉及电厂运行效率较低，温室效应气体排放增加，同时使得褐煤在储存过程中的自燃倾向性升高，因此，如何高效地 脱 除 褐 煤 中 的
水分亟 待 解 决。此 外，干 燥 后 的 褐 煤 极 易 复 吸 水分，因此，研究提质煤的水分复吸特性有着重要的现实意义。干燥后褐煤的物理及化学结构直接影响了其下游应用。干燥后的褐煤用于加工型煤时，羧酸基团的存在可以促进型煤的强度，在过高的干燥温度（高 于２００ ℃）下，由于羧酸基团大量分解，导致了型煤强度降低。用于非催化液化时，空气干燥后煤样由于过度氧化产生大量含氧官能团，促进了早期液化过程的交联反应，使得油收率降低；干燥后煤样孔隙结构的坍塌，阻碍了直接液化过程中供氢溶剂
与煤颗粒接触，油收率降低。用于气化原料时，由于孔结构是反应物及产物气体（气化过程中的 Ｈ２，
ＣＯ２ 及 ＣＨ４）的通道，因此，干燥煤样孔隙结构的改变影响气化速率。以上分析表明，充分地解析干燥后褐煤的物化结构对褐煤的进一步利用十分必要。

褐煤干燥过程中，温度及气氛是影响干燥效率及化 学 结 构 的 主 要 影 响 因 素。ＴＡＨＭＡＳＥＢＩｅｔａｌ研究表明，热蒸汽气氛下，随着温度的升高，干燥煤样的脂肪氢含量略微减少，羧基和羰基的含量
急剧下降，芳烃和芳香环的含量在２５０ ℃之后显著减弱。在空气干燥条件下，温度为２５０℃时，干燥煤样脂肪氢含量明显减少，芳烃含量几乎不变。笔者所在课题组研究发现，热气干燥过程中，羧基和甲氧基基团在１６０ ℃左右发生分解，羰基基团约在２００℃开始分解，酚羟基基团则在２８０ ℃显著分解。李先春等通过研究流化床干燥后褐煤的化学结构变化发现，空气和过热蒸汽干燥过程中，煤中羧基
和羰基含氧官能团会随着干燥温度的升高逐渐发生分解，当温度高于１３５℃时，空气干燥后褐煤会发生表面氧化反 应。魏 广 学 等采用饱和蒸汽作为热源对褐煤中的水分进行脱除，研究表明，经处理后褐煤的热值得到较大提高，且褐煤产品抗吸湿性能有了明显改善。其他学者采用热空气、氮气和 热压３种干燥方式对蒙东褐煤进行干燥，并对干燥后褐煤的复吸特性进行了研究，这些研究对褐煤脱水以及防止脱水褐煤复吸具有指导意义。本实验将系统研究同一气氛下不同温度及同一温度下不同气氛对干燥褐煤化学结构的影响，以揭示干燥褐煤的化学结构变化对其水分复吸的影响。

本研究选用１２０ ℃，１５０ ℃及２００ ℃的 干 燥 温度，氮气、空气及二氧化碳的干燥气氛，考察干燥温度及气氛对褐煤干燥特性及化学结构的影响，研究干燥褐煤在自然状态下的复吸水量。

1  实验部分

１．１ 干燥褐煤煤样的选取

选取云南（ＹＮ）褐 煤 进 行 实 验，粒 度 小 于０．１５ｍｍ。其工业分析及元素分析如表１所示。

１．２ 褐煤的固定床干燥

褐煤的固定床干燥在自制的实验装置（见图１）上进行，该装置能够控制样品室温度区间为室温至
２５０ ℃，加热速率为３ ℃／ｍｉｎ～３０ ℃／ｍｉｎ，线 性 升温。炉体的恒温区约为８ｃｍ，采用 Ｋ 型热电偶测试玻璃坩埚及炉体温度，玻璃坩埚直径为５．５ｃｍ。

实验前，对装置在升温速率为３ ℃／ｍｉｎ下的样品室温度进行了校正，结果如图２所示。

干燥过程操作如下：称取（２．０±０．１）ｇ小于０．１５ｍｍ 的云南褐煤平铺于实验装置的坩埚中，用 玻 璃罩罩住坩埚及电子天 平称量盘，通 入 流 量 为 ２００ｍＬ／ｍｉｎ的气体并将炉体置于带孔隔热板上，待 天平示数稳定后，开始程序升温并进行干燥实验。实验完成后，停止加热，取下炉体，继续通气直到样品冷却至室温。干燥过程中对炉体温度、样品温度及样品质量进行在线测量。不同条件下所得干燥煤样的代号如表２所示。Ｎ_２ 气氛及１２０℃干燥温度条件下制得的煤样记为 ＮＴ１２０，其余条件下制得的煤样代号依此类推。干煤煤样的水分含量及干燥速率的计算按照文献进行。

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