低品质煤大规模提质利用的基础研究

《低品质煤大规模提质利用的基础研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、项目名称： 低品质煤大规模提质利用的基础研究首席科学家：刘炯天中国矿业大学起止年限：2012.1-2016.8依托部门：江苏省科技厅一、关键科学问题及研究内容1．关键科学问题针对上述领域涉及的重要科学基础，本项目以低品质煤大规模提质利用为核心，凝炼出拟解决的三个关键科学问题。关键科学问题一：低品质煤中矿物、硫、水等杂质的赋存及化学与物理作用低品质煤提质的科学基础是对杂质赋存及化学和物理作用的认知。有别于传统的基于有机质展开的煤化学研究，煤的杂质赋存化学主要研究杂质的化学组成、结构及其与煤有机质分子间的相互作用，而赋存物理主要研究杂质的形态、形貌及嵌布方式等。煤中的粗粒矿物可通过一

2、般选煤方法脱除，但煤炭深度脱硫降灰是针对煤中微细矿物展开的。煤中微细矿物一般是指肉眼难以分辨的、嵌布在有机质中通过常规选煤方法不能脱除的矿物，如浸染黄铁矿、原生黏土矿物等，微细矿物难于脱除的原因在于其被煤包裹并与煤本体形成复杂的结构关系。因此，需要深入研究微细矿物种类、组成、在有机质中的嵌布形态和分布规律及其对脱除的影响。有机硫存在于煤有机分子结构中，由于煤有机结构的复杂性，目前对煤中有机硫的研究主要关注含硫官能团的辨识以及在利用过程中硫的化学变迁。煤中有机硫定向脱除的关键是深入认识各种含硫组分及含硫化学结构与基团在煤有机质中的赋存规律，阐明煤有机结构与相应含硫基团和结构间的作用

3、类型与作用规律，解析典型有机含硫组分的化学结构、硫键和相关结构对不同形式的外加能量的化学物理响应规律，从而找到有机硫的脱除机理和方法。煤炭高含水的原因在于其含有大量的含氧官能团和发达的孔结构。含氧官能团的组成、结构、存在形态和分布规律对煤持水特性有重要影响；褐煤孔隙中水的富集和作用机制与有机质的内表面吸附性及毛细管作用有关，各种含氧官能团和孔隙结构相互交织形成的多维空间体系使水的赋存更加复杂，不同赋存形态的水与本体间的作用力形式和大小不同。对这些问题的深入认知是煤脱水提质的关键基础。关键科学问题二：杂质组分脱除的能量作用机制和界面调控煤中杂质组分脱除的本质是外界输入能量克服杂质组

4、分与煤本体之间结合能的过程，不同的杂质组分具有不同的结合能。煤脱水的理论基础应当是对煤中羧基和羟基等含氧官能团造成强持水性的原因、发达孔结构中水的表面吸附和毛细管作用机制的充分认知，并系统研究不同赋存形式水脱除所对应的本征能量和不同环境条件下脱水过程的热力学特征，从而为构建煤低能耗脱水的技术原型提供科学理论支持。煤微波辐照下脱硫是基于微波的穿透性和微观靶向能量作用。对煤及其含硫组分的微观化学结构、介电性质及其差异性和表征方法的研究是煤微波脱硫的基础；研究微波频率、功率和耦合谐振方式等条件与硫组分解离效应的匹配，可为微波辐照下煤中硫组分的降解脱除提供科学理论和方法指导。分离过程涉及

5、不同尺度的相界面，相界面能的有效调控是低品质煤高效提质的基础。煤脱水后界面能的改变是引起提质煤界面不稳定性的重要因素，因此需要研究煤在不同能量场作用下表面含氧官能团的脱除机制，揭示导致界面不稳定的不饱和力场和价键形式，从而为有效降低提质煤的界面能，解决提质煤贮存和运输过程中稳定性问题提供理论基础。微细粒煤的浮选是低品质煤的深度脱硫降矿物灰的重要方法，（煤）－水界面能的调控是影响浮选行为与效果的关键因素，因此，应当系统研究煤与矿物的润湿性差异、煤－水－药剂的界面作用及其调控机制，以便为提高微细粒煤矿化效果、强化浮选过程提供科学基础。关键科学问题三：低品质煤大规模提质利用的流态化基础

6、与过程动力学传统的流态化基础与过程动力学在动力工程和化学工程等领域研究较多，主要集中在气固或多相流态化的流型及与之关联的物性和结构参数方面，对形成稳定的气固两相流为分离介质的分选流态化研究很少，具有宽尺度多组分特性的煤炭在流态化中的精确分离是研究的热点和难点。因此，应该研究宽尺度气固流态化系统稳定的动力学基础及分离过程，特别是煤炭提质的宽尺度多相流动规律及相间的相互作用机理，颗粒表面化学动力学与颗粒动力学，煤炭分离提质的流态化和能量高效传递。低品质煤炭深度脱硫降灰的核心在于煤中微细矿物的高效脱除，难点是煤与矿物分离过程的非均衡性以及微细矿物的微尺度效应。因此，应该研究煤中微细矿物

7、在分选过程中的界面行为与矿化特性，不同流态条件下微细矿物的能量作用机制、矿化反应规律及高效矿化机理，特别是与矿物的非线性物性匹配的多流态梯级强化非均衡过程动力学，基于非均衡过程的分选动力学等。低品质煤提质前后杂质赋存和物理化学特性发生了显著变化。因此，应该研究提质煤孔隙结构、含氧官能团、矿物成分、表面性质变化对其高效燃烧反应特性的影响机理，灰熔融特性变化及调控规律，杂质元素在燃烧等过程中的迁移及控制规律。2．主要研究内容本项目研究以低品质煤的杂质赋存化学与物理为基础，以低品质煤提