褐煤的结构和在干燥过程中的变化 1， 褐煤的结构 从煤化过程来看，褐煤是一种相对年轻的煤种，介于植物和烟煤，无烟煤之间的一种物质。从褐煤的X射线分析，发现其内部存在许多毛细孔。褐煤的固体结构是由许多不同的，特殊的含氧官能团的稠合芳烃所组成的集合体。由于褐煤的复杂性，包括其主要成分，木质素，腐殖酸和其它可能的变量，因此很难给出褐煤结构的数学模型。 2， 褐煤的水分 褐煤的水分分为自由水（外在水）和结合水（内在水）。褐煤的结合水（内在水）一般为10%到12%，其余为自由水（外在水）。 3， 干燥褐煤吸潮原因 褐煤内部存在许多毛细孔，湿褐煤就像吸足水分的海绵；而干燥（指仅脱除表面水的情况）后的褐煤就像拧干后的海绵。当干燥（指仅脱除表面水的情况）后的褐煤遇到水时，就会吸潮，与拧干后的海绵吸水的原因一样。这就是为什么干燥（指仅脱除表面水的情况）后的褐煤在放置过久或运输过程会吸潮的原因。 4， 褐煤在干燥过程中所发生的物理和化学变化 褐煤在常压下加热到100度以上时，大部分的自由水能够被蒸发。当褐煤水分低于15% 时，若需要继续干燥和脱水，即脱除结合水时，由于褐煤与结合水有较强的结合力，则需要较高的温度和能量才能够进行。当褐煤在常压下继续加热到180度以上时，褐煤结合水（内在水）能够被脱除。 当褐煤温度高于150度时，羟基官能团(主要是-COOH)发生分解，析出CO2气体，同时将褐煤的结合水（内在水）排除。进一步提高温度，将导致越来越多的羟基官能团分解，从而引起褐煤的表面性质改变。 在这种干燥温度条件下，由于大量的羟基官能团分解，导致褐煤内部的毛细孔倒坍和产生交联。毛细孔倒坍可以阻止水分进入毛细孔；而交联反应则能够对毛细孔进行密封，阻止倒坍的毛细孔在吸收水分时再膨胀。 另外，当褐煤温度被加热到200度以上时，其表面积会大大减少。表面积减少的主要原因是由于在高温干燥条件下引起褐煤内部的焦油的强烈迁移，即焦油由毛细孔内部向毛细孔外部迁移。迁移到毛细孔外部的焦油在冷却过程中，由于焦油冷凝从而对毛细孔进行密封，从而一起褐煤的表面积减少。 由于上述过程，即毛细孔倒塌，交联反应和焦油迁移对毛细孔形成密封，结果褐煤变得越来越疏水，同时也能够观察到褐煤的硬化，这也导致褐煤的刚性结构的形成。其结果就是褐煤能够从软煤转换为硬煤，由亲水性转换为疏水性，从而可以实现褐煤的长途运输。 5，干燥褐煤的性质 A, 干燥褐煤的毛细孔的尺寸分布 通过压汞法来确定干燥褐煤的毛细孔的尺寸分布。 干燥前褐煤的毛细孔的尺寸为小于0.01μm，而干燥后褐煤的毛细孔尺寸扩大为1.0---0.01μm （而水蒸气中水分子的动力学半径约为28×10-4 μm）。 B, 干燥褐煤孔隙率的变化 实验结果显示：干燥前褐煤的孔隙率为0.65CM3/G, 干燥后褐煤的孔隙率为0.3CM3/G, C,干燥褐煤表面积的变化 通过CO2吸收法来确定干燥褐煤的表面积。 褐煤的表面积为 280M2/G；在中温干燥条件下，褐煤的表面积为223M2/G；而在高温条件下，褐煤的表面积为180M2/G。引起其表面积变化的主要原因是由于在高温干燥条件引起褐煤内部的焦油的强烈迁移，即焦油由毛细孔内部向毛细孔外部迁移。迁移到毛细孔外部的焦油在冷却过程中，由于焦油冷凝从而对毛细孔进行密封，从而一起褐煤的表面积减少。 D, 化学成分的析出 当褐煤温度超过200度时，干燥尾气有焦油析出。 当褐煤温度超过150度时，干燥尾气有CO2析出。 褐煤中的羧酸和羰化物的分解可降低褐煤的亲水性。另外，褐煤中CO2的形成对于褐煤中毛细孔结构中水分的脱除和焦油的迁移也起到重要作用。 羟基官能团(主要是-COOH)分解所产生的气体 根据对褐煤干燥尾气成分分析，羟基官能团分解所产生的气体的组分如下： C7H8, C5H10O, C7H8O, C9H12, C6H6O, C7H8O, C8H10O, C8H10O2, C9H10O, C9H10O2, C9H10O3, C6H6O2, C8H10O2, C9H12O2, C10H14O, C8H10O2, C10H14O2, C10H8, C10H8, C11H10, C15H15, C15H18, C15H22, C46-62H92-104O2 6， 褐煤干燥工艺参数的确定 根据上述实验研究，可以根据干燥褐煤的不同用途，确定不同的褐煤干燥工艺条件 A, 对于仅需脱除自由水（外在水）的情况 对于坑口电站，褐煤仅需脱除自由水，比如RWE 的 WTA 工艺， 多效过热蒸汽干燥工艺，干燥温度不能超过150度。否则，会有不凝气体产生，形象·影响所产生的蒸汽再次利用（主要是降低干燥机的内置换热器的传热系数）。 对于采用烟气作为干燥介质的褐煤干燥工艺，干燥温度不能超过150度。否则，会有可燃气体产生，会着火甚至发生爆炸。因此，对于采用烟气作为干燥介质的褐煤干燥工艺，必须严格控制干燥温度，避免褐煤超温，甚至局部超温。所以采用烟气作为干燥介质的褐煤干燥工艺，一般只能去除褐煤的自由水（外在水）。即使如此，由于难以避免褐煤的局部过热，干燥系统还是会发生会着火和爆炸。 B, 脱除结合水（内在水），即褐煤改性 由于脱除结合水（内在水），即褐煤改性，褐煤需要达到较高的温度，以便去除脱除结合水（内在水）；同时要达到褐煤内的羟基官能团分解，毛细孔倒坍，产生交联，并且要使褐煤内部的焦油迁移，对毛细孔进行密封。在这种干燥条件下，一定会有可燃气体的释放。为了安全考虑，干燥系统最好是无氧或低氧运行。而过热蒸汽干燥则是最安全的选择。 显示全部