褐煤中的水分

1、（一）立 （一）立項依據(jù)與研究內(nèi)容 依據(jù)與研究內(nèi)容（4000-8000 字）： 1．項目的立 目的立項依據(jù) 依據(jù)（研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)分析，需結(jié)合科學研究發(fā)展趨勢來論述科學意義；或結(jié)合國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中迫切需要解決的關(guān)鍵科技問題來論述其應用前景。附主要參考文獻目錄）；我國擁有豐富的褐煤資源，已探測的我國褐煤資源量可達1903億噸，占全國煤炭預測資源量的41.18%[1]。在我國煤炭資源中占有重要地位[2-4]，在我國未來

2、化石能源供應的構(gòu)成中也將占據(jù)十分重要的位置。褐煤是一種低品質(zhì)能源，含水量和含氧量高，熱值低，因此，褐煤直接利用率相對較低，長距離輸送經(jīng)濟性差，使得褐煤的開采和利用受到極大限制，長期被視作一種劣質(zhì)煤。同時褐煤存在易自燃和風化、貯存困難等劣勢進一步限制了其應用[5]。褐煤中的水分含量較高及易自燃等特點是限制其利用的較大影響因素。我國褐煤水分含量為25%~40%[6]，澳大利亞拉杜比谷開采出來的褐煤水分含量高達55%~70% [7]。褐煤干燥

3、提質(zhì)是實現(xiàn)褐煤高效利用的重要手段，干燥過程中，褐煤的外在水分較為容易脫除，所需能量較低，內(nèi)在水分和礦物質(zhì)結(jié)晶水的脫除十分困難，需要的能量較高。因此系統(tǒng)的研究褐煤中水分存在的形式，能夠為以較低的能耗實現(xiàn)褐煤的脫水提質(zhì)的問題提供可靠地理論依據(jù)。根據(jù)研究方法的不同，國內(nèi)外學者對煤中水分的分類也有所差異。按其在煤中存在的狀態(tài)，可以分為外在水分、內(nèi)在水分和化合水三種[8-10]，外在水分是指直徑大于10-5cm的毛細孔中的水分，以機械的方式與煤相

4、結(jié)合，蒸汽壓與純水的蒸汽壓相等，較易蒸發(fā)。內(nèi)在水分又稱為固有水分，是指煤在一定條件下達到空氣干燥狀態(tài)時所保持的水分，內(nèi)在水分以物理化學方式與煤相結(jié)合，以吸附或凝聚方式存在于煤粒內(nèi)部直徑小于10-5cm的小毛細孔中，蒸汽壓小于純水的蒸汽壓，較難蒸發(fā)?；纤ńY(jié)晶水）是指在全水分測定后仍然保留下來的水分，其含量較小，且必須在更高的溫度下才能失去。也有相關(guān)研究[11,12]將外在水分和內(nèi)在水分統(tǒng)稱為游離水，將煤中水的存在形態(tài)分為游離水和化合水

5、?？梢耘袛?，在干燥過程中，水分脫除難易程度相應不同，其干燥機理也可能存在區(qū)別。李先春等[13]按照水分在煤中存在的狀態(tài)，將其分為表面水、毛細水、吸附文獻指出褐煤中的水分含量及存在形式與煤的總吸氧量、放熱量之間存在十分復雜的關(guān)系，水分含量在一定范圍內(nèi)對褐煤自燃過程中自由基的形成及過氧化絡(luò)合物的形成有著重要的催化作用，能夠增加氧的吸附量[26-29]。趙衛(wèi)東[30]利用DSC對褐煤在低溫情況下進行氧化分析，認為褐煤自燃存在最佳含水量區(qū)間，得

6、出褐煤在25%～30%之間時存在最易自燃的臨界水分。Jones和Town end等[31]認為濕氣在過氧絡(luò)合物的形成中起著本質(zhì)的作用，濕氣既影響過氧絡(luò)合物的生成量又起催化作用。因此，深入的研究褐煤中水分存在形式特別是結(jié)合水的性質(zhì)，能夠為褐煤低溫氧化過程的機理進行較為全面的解釋。Mraw等[32]通過研究Wyodak煤孔結(jié)構(gòu)中的水分及其低溫熱容，發(fā)現(xiàn)其中2/3水分為可凍結(jié)水分，其余為不可凍結(jié)水分，可凍結(jié)水分存在于煤的大孔中，不可凍結(jié)水分吸

7、附在煤的內(nèi)表面或存在于微孔中。Norinaga等[33]利用DSC和NMR等對褐煤凍結(jié)特性進行研究，進一步明確將褐煤中的水分分為可凍結(jié)水和不可凍結(jié)水，又根據(jù)DSC低溫實驗過程中出峰位置的不同，將可凍結(jié)水分為自由水和束縛水，前者在-15℃附近出峰，并和純水的出峰位置相同，后者在-47℃附近出峰；不可凍結(jié)水則在降溫過程中始終不結(jié)冰，如圖1所示，自由水褐束縛水在熱焓方面也存在一定差異，自由水為333J/g，其數(shù)值與純水的熱焓一致[34]，束縛