《型煤“球化”炭化粘結機理和收縮動力學研究》是依託太原理工大學，由張永發擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：型煤“球化”炭化粘結機理和收縮動力學研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張永發
- 依託單位：太原理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於研究發現：添加一種球化劑的無煙粉煤型塊，炭化時生成大量的、非中間相惰性煤料聚集小球體，而且通過調整球化劑的粒度和添加量等參數，可調節小球體尺寸及其粘結等特性，進而可調節型煤塊炭化時裂紋生成和收縮等特性。但是，在添加球化劑進行的球化結構炭化過程中，煤料、粘結劑和球化劑之間的結合特性、球化炭化粘結機理以及小球體對裂紋生成和收縮的作用機制等基礎科學問題不明確。針對這些問題，本項目系統地開展：煤料、粘結劑和球化劑及其配料的熱解特性研究；小球體生成和發育的規律及其與自由基濃度Ng關係的研究；小球體對裂紋生成和抑制的作用本質和收縮特性等研究；項目研究旨在建立高階粉煤塊球化炭化機理理論，為新型高階粉煤礦產深加工提供理論指導，項目具有重要的意義。
結題摘要
針對型煤球化炭化過程中煤料、粘結劑和球化劑之間的結合特性、粘結炭化機理以及小球體對裂紋生成和收縮的作用機制等基礎科學問題不明確等問題，利用SEM、FTIR、XPS、Raman、TG-DTG和13C-NMR等分析方法，系統地開展了型煤“球化”炭化粘結機理和收縮動力學研究，主要結論如下：（1）認識了型煤炭化過程中結構和自由基變遷規律，並將這些變化與炭化型煤強度進行了合理關聯（Ng500/Ng900 ∝△La= La900-La500∝M40），從微觀角度闡述了粘結劑與無煙煤形成牢固粘結的關鍵因素。（2）認識了小球體生成和發育規律及其抑制裂紋生成的本質作用。加進球化劑後，物料的收縮以非均一、弧形應力面方式向低溫推進，固化時形成了大量“小球體”，同時，小球體之間的收縮也在進行，這兩種收縮的相互作用使得應力充分分散，減少和克服了裂紋的生成。（3）建立了大尺寸（100mm×100mm×100mm）型煤炭化收縮動力學模型：(dV_t)/dt=V_0 [(1-x) dβ/dt-A_0 e^(-E⁄RT) (1-x)^n β] ，其計算所得理論值與實驗值吻合較好。在此基礎上，進一步延伸建立了工業化4.3m焦爐炭化室中大型搗固型煤（13.3m×5.0m×4.3m）的收縮速率模型：(d〖V'〗_t)/dt=1/5×∑_1^5▒(d〖V'〗_ti)/dt，其中(d〖V'〗_ti)/dt=〖V'〗_0i [(1-x_i ) (dβ_i)/dt-k_i (1-x_i )^n β_i ]。（4）提出了型煤球化炭化機理：煤和粘結劑熱解生成的自由基在熱遷移驅動下相互作用，通過形成碳-碳鍵縮聚的界面結合物實現了煤料的粘結，在進一步加熱和縮聚過程中，粘結煤料在球化劑作用下形成小球體，此時型煤的收縮在“球化結構”自身和“球化結構”間的收縮固化中拉鋸進行，隨著分子結構有序化和緊密化的發展，最終形成了以縮聚芳烴為主、結構緻密的炭化型煤、具有“球化結構”的炭化型煤。本課題研究對豐富、發展煤化學理論以及發展非粘結性粉煤深加工產業有重要的理論意義和套用價值。
