褐煤中的水分

褐煤中的水分

贾建军，吴阳，刘娇萍

(西安科技大学化学与化工学院, 西安 710000)

摘要：我国褐煤储量丰富，然而其较高的水分极大的制约了褐煤的开采与利用，对

褐煤中水分的存在机理及脱除能耗的研究是褐煤高效利用的关键。主要介绍了褐煤高水分的原因、褐煤中水分的存在形式、褐煤中不同形式水分脱除所需能耗及比例，指出了褐煤研究的重要性。

关键词：褐煤；存在形式；能耗

The moisture in lignite

JIA jian-jun, WU yang, LIU jiao-ping

(School of chemistry and chemical engineering, Xi`an university of science and technology,Xi`an 710000,China)

Abstract:Lignite reserves are abundant in China, but the high water content greatly limits its exploitation and utilization, the key to solve the efficient use of lignite is to study the existence mechanism of moisture and energy consumption of removal the water in lignite. Introduce the reasons for the high water content, the existing forms of moisture, the proportion and energy consumption of removal the different forms of moisture and noted the importance of lignite research.

Key words:lignite; existing forms; energy consumption

褐煤的煤化程度较低，是介于泥炭与烟煤之间的一种棕黑色、无光泽的低阶煤，其储量较大，约占世界煤炭总储量的40%，在我国探明煤炭保有资源储量中约占13%[1]。褐煤高水分、高挥发分、易风化及低热值的特点，使其开采运输成本居高不下；直接燃烧利用，又会降低炉膛温度，增加排烟热损失，降低锅炉效率，增加煤炭消耗量[2]，这极大的限制了褐煤的开采利用。然而随着我国经济的发展，对能源需求的不断增加，优质煤炭资源不断枯竭，

褐煤的综合利用必将被提上议题，适时地发展褐煤的综合利用产业将有效缓解我国优质动力煤供应紧张的局面，同时还可延伸煤化工产业链，提高煤炭资源的综合利用效率，实现褐煤煤业的可持续发展，对于我国国民经济的可持续发展提供强有力的保障，对国家能源安全具有重大意义[3]。因此对褐煤中水分的存在机理、存在形式、不同形式水分提质的耗能及其比例的研究成了褐煤高效利用的关键。

1.褐煤高水分的原因

褐煤均含有大量的水分，其中我国褐煤储量最丰富（约占我国褐煤储量77.1%）的蒙东地区褐煤全水分高达30.50%左右[4]，呼伦贝尔褐煤全水分高达30.10%，印尼褐煤全水分高达35.00%[5]，而软褐煤的含水量甚至高达60%以上[6]。褐煤如此高的水分是由于褐煤表面与水分子之间的相互作用的结果，这些作用力包括煤孔隙结构中水分子的表面张力、水分子与煤结构的范德华力以及煤分子结构与水分子之间的氢键作用力等[7]。根据作用力的不同可以把这些影响分为物理和化学两方面的因素。

1.1.物理因素

褐煤处于煤化作用的初级阶段，高温、高压和脱水成岩尚未终结，煤体内部及其表面的各类有机质和矿物质形成了不同孔径的通道、盲孔、封闭孔和敞开孔等各类孔隙结构[7]，这使得褐煤具有孔隙结构发达、结构疏松、比表面积较大的特点。沟壑交错的煤体结构不仅为水分的吸附提供了大量的接触面积，还为水分的储存提供了充足的空间，是褐煤具有高水分及较强的吸水回潮特性的一个重要原因。

李培[8]采用热压脱水的方法对蒙东褐煤进行了研究，经50MPa热压脱水，褐煤的外表面变的光滑,原来沟壑状的疏松结构消失，煤样的比表面积、孔体积分别变为原煤样的57.54%和87.40%，对其水分考察发现热压后褐煤的脱水率达77.38%,且回水后煤样全水分与回水前无太大差异，说明热压脱水对回水有很好的抑制效果；相同温度下的单一热作用脱水效果略优于热压脱水，但处理后褐煤的结构酥松,形成了更多更大的孔隙,且比表面积增加，回水率达130.2%，增加了褐煤吸水的能力。景晓霞[9]指出在褐煤热压提质过程中孔隙结构的坍塌、交联反应的进行以及焦油迁移对孔隙的堵塞，减少了褐煤的孔隙结构和比表面积，能够有效的抑制水分的复吸。

1.2.化学因素

褐煤高水分的特性不仅与其发达的孔隙结构及较高的比表面积有关，还与其大量的含氧官能团具有密切的关系。包括羧基、羟基以及羰基等含氧官能团的存在直接影响了褐煤的极

性、湿润性和吸水性，有效的降低了褐煤的疏水性，并且还能够与水分子通过氢键的相互作用在褐煤表面形成一层甚至多层的水分子层，是褐煤持水和吸水的另一个重要因素。

肖武[10]等利用氢氧化钠溶液、盐酸以及双氧水分别对褐煤进行改性研究，对改性前后的褐煤通过FTIR和DSC分析，结果表明氢氧化钠改性后褐煤中羟基增多、羧基减少且含水量增加，盐酸改性后褐煤结构和含水量均未变化，而双氧水改性后的褐煤中羟基减少、羧基增多且含水量增加，这说明羟基的多少是褐煤含水量高低的决定性因素。苏怀兴[5]等人对不同温度下褐煤的干燥进行了研究，结果表明无论何种干燥温度下褐煤质量都能最终稳定，且干燥后水分随干燥温度的增加而降低，然而当干燥温度逐渐上升至110℃时，煤中水分并未明显降低，说明这部分水能够通过氢键与煤中的官能团形成强烈的吸附作用。

2.褐煤中水分的分类

目前国内外对煤炭中水分的分类众多，张双全[11]等人根据结合形态的不同将煤炭中的水分为游离水和化合水两类，游离水指通过物理吸附作用与煤炭结合的水分，化合水指煤炭矿物质中所含有的结晶水；其中根据褐煤中水分存在形式的不同可分为外在水、孔隙水、分子水和结晶水四类。

2.1.外在水

外在水以游离态的形式存在于褐煤颗粒外表面以及较大的孔径中，用M f表示，与煤炭颗粒的表面具有微弱的相互作用，水分子之间通过范德华力结合，性质与常态水相似，在外界温度作用下，这些水分子很容易扩散析出，蒸汽压与常态水的蒸汽压相等，较易蒸发。脱除外在水分消耗的能量较低,与煤和水分的浸润程度有关,与煤质本身关系不大。