褐煤利用的新技术_孟凡英

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结合实验研究,本实验最终选择 VeoVa10:VAc=30:70,产品的性能较好, 成本较低,工业应用中具有商业竞争优势。
4 、种子单体用量的影响 核壳乳液聚合要先制种子乳液,然后 在种子的基础上进一步进行聚合,最终得 到所需要的核壳乳液。在进行种子乳液聚 合时要严格控制乳化剂的补加速度,以免 形成新的胶束和新的乳胶粒。制备核壳共 聚乳液时,先是制备核层。刚开始生成种 子乳液,然后在其基础上进一步进行聚 合。种子乳液用量的多少与乳液的最终粒 径密切相关,粒径又影响到乳液的黏度。 当种子乳液用量过小时,形成的乳胶粒数 较少,反应过程中还会存在一定数量的胶 束,从而造成形成新的乳胶粒,使得乳液 粒径分布变宽。当种子乳液用量适中时, 反应过程中速率就很平稳,放热也均匀, 既没有添加量少时新乳胶粒生成现象,又 避免了反应不平稳放热出现峰值时的乳胶 粒子聚结情况的出现,也不出现反应初期 加速的现象,生成的乳液粒径分布窄,黏 度相比较高。所以,在本实验中种子乳液 单体用量为核层单体的 10%,聚合过程平 稳,得到的乳液性能好。 5 、乳化剂对乳液的影响 以亲水性单体为核,以疏水性单体为 壳进行核壳乳液聚合可能得到非正常的核 壳结构。如果核层聚合物不溶于壳层单 体,则有可能形成正常乳胶粒,且核壳层 间界限明显。如果核层和壳层聚合物相 容,则可能生成正常乳胶粒,但核壳层相 互渗透,界限不分明。如果壳单体可溶胀 核层聚合物,但两种聚合物不相容,则可 能发生相分离,生成异形结构的乳胶粒。 6 、反应温度和时间的影响 反应时间影响聚合进行的程度,从而
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3 、结语
尽管褐煤存在这样那样的不足,但是 有国家能源政策的支持,褐煤企业积极应 对市场变化,抓住发展机遇,规划和调整 发展战略,通过开发应用新的褐煤技改项 目,综合优化利用褐煤资源,实现褐煤煤 业的可持续发展,乃至实现褐煤煤业的再 次腾飞,前景非常乐观。
参考文献 [1] 赵振新,朱书全,马名杰,张恒,王 路宁,颜淑娟,杜晓静.中国褐煤的综合 优化利用[J].洁净煤技术.2008(1): 28-31 [2] 尹立群.我国褐煤资源及其利用前景 [J].煤炭科学技术.2004,33(08):24-25 [3] 于兴国.褐煤的合理加工与利用浅析 [J].内蒙古煤炭经济.1988,(02) [4] 黄津悦.褐煤综合利用势在必行[J].内 蒙古煤炭经济.1987,20(01):13 [5] 李仲模.褐煤有广泛用途[J].化工矿物 与加工.1999,5(01):63-64 [ 6 ] 袁红莉,王风芹,李宝珍,陈文 新. 微生物降解褐煤产生的腐殖酸的生物 活性研究[A]《. 氮素循环与农业和环境》专 辑——氮素循环与农业和环境学术讨论 会论文集[C].2001,171-175 [7] 田原宇,乔英云.褐煤的化学族组成 研究方法及应用[A].第五届全国绿色环保 肥料新技术、新产品交流会论文集[C]. 2005,59-62 [8] 范艳青.从褐煤制备活性炭的工艺及理 论研究[D].昆明理工大学.2003,285-287 作者简介 孟 凡 英 ( 1 9 6 1 - ), 女 , 辽 宁 工 程 技 术 大 学教授,硕士生导师。主要研究方向:流体 机械工程、热能工程; 孟 欣 ( 1 9 8 4 - ), 女 , 辽 宁 工 程 技 术 大 学 研究生。主要研究方向:热能工程。
1 、我国的褐煤资源概述
褐煤是一种只经过岩化作用而质变作 用不充分的煤,有的仍保持植物的原貌,其 木质、年轮尚还清晰可辨。虽然褐煤有水分 含量高、热量较低,燃烧时烟雾大等弱点, 但其用途却十分广泛,不仅可作燃料,还可 用于气化、液化、炼焦和提取化工产品等等 [1]。
褐煤含有丰富的褐煤蜡和腐殖酸。褐 煤蜡是制造涂料、油漆、橡胶添加剂、润 滑油和高级蜡纸的原料。褐煤提取的腐殖 酸肥料,可改良土壤,促进农作物的生 长。在各种深井钻探中,褐煤的腐殖酸可 作为泥浆的调整剂,调节和维护泥浆的工 艺性能,提高钻探质量[2]。从褐煤中可提 取有机化工原料焦油和轻油,优质动力燃料 和气化原料半焦以及焦炉煤气等产品。褐 煤中的焦油产量不仅比烟煤高,而且不具 黏结性,最适用于低温干馏。在高温下, 褐煤与气体具有较强的化学反应性能[2], 可以使煤中的有机质转变成可燃气体—— 民用煤气。煤气的发热量完全合乎要求。
影响到单体的转化率与残余单体量,时间 长聚合进行相对比较彻底,单体的转化率 高。反应温度影响引发剂分解速率常数及 聚合反应速率,温度高引发剂分解速率常 数大,聚合反应速率快。实验中确定前期 聚合温度为 80℃,滴加时间 6 小时,后期 聚合去除单体的温度为 85℃~90℃,时间 为 30min。
四、实验总结
其具有耗能低、转化效率高、污染小、转 化产物的经济效益和应用价值高等一系列 优点而备受科学界的重视和关注。特别是 在当前倡导节能减排的社会形势下,这项 技术的研究无疑开辟了一条能源转化利用 的绿色途径。无论是从社会能源需求的角 度,还是从环境保护的角度,抑或是从国家 的能源安全战略角度考虑,褐煤的微生物 转化技术都具有广阔的发展前景。随着基 因工程等各项生物技术的不断发展,以及 寻求煤炭生物转化的新途径和新手段不断 被发现,煤炭生物转化的一些技术难题将 相应被解决,走向工业化生产,那时将对缓 解能源压力,推进经济的可持续发展发挥 重要的作用。
用褐煤生产的合成原料气,是重要的有机 化工原料,可以制取氮肥、氢气、塑料等化 工产品[4]。我国的褐煤主要产在新生代第 三纪距今 6700 万年至 150 万年,主要产地 在辽宁、云南及台湾等省。褐煤的用途十分 广泛,工业利用的途径主要有:燃烧、热解、 炼焦、液化、气化、提取褐煤蜡等[2]。
2、褐煤加工利用的新进展
2.1 固体热载体法干馏 固体热载法干馏是近几年开发的一项 低温快速热解新工艺。用低灰褐煤生产优 质半焦,反应性好,燃点低,具有多种用途, 煤气、焦油和半焦都是洁净能源。新法干馏 是低热值煤综合利用的新技术,工艺简单, 不用氧气,常压生产,热效率高,成本低, 经济效益高。 2.2 褐煤生物转化 褐煤的微生物转化与利用主要是利用 微生物进行褐煤的液化和气化的生物转化 来制取石油及其它形式的燃料以及获得甲 烷、氢气、丁酸、醋酸等工业原料的过程[7]。 这项研究近年来很受重视。褐煤是由芳香 化环组成并由盐桥、脂肪链等连接起来的 大分子网状结构化合物,它很难进入微生物 细胞内,所以褐煤的生物降解是由微生物 分泌到细胞外的一些碱性物质、生物酶、螯 合剂、表面活性等起作用的[6]。褐煤在微 生物参与下大分子会发生解聚。生物降解 的机理一般认为有以下几种: (1) 微生物生长过程中培养基中的多肽 或多胺产生的碱性物质可溶解褐煤中的酸 性成分。 (2) 微生物分泌的螯合剂和表面活性剂 对褐煤具有部分液化作用。 (3) 微Hale Waihona Puke Baidu物分泌的胞外酶对褐煤的降 解。其中微生物通过向体外分泌胞外因子 来解聚煤中大分子物质是主要的降解机制 [5]。 褐煤经微生物降解后,黄腐酸含量有 所提高,腐殖酸化学活性有所增强,可改良 土壤,促进农作物生长,同时,它还可促进 植物对氮、磷、钾等养分的吸收,是不可多 得的植物生长调节剂[6]。在各种深井钻探 中,褐煤的腐殖酸可作为泥浆的调整剂,调 节和维护泥浆的工艺性能,提高钻探质量。 褐煤的微生物转化与利用与传统的工业转 化相比,具有能耗低、转化条件温和、转化 效率高、转化产物的经济效益和应用价值 高、设备要求简单等优点,是实现能源良性、 可持续发展的新途径。 这项技术开始于 20 世纪 80 年代,由于
2.3 炭质吸附剂 褐煤组成上的特点是各种官能团、侧 链、桥键等活性基团含量高,褐煤本身的孔 隙及含有羧基、醌基、羰基、甲氧基、酚羟 基等活性基团,在加热干馏时,大量脱除挥 发分,形成具有发达孔隙的松散结构,使褐 煤成为一种良好的天然有机离子吸附剂, 具 有优异的吸附、络合及交换性能。经加工可 制得活性炭、分子筛等[8]。 褐煤制备活性炭价格低廉,反应活性 高,活化时间短,但褐煤含碳低、水分大和 质地柔软对利用褐煤制备活性炭带来困难。 近几年,国内对利用褐煤制备活性炭开展 了许多研究。但由于工艺及产品质量上存 在的缺陷,至今未产业化生产[5]。 炭分子筛是一种具有发达的微孔结构 的新型炭质吸附剂,它和沸石分子筛一样 能够筛分分子。褐煤结构疏松,孔隙结构 发达, 在一定炭化条件下,其碳骨架结构 易于朝着有利于吸附分离和孔隙较多的无 定形碳结构方向发展,使得褐煤成为制备 炭分子筛的优质原料。煤基活性炭的制 取,一般采用低温炭化(600℃左右)和高温 活化(900℃左右)的方法,要求原煤灰分越 低越好。用灰分 3.13% 的东北依兰洗精煤 制得的活性炭碘值最高可达 1056mg/g[6]。 烟台大学应用化学系作过褐煤对含酚废水 处理的研究,发现褐煤用稀酸处理后吸附能 力更强;在室温下,当 pH≈ 5.0时,对废水中 汞的吸附率可达99.0%以上,且经该方法吸 附后的褐煤仍不失去燃料价值。利用大雁 褐煤制得的炭分子筛变压吸附分离空气, 可得到含 N 9717% 的富氮气体[8]。
本实验主要采用叔碳酸酯乙烯酯改性 聚酯酸乙烯乳液,辅以极少量的羟基丙烯 酸酯单体作为官能基团,采用核壳乳液聚 合技术,制成的三元共聚叔 - 醋 - 丙核壳 乳液。
最终选择的聚合工艺条件及工艺参数 如下:(1)WVeVa10:WVAc:WG=30: 70:5;(2)WSDBS+OP 10 用量为体系的 3 % ,W S D B S :W O P - 1 0 = 1 :1 ;(3 ) 种子乳液单体加入量为核单体总量的10%, 种子乳液聚合温度控制在 70~75℃,聚合 时间为 30min;(4)前期核层与壳层聚合温 度控制在 80~82℃,滴加时间 6 小时;(5) 后期保温控制在 88~90℃,时间为 30min。 采用此工艺聚合得到的乳液综合性能优异。
实验中对得到的叔 - 醋 - 丙核壳乳液, 通过与纯丙乳胶漆和苯丙乳胶漆的比较, 具有优异的耐玷污性、耐候性。涂料产品性 能达到甚至超过 GB/T9755-2001 合成树脂 乳液外墙涂料(优等品)标准,完全满足了 高性能外墙乳胶漆的要求。
参考文献 [1] 陈立军,陈丽琼,张欣宇等. 环保型高耐 沾污性纯丙乳胶漆的研制[J]. 新型建筑材 料.2006,(11):1 ~4 . [2] 殷再球.核 / 壳型苯乙烯 - 丙烯酸酯共 聚乳液及其外墙涂料的研究[J].上海涂料. 2004,42(3):1~4. [3] 谷立广.叔碳酸乙烯酯共聚乳液[J].新 型建筑材料.1998,3:13 [4] 赵科,孙培勤,刘大壮.核壳乳液聚合乳 胶粒形态理论研究进展[J].高分子材料科 学与工程.2003, 19(6): 14~17.
3、VeoVa10 用量与胶膜的吸水率 随着 VeoVa10 用量的增加,胶膜吸水 率呈现下降趋势,在添加量较少的情况下, 胶膜的吸水率改善较为显著,表明 VeoVa10 对胶膜的拒水性作用明显,当添 加量达到 VeoVa10:VAc=30:70 时,再增 加 VeoVa10 的量时,胶膜吸水率改善作用 不太强。如表 3 所示。 表 3 VeoVa10 用量对胶膜吸水率的影响
褐煤利用的新技术
孟凡英 孟欣 辽宁工程技术大学机械工程学院 123000
摘要 我国有一定储量的褐煤, 其中大部分是低灰、 低硫煤, 其用途是很广泛的,若采用现代合 理加工,所得到的经济效果也是非常可观的。 褐煤属低热值煤,现多以直接燃烧方式,褐煤 的加工利用还具有一定的局限性,还没有完 全开发利用,在当今倡导节能减排的大的社 会形势下, 既要做到褐煤资源的合理利用,又 要尽量减少对环境的污染排放。因此应在传 统的利用技术基础上积极进行新技术的开发 与应用。本文介绍了褐煤的几种新的利用途 径,简述了各种利用途径的机理、主要产物和 优缺点。 关键词 褐煤;加工;利用;新技术
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适中,在后续的聚合过程中以种子为核心 的聚合过程中反应平稳,乳液的相关性能 较好。通过理论分析和实验检验,本实验采 用核单体先部分预乳化,形成种子乳液,然 后再慢慢滴加其余的核单体,反应生成核 层;壳单体采用半连续饥饿法滴加,反应生 成壳层。实验过程中聚合平稳,得到的乳液 综合性能突出,缺点是反应时间稍长。
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