基于低场～1H核磁共振的锡盟褐煤水分形态实验研究

发布时间：2021-12-06 10:08

　　随着煤炭资源消耗加剧,烟煤无烟煤等高阶煤的供应日趋紧张,以褐煤为代表的低阶煤越来越受到重视。我国褐煤资源储量丰富,价格低廉,有着巨大的发展前景。褐煤的高含水率是制约褐煤发展的主要因素之一,近年来关于褐煤水分赋存及脱水改性方法的研究已经成为领域内的热点。本文应用近年来兴起并发展迅速的低场’H核磁共振技术,根据样品内水分的横向弛豫时间T2信号特性,主要针对锡盟褐煤进行了一系列的实验研究：对核磁共振技术测量锡盟褐煤含水率的准确性、稳定性及影响因素进行实验及讨论,并与传统烘干方法进行对比,发现该技术更有优势。使用核磁共振技术与压汞法相结合的方法测出了锡盟褐煤的表面弛豫率,根据表面弛豫率可直接使用核磁共振技术得到样品的孔径分布。根据横向弛豫时间T2分布图谱,发现锡盟褐煤样品内水、外水及平衡水的分布形态,发现锡盟褐煤的外水内水比例约为2.7：1。引入岩石学中可动水和不可动水的定义,发现锡盟褐煤的可动流体饱和度约为37.3%,发现1ms相对应的尺寸的孔是区分可动水与不可动水的界限。通过对不同煤阶、湿度及粒度煤样样品的核磁共振实验,发现随着煤阶的升高,锡盟褐煤样品的孔隙尺寸减小,微孔所占的比例增大。随着湿度的升高样品的含水率逐渐升高但变化幅度不大,样品内水分的弛豫时间也基本不变。随着粒度的增大,煤样的含水率均出现升高的趋势。从弛豫时间T2上看,随着粒度的增大,水分的弛豫时间有减小的趋势,也就是水分向更小尺寸的孔迁移。通过对低温改性、水热改性及微波改性后的锡盟褐煤样品进行核磁共振检测,发现低温改性中温度越高,水分蒸发速度越快。弛豫时间较长的主峰亦即大孔中的水分首先失去,弛豫时间短亦即小孔中的水分失去速度较慢。在水热改性过程中,水热温度越高,煤样含水率越低,说明水热作为常见的脱水方式之一,其脱水效果受水热温度影响很大。但当达到300℃后,温度对水分脱除效果的影响开始减小。水热处理后的煤样中水分弛豫时间T2分布与原煤相比变短,且水热温度越高,弛豫时间左移越多。在微波改性过程中,随着微波加热时间增长,煤样中剩余水分越少。从T2图上发现随时间的延长,水分信号面积变小,但弛豫时间并无明显变化,主峰位置基本保持不变。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TQ533
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章绪论
    1.1 研究背景
    1.2 煤中水分的赋存及孔隙结构的影响
    1.3 核磁共振的实验原理
        1.3.1 核磁共振现象及原理
        1.3.2 核磁共振信号检测
    1.4 核磁共振方法在煤炭领域的应用研究现状
    1.5 核磁共振技术的优势
    1.6 本文研究内容
第二章实验仪器与实验煤种
    2.1 实验仪器介绍
        2.1.1 核磁共振实验仪器及实验参数选择
        2.1.2 其他相关实验仪器
    2.2 实验煤种
第三章基于低场1H核磁共振技术研究褐煤含水率及水分形态
    3.1 含水率的测量
        3.1.1 测量方法研究
        3.1.2 测量准确性验证及影响因素分析
        3.1.3 测量重复性验证分析
    3.2 锡盟褐煤中不同种类水分形态研究
        3.2.1 内水、外水及平衡水的测量与结果分析
        3.2.2 可动水与不可动水的测量与结果分析
    3.3 锡盟褐煤水分分析与微观孔隙的关联性研究
        3.3.1 压汞法测试原理与结果分析
        3.3.2 锡盟褐煤孔隙度测量
        3.3.3 锡盟褐煤孔径分布分析
    3.4 本章小结
第四章煤中水分形态的影响因素研究
    4.1 煤阶的影响
        4.1.1 煤种选择
        4.1.2 核磁共振测量结果与分析
    4.2 湿度的影响
        4.2.1 煤样制备
        4.2.2 核磁共振测量结果与分析
    4.3 粒度的影响
        4.3.1 样品的制备
        4.3.2 核磁共振测量结果与分析
    4.4 本章小结
第五章干燥改性方法对褐煤水分形态的影响研究
    5.1 低温热干燥改性的影响
        5.1.1 低温热干燥改性原理与方法
        5.1.2 测量结果与分析
    5.2 水热改性的影响
        5.2.1 水热改性原理与方法
        5.2.2 测量结果与分析
    5.3 微波改性的影响
        5.3.1 微波改性原理与方法
        5.3.2 测量结果与分析
    5.4 本章小结
第六章全文总结与工作展望
    6.1 全文小结
    6.2 本文创新点
    6.3 工作展望
参考文献
作者简介

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