利用冷等离子体引发煤干燥的方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用冷等离子体引发煤干燥的方法将原煤磨成粒度20～200目的颗粒或粉末；将煤样装载于等离子体反应腔中；将空气或不燃性气体及其气体混合物通入反应腔；在大气压下，利用高压电源在电极两端施加5000～20000V的交流电压，30-100W的输入功率使气体放电，时间为5-30min，由此达到等离子体引导煤样干燥过程的目的。本发明通过等离子体放电装置引发气体放电，通过变化的电场和等离子体中产生的自由基和自由电子与煤颗粒的作用，改变煤颗粒表面和孔道中的电荷分布，降低与水分子的结合能力，从而达到干燥脱水的目的。与传统方法相比，等离子体干燥过程具有脱水率高、干燥速度快、对环境友好等特点。
【专利说明】利用冷等离子体引发煤干燥的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤的干燥方法，尤其对于含水量高的褐煤的干燥方法。它属于煤加工【技术领域】，尤其是一种冷等离子体引发煤快速高效的脱水干燥的方法。
【背景技术】
[0002]褐煤是一种煤化程度相对较低的煤。它在世界范围内储量较大，并且易于开采。但是，由于褐煤中水分和灰分较大，因而对其在生产中的利用造成了很大影响。首先，褐煤在空气中易于风化碎裂，而且燃点低，大量长期存放极易发生自燃，因而不便于储存。同时，高水分导致了运输成本增高，尤其在北方地区容易发生冻结而难以装卸。另外高水分也造成褐煤的发热量低的问题，因此用作燃料的经济效益较差。褐煤的脱水处理过程是最常见的褐煤提质加工工艺。褐煤经过干燥过程能够大幅度提高发热量，同时也能够降低燃烧过程有害气体排放量，这对褐煤的合理利用有着重要的意义。
[0003]褐煤的脱水主要分为机械脱水、蒸发脱水和非蒸发脱水等几种。其中机械脱水是通过离心、挤压等方法脱除煤样中的体相水和少量毛细水，面临着脱水率低的问题，因此很难满足褐煤提质工艺的要求。蒸发脱水是利用直接或间接加热的方法使煤样中的水分气化，从而达到干燥的目的。然而该方法一方面能耗较大，另一方面直接干燥存在爆炸危险，而间接干燥的耗水量又较大。非蒸发脱水利用高压蒸汽进行干燥，能够明显的降低能耗，然而也存在着水分脱除不充分的缺点。目前，随着表面化学研究的深入，电化学方法受到了研究工作者的重视，并被应用于选煤的洗选过程细粒精煤的脱水过程，这为我们的脱水工艺提供了新的思路。
[0004]等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子团电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，由自由电子，带正电的离子以及未电离的原子组成。冷等离子体是一种热力学非平衡状态的等离子体，它具有典型的等离子体性质，电子温度较高，但整体温度较低，甚至接近常温，因此冷等离子体处理过程具有较高的处理效率和较低的能耗。一些等离子体过程对固体粉末的脱水作用显著，但之前的工作很少将其加以利用。在等离子体放电过程中，变化的电场和生成的自由基与自由电子能够改变固体颗粒表面电荷分布，减小固体颗粒对水的吸附作用。同时放电过程中的生成自由基和热效应也能充分利用到脱水过程中。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有褐煤干燥技术存在的设备复杂，能耗高，褐煤脱水不充分等不足，提出一种利用冷等离子体引发煤干燥的方法。该方法操作简便，条件温和，脱水率高，处理速度快，对环境友好。
[0006]本发明是通过以下技术方案来实现的:
[0007]一种低温等离子体引发煤干燥过程的方法；其特征在于:该处理方法包括以下步骤:
[0008](1)将原煤磨成粒度20?200目的颗粒或粉末；
[0009](2)将煤样装载于等离子体反应腔中；
[0010](3)将空气或不燃性气体及其气体混合物通入反应腔；
[0011](4)在大气压下，利用高压电源在电极两端施加5000?20000V的交流电压，30-100W的输入功率使气体放电，时间为5-30min，由此达到等离子体引导煤样干燥过程的目的。
[0012]而且，所述的原煤为褐煤、长焰煤、气煤等含水量较大的煤种。
[0013]而且，所述等离子体放电气体可以为空气、氮气、氩气、氦气或以上气体的混合物。
[0014]而且，所述气体放电形式可以为介质阻挡放电或电晕放电。
[0015]现有技术相比，等离子体作用下煤的干燥过程工艺简单、脱水率高，干燥速度快，节能环保，该方案特别适用于含水量高的褐煤、长焰煤、气煤等。
[0016]针对当褐煤干燥方法的不足，我们采用等离子体引发脱水过程，在常压、室温或较低的气体温度(低于150°C)下通过交流气体放电引发煤的脱水干燥过程，工艺简单并且安全快捷，具有较高的脱水效率。
[0017]本发明的优点和有益效果是:
[0018]1.本发明涉及一种煤干燥方法，它是通过等离子体放电装置引发气体放电，通过变化的电场和等离子体中产生的自由基和自由电子与煤颗粒的作用，改变煤颗粒表面和孔道中的电荷分布，降低与水分子的结合能力，从而达到干燥脱水的目的。与传统方法相比，等离子体干燥过程具有脱水率高、干燥速度快的特点。
[0019]2.本发明使用的等离子体干燥方法干燥速度快，温度接近常温，一方面对煤质本身改变较小，另一方面避免了传统方法机械挤压和高温蒸发的巨大能耗，相对于传统方法更加节能。
[0020]3.本发明使用的等离子体干燥方法避免了传统方法复杂的干燥工艺，不需要额外添加其他化学试剂，更加易于操作，而且对环境更友好。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是平板式介质阻挡放电干燥设备原理图；
[0022]图2是不同处理时间的褐煤样品脱水效果曲线；
[0023]图3是不同粒度褐煤样品饱和含水量以及处理30min的脱水效果示意图；
[0024]图4是同轴管式介质阻挡放电干燥设备原理图；
[0025]其中:1-高压电极；2_接地电极；3_放电介质；4_待干燥煤样；5_等离子体发生器；6_进气气路；7_排气气路。
【具体实施方式】
[0026]本发明通过以下实施例结合附图进一步详述。但本实施例所叙述的技术内容是说明性的，而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。
[0027]实施例1
[0028]将褐煤磨成细度为200目以上的煤粉，然后将煤粉加入平板式介质阻挡放电反应腔中，如图1所示。向反应腔通入氩气以隔绝空气，氩气流速为50mL/min。利用高压电源在两电极之间施加7000V交流电，电流频率为8kHz。处理时间为6min、9min、15min、30min不坐寸。
[0029]处理过程结束后，对不同处理时间的褐煤样品含水量进行分析，如图2所示。随着处理时间增加，褐煤中水分逐渐被脱除，含水量25%左右的褐煤样品在30min的等离子体干燥处理过程后含水量在5%左右。
[0030]实施例2
[0031]将褐煤磨成细度分别为20目、40目、60目、100目和200目的煤粉，然后将煤粉加入平板式介质阻挡放电反应腔中。向反应腔通入氩气以隔绝空气，氩气流速为10mL/min。利用高压电源在两电极之间施加7000V交流电，电流频率为8kHz。处理时间为30min。
[0032]处理过程结束后，对不同粒度的褐煤样品的含水量进行分析，如图3所示。可以看出该方法对于不同粒度的褐煤样品均有很好的脱水效果。
[0033]实施例3
[0034]将气煤磨成200目的煤粉，加入平板式介质阻挡放电反应腔中。向反应腔通入氦气以隔绝空气，氦气流速为10mL/min。利用高压电源在两电极之间施加20000V交流电，电流频率为8kHz。处理时间为5min。
[0035]处理过程结束后发现，等离子体处理过程对气煤样品有很好的脱水效果。
[0036]实施例4
[0037]将长焰煤磨成200目的煤粉，加入电晕放电反应腔中。向反应腔通入干燥的空气以带走水分，空气流速为10mL/min。利用高压电源在两电极之间施加5000V交流电，电流频率为8kHz。处理时间为30min。
[0038]处理过程结束后发现，等离子体处理过程对煤样有较好的脱水效果，煤样含水量下降至5%以下。
[0039]实施例5
[0040]将褐煤磨成细度为200目以上的煤粉，然后将煤粉加入同轴管式介质阻挡放电反应腔中，如图4所示。向反应腔通入氮气以隔绝空气，氮气流速为50mL/min。利用高压电源在两电极之间施加5000V交流电，电流频率为10kHz。处理时间为30min。
[0041]处理过程结束后发现，等离子体处理过程对褐煤样品有很好的脱水效果。
[0042]本发明通过等离子体放电装置引发气体放电，通过变化的电场和等离子体中产生的自由基和自由电子与煤颗粒的作用，改变煤颗粒表面和孔道中的电荷分布，降低与水分子的结合能力，从而达到干燥脱水的目的。与传统方法相比，等离子体干燥过程具有脱水率高、干燥速度快、对环境友好等特点。
【权利要求】
1.一种低温等离子体引发煤干燥过程的方法；其特征在于: (1)将原煤磨成粒度20?200目的颗粒或粉末； (2)将煤样装载于等离子体反应腔中； (3)将空气或不燃性气体及其气体混合物通入反应腔； (4)在大气压下，利用高压电源在电极两端施加5000?20000V的交流电压，30-100W的输入功率使气体放电，时间为5-30min，由此达到等离子体引导煤样干燥过程的目的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的原煤为褐煤、长焰煤或气煤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述等离子体放电气体为空气、氮气、氩气、氦气或以上气体的混合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的气体放电形式为介质阻挡放电或电晕放电。
【文档编号】F26B23/08GK104406395SQ201410681442
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】周昕瞳, 刘昌俊 申请人:天津大学