强化重力场下低阶烟煤煤岩显微组分分离基础研究

The improvement of active components in low rank bituminous coal maceral can effectively improve the convert ratio of coal liquefaction and reduce energy consumption. Based on dissociation characteristics and density differences of maceral, low rank bituminous coal can be divided into active components (vitrinite and exinite) and inert components (inertinite) using enhanced gravity separation technology. Quality-based utilization of coal can be realized. Numerical simulation and experimental verification will be combined to study the influence of flow field characteristics and the tangential velocity gradient between film micro layer on the enrichment law of macerals in enhanced gravity field. High-speed Dynamic Image, Particle Image Velocity (PIV) and Centrifugal unit test will be combined to study the hierarchical and separation process of particles. Liquid-solid drag force model, particle-particle coefficient model, particle non-linear dynamic model based on rotating two phase flow and particle accurate separation theoretical model based on particle density difference will be established. This research will propose continuous separation technical prototype of maceral. The key structure of the prototype will be designed and the key parameters will be optimized. It will achieve maceral separation with low cost, high efficiency and continuous large-scale industrial manufacture and realize the utilization of the different coal resources.

低阶烟煤煤岩显微组分中活性组分的提高能有效的提升煤制油的转化率及降低能耗。基于煤岩显微组分解离特性及密度差异，采用强化重力分选方法，将煤炭分成富活性组分（镜质组和壳质组）富集物和富惰性组分（惰质组）富集物，实现煤炭资源的分质利用。运用数值模拟和试验验证相结合方法研究强化重力场内旋转液流的流场特性及其流膜内各微层间的切向流速梯度对煤岩组分的富集分离影响规律；采用高速动态和粒子成像测速技术(PIV)对强化重力场中颗粒群分层分离过程进行研究，建立相应的液固曳力模型、颗粒间作用系数模型、基于旋转两相流的颗粒非线性动力学模型和基于颗粒群密度差异的精确分层的理论模型，揭示煤岩显微组分在强化重力场中富集分离规律。提出基于强化重力场下煤岩显微组分连续富集的技术原型，进行原型机的关键结构设计及关键参数的优化，实现低成本、高效率和可大规模连续工业生产的煤岩显微组分高效富集分离，实现煤炭资源的分质利用。

煤岩显微组分是具备不同化学活性的微观煤岩组成，煤岩显微组分的富集分选可进一步提高煤液化效率，是煤炭深度清洁利用的重要途径。煤岩显微组分的密度差异被用作实验室中最广泛的分离提纯煤岩显微组分的手段，由于煤岩显微组分之间的密度梯度差小，强化离心力场有利于提高煤岩显微组分的富集效果。但强化重力场下对煤岩显微组分的分选理论、工艺、应用等方面的研究较为缺乏。. 本课题以煤岩显微组分富集分选为核心，通过开展低阶烟煤强化重力分选试验，研究煤岩显微组分与强化重力场中流膜的协同运动机理，探究基于低密度差驱动的煤岩显微组分分离规律，并结合神东低阶烟煤煤岩显微组分的特性差异，分析煤岩显微组分密度梯度的成因；以煤岩显微组分的解离特性为基础，探索磨矿过程中的选择性破碎机理；以CFD数值模拟和高速动态拍摄为研究手段，研究了旋转流膜的形态特性、稳定性和煤岩显微组分的协同运动规律；对来复圈内沉降物料逐层进行密度级分离，得到了煤岩显微组分在强化重力场中的低密度梯度分离规律。以解离后神东低阶煤煤岩显微组分为分选对象，提出了0.074mm微细分级和强化重力分选联合方案，使精煤镜质组含量达到了71.94%，镜质组回收率为65.59%，使不具备液化效益的神东块精煤的镜质组含量得到了明显提升，实现了低阶烟煤煤岩显微组分在强化重力场中的定向高效富集，为煤岩显微组分的分选理论、工艺提供了理论支持。