背景技术

我国已发现的煤炭中储量最大的就是褐煤，我国已探明褐煤保有储量1300亿吨，约占全国煤炭储量17%。褐煤是煤化程度最低的矿产煤，因其氧含量高、孔隙度大、挥发成分高(>40%)，含游离腐植酸，空气中易风化碎裂，燃点低（270℃左右）等特点，褐煤自燃倾向性高，在空气中极易发生氧化，最终导致自燃发火。低阶煤在一定湿度条件下堆放时，具有自热的倾向，当温度到达70℃以上时，往往会造成剧烈的自燃过程。

褐煤高水分的特点，不利于运输，高含水煤直接燃烧时热值低，如需利用时，需要进行脱水预处理，脱水出来的褐煤极易发生自放热甚至导致自燃现象，例如40-70℃的褐煤空气下放置时，就会慢慢自热甚至自燃，因此脱水后的煤不能直接与空气接触，需要进行钝化处理。对于运输过程来说，褐煤自燃直接限制了运输距离，一般褐煤的运输距离不宜高于500公里。

即使脱水后的褐煤在潮湿环境下依然能再次复吸，复吸往往也伴随着放热反应，如果复吸时煤的堆放位置不通风也会造成热量堆积，仍然能导致自热和自燃的发生。自燃过程是重大的安全隐患，也降低了煤的经济价值，同时煤的自燃会释放大量的SO₂，CO₂、NO_x、H₂S和CO等气体，甚至造成一定的有机物质氧化分解生成大量苯并芘等有毒物质，对大气环境和人体健康产生不利的影响，同时又造成了资源的浪费和损失，因此研究褐煤的钝化技术势在必行。

众多学者认为褐煤发生自燃过程主要是因为煤的氧化过程，而煤表面的含氧官能团较多，与空气中的氧接触发生氧化反应同时放热。也有学者认为含氧官能团提供氢键可以吸附水分，造成煤对水分的复吸，并放出一部分热量，更进一步促进褐煤的风化和自燃，因此减少含氧官能团能有效的减少自发热过程和水分复吸，也能减少褐煤的自燃过程。总之褐煤吸水过程依然能造成煤的自燃现象，并且可以改变表面官能团以及吸水性能来阻止自燃过程。

目前褐煤的钝化技术主要有：①喷洒阻燃剂，常见的阻燃剂主要有CaCl₂、MgCl₂等、碳酸氢铵和氯化铵铵盐阻燃剂等；②采用油浸工艺，例如UBC工艺，将褐煤表面油封，使其表面对水的吸附能力减弱，从而减少自燃发生的可能；③热解处理，热解过程中含氧官能团分解及破坏，同时孔结构坍塌破碎，使煤表面吸水能力减弱而阻断自燃的发生；④加氢过程，通过加氢破坏含氧官能团结构来阻止自燃过程。

研究发现，水在其临界点（374℃，22.1MPa)附近或超临界状态下对碳氢化合物是一种优良的溶剂，具有很高的溶解性，有利于煤中小分子组分的溶出，为煤加氢提供了合适的反应环境，在CO气氛存在的条件下，通过水-煤气超临界反应产生的氢，活性较高，使得褐煤中含氧官能团某些键很容易通过氢解而断裂生成小分子化合物，碱金属的氢氧化物和碳酸盐。

褐煤利用前一定要进行脱水处理，在制作型煤时，本身添加粘结剂时添加水分也是为了使粘结的效果更好，而脱水过程又产生大量水分，这些水分就可得以利用，褐煤先进行加热脱水过程，可以有效将高含水褐煤中水分脱除，脱水过程还可以减少煤内部水分，脱除出来的水分可以作为强度提高剂的水分利用，改进型煤强度。

如若不脱水直接添加外水和强度提高剂，不适合的原因有几点：①首先增加了水耗和运输成本，而煤中本身水分依然存在；②高含水褐煤本身自燃倾向就很足：表面含氧官能团在与空气中的水分极易形成氢键，吸附水分的放热过程极易使煤表面再和氧气发生氧化反应，更容易造成自热和自燃现象，增加安全隐患，降低运输距离；③燃烧利用时，当温度升高到100℃，煤中水分开始逃逸，而且水位线由表面像内部逐渐移动，此时跑完水分的煤内部留下许多空孔道结构，造成煤的热强度极大程度降低，甚至燃烧时崩坍，对于一些炉体结构来说则是毁灭性的打击；④同时水分带走大量热值，造成经济成本增加。

为了减少脱水煤的后续复吸水和氧化反应的出现，因此在煤表面增加一层输水结构（即疏水剂），其意义主要为以下几点：①将脱水后的煤表面结构覆盖一次疏水介质，改变水分在煤表面的润湿角，避免含氧官能团产生以及水分的复吸，极大程度减少了自热甚至自燃可能性，②提高运输安全性，避免运输过程中湿空气对煤的氧化和风化作用。