煤热解特性及热解反应动力学研究
小龙潭劣质褐煤的热解特性及其动力学模型
（ Ｔｒ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ，Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｇｒ ｉ ｄ Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｃｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ，Ｘｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ０ ０ ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
增加 ， 在４ ０ ０ ￣６ ０ ０℃之 间， 热解产物的 生成速度 最快 ， 热解最剧 烈 ； 通过 线性拟合发 现该 煤样的 热
解反应机理 为三维扩散反 应机理模 型 ， 并在 已知反应机理 函数 的情况下 求解 出了煤样 的热解反 应
动 力 学模 型 ．
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
关键 词 ： 劣质褐煤 ；热解特性 ； 反 应机 理 ； 动 力学模型
ｄｉ ｍｅ ｎｓ ｉ ｏｎａ ｌ ｄｉ ｆ ｆ ｕｓ ｉ ｏ ｎ． ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎ ｍｅ ｃ ｈ ａｎ ｉ ｓ ｍ ｍｏｄｅ ｌ ｓ ａｔ ｉ ｓ ｆ ｉ ｅ ｄ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｃｈ ａｎ ｉ ｓ ｍ ｏ ｆ ｂ ｒ ｏｗｎ ｃ ｏ ａｌ ｐｙ ｒ ｏ ｌ ｙｓ ｉ ｓ ． Ａｔ ｌ ａ ｓ ｔ ， ｔ ｈｅ ｒ ｅａ ｃ ｔ ｉ ｏｎ ｋｉ ｎｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｍｏｄｅ ｌ ｏｆ ｂ ｒ ｏｗｎ ｃ ｏａ ｌ ｐｙ ｒ ｏｌ ｙｓ ｉ ｓ ｗａ ｓ ａ ｔ ｔ ａ ｉ ｎｅ ｄ．
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． １ ３ ２ ５ ９ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｅ ｒ ｉ ． ２ ０ １ ７ ． ０ １ ． ０ １ ０
小 龙 潭 劣 质 褐 煤 的 热 解 特 性 及 其 动 力 学 模 型
孙 拈 ，马 鸿
（ 国网陕西 省电力公司 培训 中心 ，陕西 西安 ７ １ ０ ０ （ ） 【 ） ）
煤热解特性及热解反应动力学研究
图1 不同粒径滕州烟煤的 T G、 D T G 曲线 ( 升温速率 : 30 ℃ / min)
2
] , 当 n ≠1 时 , 令 Y =
求解动力学参数主要有积分法和微分法 , 它们之 热力发电 ・ 2006 ( 04)
∼ λ
基础研究
ln [
) 1- n 1 - (1 - α ] , 则动力学方程可简化为 Y = a + 2 T ( 1 - n)
结果表明 , 当 n 等于 3 时 , 函数图像的线性关系最好 , 黑 龙江大头煤不同升温速率下的计算结果见表 5 。
2 . 2 动力学参数的计算
( 5) ( 6) ( 7)
对式 ( 8) 积分后两边取对数得 : ) 1- n 1 - (1 - α AR ( 2RT) E ln [ ] = ln [ 1 ] 2 βE E RT T ( 1 - n)
( n ≠1) ( 9)
或 ln [ -
) ln ( 1 - α T
2
] = ln [
βE
AR (
1-
2RT)
E
]-
E RT
式中 : E 为活化能 ; A 为频率因子 ; R 为气体常数 ; n 为 令 X =
T
( n = 1) ( 10)
1 α AR ( 2RT) E , = ln [ 1],b = ,当 n
βE
E
R
= 1 时 , 令 Y = ln [ -
) ln ( 1 - α T
煤炭加工中的热解反应动力学研究
热解反应动力 学在煤炭加工 中的应用
提高煤炭资源 利用率的方法 和途径
热解反应动力 学在提高煤炭 资源利用率中 的作用
热解反应动力 学在煤炭加工 中的应用实例 和效果分析
0
0
4
国内研究：主要关注热解反应动力学在煤炭加工中的应用，包括热解机理、 反应速率和反应条件等方面的研究。
国外研究：注重热解反应动力学在煤炭加工中的应用，特别是在热解反应机 理、反应速率和反应条件等方面的研究。
加强与其他领域的交叉学科研究， 推动热解反应动力学在煤炭加工 中的应用和发展
汇报人：
数值模拟的优点和局限性
数值模拟的未来发展趋势 和挑战
热解反应动力学原理 热解反应在煤炭加工中的应用 提高煤炭转化效率的方法 实际应用案例分析
热解反应动力学原理
热解反应动力学在煤炭加 工中的应用
优化煤炭加工工艺的方法 和步骤
优化后的煤炭加工工艺的 效果和优势
热解反应动力学在煤炭加工中的应用可以减少煤炭燃烧产生的有害气体排放 通过优化热解反应条件，可以降低煤炭燃烧产生的烟尘和颗粒物 热解反应动力学在煤炭加工中的应用可以减少煤炭燃烧产生的二氧化碳排放 通过热解反应动力学在煤炭加工中的应用，可以降低煤炭燃烧产生的硫氧化物和氮氧化物排放
研究进展：国内外学者在热解反应动力学在煤炭加工中的应用方面取得了一 定的进展，但仍然存在许多问题需要进一步研究。
发展趋势：随着科技的发展，热解反应动力学在煤炭加工中的应用将越来越 广泛，研究也将更加深入。
热解反应动力学模型的建立与验证 热解反应动力学在煤炭加工中的应用研究 热解反应动力学与煤炭加工工艺的优化 热解反应动力学在煤炭加工中的环境保护问题
理解煤炭热解反应机理，提高煤炭利用效率 预测煤炭热解反应产物，优化煤炭加工工艺 研究煤炭热解反应动力学，为煤炭清洁利用提供理论支持 探索煤炭热解反应动力学与环境保护的关系，为煤炭可持续发展提供科学依据
内蒙和印尼褐煤的热解特性及动力学分析
升 温速 率对热 失重过程略 有影 响 ， 通过 动力 学分析 所得 的热 解动 力 学参数 能很 好 地反 映煤 的热 解
情 况． 关 键 词 褐 煤 ， 解 ， 重 分 析 ， 力 学 热 热 动 中 图分 类 号 ＴＱ５ ０ ２ ３ ．
０ 引 言
褐煤 是煤化程 度较低 的一种 煤 ， 水分高 ， 其 热值 低 ， 氢 含 量 低 ， 储 量 大 ， 占煤 炭 保 有 储 量 的 碳 但 约 １ ．１ ３ １ 若直 接燃烧 ， 烧 效 率低 ， 且 排 放 大量 的 燃 而
图 １ 煤样 的红 外 吸 收 曲 线
Ｆｉ ＦＴＩ ｓ ｃ ｒ ｓｏｆｃ ａｌｓ ｍ ｐｌｓ ｇ．１ Ｒ ｐｅ ｔ ａ ｏ ａ ｅ
Ｍ — — Ｍ ｏ ｇｏ ｉ ｉ ｎ ｔ ； — — Ｉ ｄ ｎ ｓａ ｉ ｎ ｔ ｎ ｌ ｌ ｉｅ Ｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｅ ｉ ｎ ｌ ｉｅ ｇ
１ １ 原 料 ．
本实 验选 用 内蒙褐煤 和 印 尼褐煤 为 实 验样 品 ， 其工 业分析 和元 素数据见 表 １ ．
表 １ 煤 样 的工 业 分 析 和 元素 分 析 （ ％ ）
Ｔ ａ ｌ Ｐｒ ｉ ｔ ｎｄ ｕｌｉ ｂｅ１ ｏｘ ｍａ ｅ ａ ｔｍａｔ ｎａ ｙ ｉ ａ ｐｌｓ ｅ ａ ｌ ｓｓｏｆｓ ｍ ｅ （
２ ， 径 为 ００ ４ｍｍ， ０ｍｇ粒 ．７ 以流 量 为 １０ｍＬ ｍｉ ０ ／ ｎ的氮
气 作为 载气 ， 采用 ３种 不 同的升 温速 率 ：０￣ ｍｉ， １ Ｃ／ ｎ
１ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ／ ｎ和 ２ ℃／ ｎ 恒 速 升 温 到 ７ ０℃ ． ５ ｍｉ Ｏ ｍｉ， ０
有煤 焦 油 和 褐 煤 半 焦 ， 焦 和 焦 油 用 途 都 较 为 广 半
煤热解气体主产物及热解动力学分析
煤热解气体主产物及热解动力学分析煤热解是一种重要的化学反应，其主要作用是将活性煤转化为可利用的气体、液体和固体产物。
热解反应不仅可以利用燃料能量，还可能会产生一系列有机物和无机物，如低烃、醇、酸、氧化物、氮化物等。
在实际热解过程中，煤热解所产生的气体称为煤热解气体，是一种复杂气体混合物，其主要组分包括水蒸气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、苯、乙烯、二氧化碳、氧、氮气等。
煤热解气体的组成和含量均不相同，受到热解温度、时间、压力等因素的影响。
热解反应受多种因素的影响而发生。
如果能够有效控制这些因素，则可以更精确地控制热解反应，从而改变有机物的产率，改变有机气体组成，增加高价值产品，降低低价值产品的产率，从而提高生产经济效益。
因此，研究热解动力学是实现可控化热解的关键，也是实现热解技术精湛化的前提。
煤热解技术的动力学分析需要考虑繁多的因素，包括温度、压力、煤热解气体组成、煤质、反应器通气量、催化剂种类、催化剂量等。
通常，煤热解动力学分析可以分成三个步骤：机理分析、模型建立和参数调整。
机理分析是热解动力学研究的基础，主要包括对反应间隙、活化能、反应路径等的研究。
模型建立是建立热解动力学模型的核心步骤，主要包括选择参数模型、选择反应网络等。
参数调整是要求模型与实验结果的最佳调整，主要包括调整模型参数、调整反应网络等。
在实际工程中，热解动力学分析对提高煤热解性能具有重要意义。
热解动力学分析可以用于识别热解反应的机理、构建反应动力学模型以及优化反应条件，从而有效地控制煤热解气体的组成，从而提高发电效率、经济效益和环境友好性。
在热解动力学分析中，研究员需要考虑大量可变因素，而且模型建立和参数调整的工作量巨大，因此，应用计算机技术可以显著提高工作效率。
在实际热解动力学分析中，可以使用计算机建立模型和调整参数，大大提高了热解技术的精准度。
总之，煤热解气体是一种复杂的气体混合物，热解动力学分析是实现可控化热解的关键，也是实现热解技术精湛化的前提，它可以有效控制热解反应，改变有机气体组成，提高生产经济效益和发电效率，为实现更高效的煤热解作出重要贡献。
（精选）煤热解动力学研究
煤热解动力学研究引言热解是煤燃烧、气化和液化等热加工工业中的基本过程之一，也是成煤过程中的基本环节[1]。
因此，研究煤的热解不仅为煤的热加工过程提供科学依据，也能为加深煤化学研究提供重要信息。
在研究煤的热解动力学过程中，必然涉及反应速率与活化能和指前因子等动力学参数[2-4]。
本文着重探索几种热解模型和热解动力学模型，并针对在还原气氛下进行煤热解这一课题，进行动力学选择和分析。
1热解模型随着近十几年的现代仪器的发展，采用Py-FIMS、13C-NMR（碳核磁共振波谱法）、TG-FTIR（红外光谱仪）等手段对煤结构的研究，使得人们有可能有可能以煤的结构为基础研究煤的热解机理，并由此建立了比较成功的煤热解网络模型，如由用来描述气体逸出与焦油形成的降解一蒸发一交联的FG-DVC模型、FLASHCHAIN模型和化学渗透脱挥发分(CPD)模型。
这些模型都是用简化的煤化学和网络统计学描述焦油前驱体的生成，但在网络几何形状、断桥和交联化学、热解产物、传质假设和统计方法上各有不同[5]。
1.1 FG-DVC热解模型FG-DVC（Functional Group Depolymerization Vaporization Crosslinking）模型是由用来描述气体逸出的官能团模型与描述焦油形成的降解一蒸发一交联模型结合而成的。
FG模型是用来描述煤、半焦和焦油中气体的产生与释放机理；DVC模型是用来描述在桥键断裂和交联发生的影响下煤中大分子网络所发生的分解和缩聚行为，预测碎片的分子量分布情况[6]。
FG-DVC模型的基本概念：（1）煤中官能团分解产生小分子类热解气体；（2）大分子网络分解产生焦油和胶质体；（3）胶质体分子量的分布由网络配位数决定；（4）大分子网络的分解是由桥键的断裂来控制，而桥键的断裂是受活泼氢限制；（5）网络的固化是由交联控制的，交联的发生伴随着二氧化碳（桥键断裂前）和甲烷（桥键断裂后）的放出。
煤程序升温与等温热解特性及动力学比较研究
煤程序升温与等温热解特性及动力学比较研究摘要：本文探讨了煤催化加热升温条件下的等温热解特性及动力学比较研究。
运用先进的分析仪器和实验室模拟实验，研究了煤催化温度和时间对煤催化加热反应的影响。
结果表明，随着温度的升高，脱硫效率和甲烷形成率都显著提高，然而，随着时间的延长，脱硫效率在一定程度上下降，但依然保持较高水平。
此外，热解反应物质产物形成速率考虑时间变化显示出不同特性，尤其是CO2和H2O，它们的形成速率均衡大于第三类物质，即CH4、CO和COS。
关键词：煤催化，热解特性，动力学比较正文：近年来，人们对煤的清洁集成利用有着更高的要求，尤其是在能源和环境领域，研究如何利用煤以最高效的方式及时发挥燃料价值，成为当今研究重点。
随着煤催化技术在燃料和原料利用领域中的不断发展，煤热解释放已成为发展和优化煤催化技术的基础性工作。
本文探讨了煤催化加热升温条件下的等温热解特性及动力学比较研究。
为了探究煤催化加热升温条件下的热解特性，运用先进的分析仪器和实验室模拟实验，分析了煤催化温度和时间对煤催化加热反应的影响。
根据实验，煤在400°C - 700°C的温度范围内，随着温度的升高，脱硫效率和甲烷形成率都明显提高，而在800°C时脱硫效果及甲烷形成效率分别达到最大值92.3%和15.5 %。
同时，得到煤热解反应物质产物形成速率考虑时间变化显示出不同特性，尤其是CO2和H2O，它们的形成速率均衡大于第三类物质，即CH4、CO和COS。
综上所述，本文通过模拟实验定量的研究发现，煤催化温度和催化时间对煤催化加热反应具有重要影响。
随着温度的升高，脱硫效率和甲烷形成率都显著提高，然而，随着时间的延长，脱硫效率在一定程度上下降，但仍保持较高水平。
该实验结果为进一步深入了解煤热解反应过程和提高热解加工过程性能提供了理论参考依据。
本文探讨了煤催化加热升温条件下的等温热解特性及动力学比较研究。
实验结果表明，随着温度的升高，脱硫效率和甲烷形成率都显著提高，然而，随着时间的延长，脱硫效率在一定程度上下降，但依然保持较高水平。
煤的热分解-
2.3 影响煤热解过程的因素
终温/oC
600（低温干馏） <1 60 25 1~2 12 1~3 脂肪烃，芳烃 800(中温干馏) 1 50.5 15~20 1~2 30 ~5 脂肪烃，芳烃 1000（高温干馏） >1 35~40 1.5 ~2 57 4~10 芳烃
产品分布与性状 焦油 相对密度 中性油 酚类 焦油盐基 沥青 游离碳，% 中性油成分 煤气
2.3 影响煤热解过程的因素 煤的粒度的影响表现为，粒度越大，热失重率越低，半焦 产率越高，焦油产率越低，H2、CO和CO2的产率越高。例如， 某高挥发分烟煤粒度由l mm降为0.05 mm时，大粒子的失重比 小粒子的失重大约低3～4％。但具有大量开孔结构的褐煤则测 不出这种变化。这表明，当挥发物可以更自由地逸出时，二次 反应受到了抑制。
dvi k i (v i , 0 v i ) dt
式中 ki表示分解反应 i 的速度常数。在等温条件下积分上式得:
Ei vi ,0 vi vi ,0 exp[ k 0i t exp( )] RT vi、k0i、Ei 必须通过实验确定，在这种无穷多反应的情况下不 可能解析模型。
2.2 煤的热解机理及动力学
2.1 煤的热分解过程 第二阶段（Td～550oC） 活泼分解阶段，以解聚和分解反应为主，析出大量挥发物 （煤气和焦油），在450oC左右焦油量最大，在450～550oC气体 析出量最多。烟煤在350oC左右开始软化、粘结成半焦。烟煤 （尤其是中等煤阶的烟煤）在这一阶段经历了软化、熔融、流 动和膨胀直到再固化。形成气、液、固三相共存的胶质体。液 相中有液晶或中间相存在。胶质体的数量和质量决定了煤的粘 结性和结焦性。固体产物半焦与原煤相比，芳香层片的平均尺 寸和氦密度等变化不大，这表明半焦生成过程中缩聚反应并不 太明显。
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频率因子
/ s- 1 9. 93 × 10 6 3. 53 × 10 5 1. 9 × 10 8 1. 49 × 10 7 3. 12 × 10 9 5. 47 × 10
8
相关系数
- 0. 997 94 - 0. 999 20 - 0. 996 14 - 0. 998 81 - 0. 994 29 - 0. 999 32
2
] , 当 n ≠1 时 , 令 Y =
求解动力学参数主要有积分法和微分法 , 它们之 热力发电 ・ 2006 ( 04)
∼ λ
基础研究
ln [
) 1- n 1 - (1 - α ] , 则动力学方程可简化为 Y = a + 2 T ( 1 - n)
结果表明 , 当 n 等于 3 时 , 函数图像的线性关系最好 , 黑 龙江大头煤不同升温速率下的计算结果见表 5 。
30 50 80
挥发分初析 温度 T s / ℃
393 409 418 383 397 408
挥发分最大释放速度
(d W / d t) max / mg・ min - 1 0. 711 1. 164 1. 872 0. 379 0. 742 1. 253
(d W / d t) max 对应 温度 T max / ℃ 476. 8 490. 7 507. 3 470. 1 482. 62 488. 29
2 热解反应动力学分析
2. 1 热解反应动力学模型的建立
对于煤热分解 , 采用下述简单的动力学模型来模 拟: α d ) = kf (α dt
Arrhenius 定律 :
( 1)
基础研究
图3 滕州烟煤再次试验的 T G、 D T G 曲线 ( 升温速率 : 30 ℃ / min) 图2 不同粒径黑龙江大头煤的 T G、 D T G 曲线 ( 升温速率 : 30 ℃ / min)
表5 不同升温速率下黑龙江大头煤热解动力学参数
升温速率
/ ℃・ min - 1 30
bX 。 选取不同的 n 值进行试算 , 直到上式为一直线 , 由
直线斜率和截距便可求得 E 和 A 。 计算结果表明 , 当 n = 3 时 , 函数的线性关系最好 , 则煤的热解可视为三级 反应 , 计算结果见表 3 、 表 4。
试验发现 , 随升温速率增加 , 挥发分初释温度提 高 ,热解失重速率峰值增大 , 且峰值温度向高温区移 动 ,达到失重峰值所需时间也大大减小 ( 表 2 ) 。同一 升温速率下 ,滕州烟煤挥发分释放特性指数 R 值大于 黑龙江大头煤 , 滕州烟煤热解特性要好于黑龙江大头 煤 。同一种煤 , 升温速率越高 , R 值越大 , 热解特性愈 好 ,对煤着火越有利 。
[ 关键词 ] 煤 ; 热解 ; 热重分析 ; 升温速率 ; 粒径 ; 动力学 [ 中图分类号 ] T K16 [ 文献标识码 ]A [ 文章编号 ]1002 3364 ( 2006) 04 0017 04
煤的热解过程处于煤转化过程的初级阶段 , 深入 研究这一过程将有助于增进对煤利用方式的理解 , 完 善煤的燃烧 、 气化 、 液化 、 焦化 。 Griffin T P[ 1 ] 、 Maki [2] [3 ] T 和徐建国 等曾用热重分析研究煤的热解历程 , 但由于煤的结构和化学成分非常复杂 , 热解产物的生 成交叉重叠 ,迄今为止 ,尚未形成统一理论 。本文采用 非等温热重分析技术 , 对不同粒径煤热解过程进行研 究 ,对于把握煤的热解特征和规律具有一定意义 。
收稿日期 : 2005 10 13 作者简介 : 张翠珍 (1976 ) ,女 ,东北电力学院硕士研究生毕业 ,现就职于长沙理工大学能源与动力工程学院 。
热力发电 ・ 2006 ( 04)
| λ
基础研究
表2 不同升温速率时的挥发分释放特性指数等参数
煤种 滕州 烟煤 升温速率α / ℃ ・ min - 1
重量带来的影响 。升温速率采用 30 ℃ / min 、 50 ℃ /
min 、 80 ℃ / min ,热解终温为 900 ℃。 1. 2 试验结果与分析 1. 2. 1 升温速率对热解过程的影响
1 煤的热解特性
1. 1 试验装置及试验条件
试验样品为滕州烟煤和黑龙江大头煤 , 工业分析 及元素分析见表 1 。试样经研磨筛选 , 粒径变化范围 在 ( 0～1. 5) mm 之间 。 试验采用 美国 Perkin Elmer 公 司 生 产 的 Pyris 1 T GA 热重分析仪 ,样品重量约 10 mg , 热重分析用的 载气是流量为 80 mL/ min 的高纯氮气 ,主要用来保护 炉内的惰性反应气氛 , 同时及时将煤热解产生的挥发 性产物带离样品 , 从而减少由于二次反应对试样瞬时
mm 组分 ,子样 2 和 3 分别磨到 ≤ 0. 15 mm 和 ≤ 0. 06 mm ,然后分别筛取 ( 0. 1 ～ 0. 15 ) mm 和 ( 0. 03 ～ 0. 06 ) mm 组分 。此次制样和初次制样时一个试样磨细后直
图1 不同粒径滕州烟煤的 T G、 D T G 曲线 ( 升温速率 : 30 ℃ / min)
表 3 不同升温速率下黑龙江大头煤热解动力学参数
升温速率 / ℃・ min - 1
30
活化能 热解温 度区/ ℃ / kJ ・ mol - 1
430～521 521～622 446～547 547～679 454～550 550～688 107. 01 78. 68 101. 28 79.
由式 ( 1) ～ ( 4) 得 : α d A ) = exp ( - E/ R T ) f (α β dT ) = (1 - α )n 由 Freeman Carrol 假设 [ 5 ] : f (α α d A E)( )n 则: = exp ( 1 -α β dT RT 反应级数 ; T 为温度 ; t 为时间 。
接筛分相比 ,虽磨煤过程中煤岩组分的部分富集不能 完全避免 ,但可使其降至最小 。 滕州烟煤再次试验结果见图 3 , 可以看到 , 随粒径 减小 ,热解失重量略有增加 ,这是因为传热传质和磨煤 过程煤岩组分部分富集同时影响热解过程 , 此次煤样 制备方法使煤岩组分部分富集的影响减小 , 传热传质 的影响大于煤岩组分的影响 , 使热解失重量随粒径减 小而增加 。黑龙江大头煤试验亦得出了同样结论 。 λ } 热力发电 ・2006 ( 04)
50
8. 89 ×10 6 4. 35 ×10 5 2. 80 ×10 6 2. 85 ×10 6 1. 27 ×10 7 1. 14 ×10 7
80
50
80
比较表 3 和表 5 可以得出 , 考虑两种方法所取的 参数不同及误差的影响 , 假定的反应机理表达式是正 确的 。
表 4 不同粒径黑龙江大头煤的热解动力学参数
基础研究
煤
热
解
特
性
及
热
解
反
应
动
力
学
研
究
张翠珍 ,衣晓青 ,刘 亮
( 长沙理工大学 , 湖南 长沙 410077)
[摘 要] 采用热分析法对煤热分解特性进行了热重分析研究 ,探讨了粒径和升温速率对煤热解失重过
程的影响 。研究指出 ,当粒径小于 0. 25 mm 时 ,磨煤过程中煤岩组分富集对热解的影响会大于传热传质对 热解的影响 。根据试验数据建立了热解动力学模型 ,分别用积分法和微分法对热解动力学参数求解 ,得到 煤的热解反应级数为 3 ,热解反应动力学参数的计算结果能真实地反映煤的热解情况 。
黑龙江 大头煤
30 50 80
1. 2. 2 煤粉粒度对热解过程的影响
图 1、 图 2 分别为不同粒径滕州烟煤和黑龙江大 头煤的 T G、 D T G 曲线 。由图可以看出 ,两种煤粒径 ( 1 ～1. 5) mm 的最终热解失重量明显少于 0. 25 mm 以 下的小颗粒煤 。同一温度下 , ( 1 ～ 1. 5 ) mm 粒径的煤 失重率亦小于小颗粒煤 , 这是由于大颗粒煤加热过程 热滞后现象引起 。同时 , 大颗粒煤的热解产物溢出阻 力较大 ,煤一次反应的产物发生二次反应增加 ,析炭沉 积会增加 ,从而造成热解产物析出量少于小颗粒煤 [ 4 ] 。 当煤粉粒径小于 0. 25 mm 时 , 随粒径的减小 , 热解最 终失重量减少 ,这与文献 [ 4 ] 热解产物的重量随粒径减 小而增加的结论不符 , 其原因是因为煤是一种非均相 物质 ,不同的煤岩组分具有不同的可磨性 , 磨煤过程 中 ,以离散形式存在于煤有机体外的矿物质颗粒向小 颗粒煤中富集 。同时 ,随粒径减小 ,有机物中镜质组含 量有所降低 ,惰性组含量增高 ,而镜质组热解特性好于 惰性组 ,最终使得粒径小于 0. 25 mm 的小颗粒煤随粒 径减小 ,挥发分产率有所降低 。为证实这一分析 ,对滕 州烟煤和黑龙江大头煤进行了再次试验 。 试验煤样的制备过程如下 : 将 ( 0. 4 ～ 0. 5 ) mm 粒 级煤样用旋转缩分机 ( 使取样误差最小) 分为 3 份相同 子样 ,子样 1 磨到 ≤ 0. 25 mm , 然后筛取 ( 0. 2 ～ 0. 25 )
粒径 / mm
k = Ae
- E/ R T
( 2)
α为固体热分解的份额 , 可由 T G 曲线求得 : α = w0 - w
w0 - w ∞ ( 3)
其中 w 0 和 w ∞ 分别为试样的初始重量与最终重量 , w 为 t 时刻未反应的试样重量 。 升温速率 : β= d T dt
( 4)
间的主要不同是 : 积分法指的是整体数据 ,提供的是积 分范围内的动力学参数值 ; 微分法指的是局部数据 ,提 供的是给定点的动力学参数值 [ 6 ] 。 2 . 2 . 1 用积分法计算动力学参数 对式 ( 7) 积分得 : α T α d A E) exp ( dT n = β 0 ) 0 (1 - α RT 2RT E AR 1 =exp ( 取前两项) αE E RT