低温热解处理后煤的热重分析
热重分析法
热重分析法热重分析法（Thermogravimetric Analysis，简称TGA）是一种热分析技术，通过对样品在升温过程中的质量变化进行监测和分析，以了解样品的热稳定性、分解特性等信息。
本文将介绍热重分析法的原理、仪器设备、应用领域以及未来的发展趋势。
热重分析法是在恒定加热速率下，通过记录样品重量随温度或时间的变化，来研究样品的热衰减、热失重等热性能。
这种分析方法可以对各种材料进行测试，如聚合物、陶瓷、金属等。
它可以用于研究材料的热稳定性、热分解过程、腐蚀、氧化等热化学性质，并可以对化学反应、降解行为等进行动态监测。
热重分析法的仪器设备主要由称量装置、升温装置、传感器、数据采集和处理系统等组成。
在测试过程中，样品一般以小颗粒、薄片或粉末的形式存在，称量时要求准确并保持恒定性。
样品装入称量器后，通过升温装置以控制加热速率，并通过传感器可以实时监测样品重量的变化。
数据采集和处理系统可以将监测到的重量变化转化为曲线图或数字数据，进一步进行分析和解释。
热重分析法在许多领域有广泛的应用。
在研究材料的热稳定性方面，可以用于评估聚合物材料的耐高温性能，为材料选择、设计和改性提供依据。
在研究催化剂的活性和稳定性时，可以通过热重分析法来研究其在高温下的热失重和活性损失情况。
此外，热重分析法还可以用于纺织品的研究、煤炭和石油产品的分析、药物的稳定性研究等。
在未来，热重分析法有望得到进一步发展和广泛应用。
随着材料科学和工程技术的不断进步，对材料热性能的研究需求日益增加。
新的测试方法和装置将不断涌现，以满足更多领域对材料热性能测量的需求。
同时，热重分析法也将与其他热分析技术结合，如差热分析（Differential Scanning Calorimetry，简称DSC）、热导率测试等，以获取更准确、全面的热性能数据。
总之，热重分析法作为一种重要的热分析技术，具有广泛的应用前景和重要的科学意义。
通过研究样品在升温过程中的质量变化，可以了解材料的热稳定性、热分解特性等重要信息。
利用热重分析研究煤的氧化反应过程及特征温度
利用热重分析研究煤的氧化反应过程及特征温度王威【摘要】：煤自燃是煤氧复合放出热量,在合适的供氧条件和蓄热环境下,引起煤体温度升高的结果。
但是,长期以来由于煤氧复合过程的复杂性,研究方法的局限性,煤氧复合的机理并没有真正了解。
因此,采用合适的方法研究煤氧复合机理对于认识煤自然发火过程、建立煤自然发火预测理论具有重要的意义。
热重分析仪由于精度高、试验方便、重复性好等优点,已成为国内外许多研究机构用来分析煤自燃特性及煤氧化过程所经常采用的实验手段。
虽然有文献提及煤低温氧化过程中热重曲线上的特征温度,但对于特征温度与煤的氧化过程之间的关系及实验条件对特征温度的影响尚未详细研究。
本论文采用理论与实验相结合的研究方法。
首先对比煤分子结构中类似有机物的氧化性,分析煤分子中易低温氧化的基团是非芳香结构中的某些烷基侧链、桥键和含氧官能团;在高温阶段,煤分子会发生键的断裂引起分子结构的变化。
然后,利用兖州兴隆庄煤矿的煤样进行热重实验。
根据煤氧复合机理、煤氧复合三步反应模型和煤自燃的指标气体分析法,对实验所得75 组TG 曲线和DTG 曲线进行分析,在每组曲线上找到兴隆庄煤样的临界温度和着火温度等对煤的氧化过程有研究意义的七个特征温度点,并分析其产生原因。
最后着重分析实验条件中氧浓度、粒度以及升温速率对特征温度点及热重曲线的影响规律。
得出热重曲线和特征温度点处的变化规律能很好的反应煤的氧化反应过程,对于判断煤的自燃倾向性及进行煤自燃预测预报具有一定的普遍意义。
【关键词】：氧化过程热重分析特征温度影响规律【学位授予单位】：西安科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2005【分类号】：TQ533【DOI】：CNKI:CDMD:2.2005.079637【目录】：∙ 1 绪论8-18∙ 1.1 研究目的及意义8-9∙ 1.2 国内外研究现状9-16∙ 1.2.1 煤自燃学说9-10∙ 1.2.2 煤自燃机理研究现状10-12∙ 1.2.3 煤自燃预测预报技术现状12-16∙ 1.3 主要研究内容16-17∙ 1.4 技术路线17-18∙ 2 煤氧复合机理18-31∙ 2.1 煤分子结构特性18-21∙ 2.1.1 煤分子的结构组成18-20∙ 2.1.2 煤分子化学结构模型20-21∙ 2.2 煤表面分子的活性基团21-24∙ 2.2.1 类似有机结构的氧化特性21-23∙ 2.2.2 煤表面分子的活性基团23-24∙ 2.3 煤的氧化反应过程24-30∙ 2.3.1 物理吸附25-26∙ 2.3.2 化学吸附26-27∙ 2.3.3 化学反应27-30∙ 2.4 小结30-31∙ 3 煤氧化反应过程中特征温度点的热重实验31-43 ∙ 3.1 热重法概述31-32∙ 3.1.1 热重法的基本原理31∙ 3.1.2 热重实验装置介绍31-32∙ 3.2 兴隆庄煤样煤质分析32∙ 3.3 实验条件32∙ 3.4 实验结果32-42∙ 3.4.1 实验的特征温度33-40∙ 3.4.2 实验热重曲线的分析40-42∙ 3.5 小结42-43∙ 4 实验条件对热重曲线及特征温度的影响43-54 ∙ 4.1 煤样粒度的影响43-46∙ 4.1.1 煤样粒度对热重曲线的影响43-44∙ 4.1.2 煤样粒度对特征温度点的影响44-46∙ 4.2 氧浓度的影响46-49∙ 4.2.1 氧浓度对热重曲线的影响46-47∙ 4.2.2 氧浓度对特征温度点的影响47-49∙ 4.3 升温速率的影响49-52∙ 4.3.1 升温速率对热重曲线的影响49-50∙ 4.3.2 升温速率对特征温度点的影响50-52∙ 4.4 实验过程中其它影响因素52∙ 4.5 小结52-54∙ 5 结论54-55∙致谢55-56∙参考文献56-69。
热重-红外联用研究上湾煤中低温热解行为
热重-红外联用研究上湾煤中低温热解行为摘要：本文探讨了热重-红外（TG-IR）联用技术在上湾煤的低温热解行为的研究。
通过改变反应温度（50~850℃）和时间（10~80min），我们使用TG-IR技术分析了煤中不同温度范围内的热解反应情况。
结果表明，上湾煤在50~~850℃范围内的热解反应大体可以分成四个不同阶段：干物质（50~150℃）、水蒸汽放出（150~400℃）、热解期（400~800℃）和升温期（800~850℃）。
我们发现，上湾煤中的化析碳（VOC）主要在200~400℃之间放出，而其中的硫化氢（H2S）的放出几乎完全集中在450~550℃之间。
此外，本研究发现，热重-红外联用技术比标准热重分析单独使用技术更具精度性。
关键词：热重-红外联用；上湾煤；低温热解行为正文：热重（热重-红外）联用技术是一种利用热重-红外分析技术来研究物质的气相分解过程的技术。
这种技术可以有效检测物质的温度。
本研究旨在运用热重-红外联用技术对上湾煤的低温热解行为进行研究。
首先，我们采用标准热重分析（TGA）技术测定了上湾煤的热解曲线，然后在连续实验过程中改变反应温度（50~850℃）和时间（10~80 min），使用热重-红外联用技术分析了煤中不同温度范围内的热解反应情况。
结果表明，上湾煤在50~~850℃范围内的热解反应大体可以分成四个不同阶段：干物质（50~150℃）、水蒸汽放出（150~400℃）、热解期（400~800℃）和升温期（800~850℃）。
我们发现，上湾煤中的化析碳（VOC）主要在200~400℃之间放出，而其中的硫化氢（H2S）的放出几乎完全集中在450~550℃之间。
本研究还发现，热重-红外联用技术比标准热重分析单独使用技术具有更高的准确性。
作为结论，本文利用热重-红外联用技术研究了上湾煤中低温热解行为，发现上湾煤在50~~850℃范围内的热解反应可以分为四个阶段，并发现热重-红外联用技术比标准热重分析单独使用技术具有更高的准确性。
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
不同煤化程度煤的热解及氮的释放行为
不同煤化程度煤的热解及氮的释放行为刘钦甫;徐占杰;崔晓南;郑启明【摘要】采用热重-红外-质谱联用技术(TG-IR-MS),对4种不同煤化程度的煤进行热解实验,实时记录了煤在30 ～1 100℃,以10℃/min升温速率、氦气气氛下热解过程中的质量变化和生成气体成分.研究结果表明:随着热解温度的升高,煤中逐渐释放出氮化物,如HCN,NH3等.不同煤化程度的煤具有不同的N释放行为.气煤、焦煤、1/3焦煤等主要以NH3与HCN两种形式释放,无烟煤热解时主要是以NH3形式释放.煤热解释放的HCN和NH3来源于不同的氮.HCN可能主要来源于煤分子边缘的五元环吡咯氮和六元环吡啶氮,而NH3主要来源于煤分子内部的季氮.NH3的释放经历了2个阶段:低温(550℃)阶段为煤中挥发分的初级热解产物;高温(750 ～850℃)阶段为煤中挥发分的二次热解产物.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2015(040)002【总页数】6页(P450-455)【关键词】煤阶;热解;氮化物;热重-红外-质谱联用技术【作者】刘钦甫;徐占杰;崔晓南;郑启明【作者单位】中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;河南工程学院资源与环境工程系,河南郑州451191【正文语种】中文【中图分类】P57;TQ530刘钦甫，徐占杰，崔晓南，等．不同煤化程度煤的热解及氮的释放行为［J］．煤炭学报，2015，40(2): 450－455．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2014．0320Liu Qinfu，Xu Zhanjie，Cui Xiaonan，et al．Release behavior of nitrogenin different rank coals during pyrolysis［J］．Journal of China Coal Society，2015，40(2): 450－455．doi: 10．13225/j．cnki．jccs．2014．0320氮是煤中的一种常量元素，主要以有机化合态存在，部分以NH+4固定在煤中矿物晶格中，氮含量与煤化程度和煤形成的时代密切相关［1－3］。
低阶烟煤热解特征指数的解析与应用_钱卫
第 ２ 期 钱 卫等 ： 低阶烟煤热解特征指数的解析与应用
２ ５ ７
ｒ ｏ ｌ ｓ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ Ｒｉ ｓ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｏ ｃ ｏ ｍ ａ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ａ ｌ ｔ ｅ ｓ ． ｐ ｙ ｙ ｐ ｙ ｙ ｐ ， ， ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ ｏ ｂ ｖ ｉ ｏ ｕ ｓ ｌ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ Ｐｏ ｆ Ｄ ｏ ｎ ｒ ｏ ｎ Ｍ ｅ ａ ｎ ｗ ｈ ｉ ｌ ｅ Ｐｉ ｙ ｇ ｇ ｇ ， ｌ ｏ ｎ ｆ ｌ ａ ｍ ｅ ｃ ｏ ａ ｌ ｉ ｓ ｌ ａ ｒ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ Ｊ ｉ ｘ ｉ ａ ｎ ｃ ｏ ａ ｌ ａ ｔ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ｉ ｔ ′ ｓ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ａ ｓ ｇ ｇ ｇ ｇ ｕ ａ ｎ ｔ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｒ ｏ ｌ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｏ ｒ ｅ ｖ ｅ ａ ｌ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍ ａ ｃ ｔ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｔ ｉ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｎ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｂ ｔ ｈ ｅ ｑ ｐ ｙ ｙ ｐ ｙ ｐ ｇ ｙ ｙ ， ｎ ｅ ｗ ｌ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ Ｐ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｓ ｕ ｅ ｓ ｔ Ｐ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｅ ｌ ｏ ｗ ｒ ａ ｎ ｋ ｂ ｉ ｔ ｕ ｍ ｉ ｎ ｏ ｕ ｓ ｃ ｏ ａ ｌ ′ ｓ ｇ － － ｙ ｇ ｐ ｙ ｒ ｏ ｌ ｓ ｉ ｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗ ｈ ｏ ｌ ｅ ｒ ｏ ｌ ｓ ｉ ｓ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ． ｙ ｙ ｇ ｐ ｙ ｙ ｐ ： ； ；ｐ ｒ ｏ ｌ ｓ ｉ ｓ ｒ ｏ ｌ ｓ ｉ ｓ Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｃ ｏ ａ ｌ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ｏ ｒ ａ ｖ ｉ ｍ ｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ（ Ｔ ＧＡ） ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ｐ ｙ ｙ ｙ ｇ ｙ ｙ （ ； ； ｒ ｏ ｌ ｓ ｉ ｓ Ｐ） ｖ ｏ ｌ ａ ｔ ｉ ｌ ｅ ｒ ｅ ｌ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ（ Ｒ） ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｐ ｙ ｙ ｇ ｙ 热解是煤炭 焦 化 、 燃 烧、 气化和液化等过程的 初 始 或 伴 随 反 应， 是煤炭原燃料利用的必经过 程 热解反应活性 ， 是指煤炭热解反应进行的难 ． 易程度和 剧 烈 程 度 ， 包含热力学和动力学两个方
第二章 煤的热重分析技术
仪器
热天平，能连续记录质量 与温度的函数关系
工作过程 以程序控温加热、冷却、 恒温、变温样品
2013年8月22日
一、热天平系统
记录天平
炉子 程序控制温度系统
记录仪
支持器
2013年8月22日
1.
记录天平
性能要求
准确度、重现性、容量、结构坚固、抗环境温度变化、可调重量量程、 电子和机械稳定性、对重量变化反应迅速、可防震
锅炉测试技术
2013年8月22日
第二章 煤的热重分析技术
第一节
第二节 第三节
热重分析原理及系统
煤的热重分析的应用 热重分析法判断煤的着火特性
第四节
煤的燃尽特性判别指标
2013年8月22日
第一节 热重分析原理及系统
热重法（thermogravimetry， TG） 在程序控制温度下测量物 质的质量与温度关系
二、热重分析影响因素
仪器因素
浮力—表观增重 对流—表观失重/表观增重
实验条件
升温速率 气氛
• • •
试样用量及粒度的影响
试样的用量
粉末状试样内部温差大 试样反应时吸热或放热引起TG曲线畸变 分解产生的气体难逸出阻碍反应的进行
试样粒度：热传导/气体扩散
2013年8月22日
三、差热分析及影响因素
பைடு நூலகம்
平均燃烧速度Wmean 煤的燃尽指数N 燃尽特性综合判别指数Rj 燃烧特性指数S 煤焦燃烧综合指数R
《低阶煤低温热解产物生成特性及机理研究》
《低阶煤低温热解产物生成特性及机理研究》篇一一、引言随着能源需求的持续增长和环境保护意识的提高，低阶煤作为一种重要的能源资源，其低温热解技术的研究与应用逐渐受到广泛关注。
低阶煤低温热解是指在不高的温度下对低阶煤进行热处理，从而获得煤气、焦油和半焦等产物。
这些产物在能源、化工、材料等领域具有广泛的应用前景。
因此，研究低阶煤低温热解产物的生成特性及机理，对于提高低阶煤的利用效率、推动相关产业的发展具有重要意义。
二、低阶煤低温热解概述低阶煤主要包括褐煤和次烟煤等，其结构特征为含氧量高、挥发分含量高、反应活性强。
低温热解过程中，低阶煤在无氧或有限氧条件下加热，产生煤气、焦油、半焦等产物。
这一过程具有能耗低、操作条件温和、环境污染小等优点。
三、低阶煤低温热解产物生成特性1. 煤气：低阶煤低温热解过程中产生的煤气主要由可燃气体组成，如氢气、甲烷、一氧化碳等。
这些气体具有较高的热值，可作为燃料气或化工原料气使用。
2. 焦油：焦油是低阶煤热解的重要产物之一，主要由轻质烃类、酚类、酮类等化合物组成。
焦油具有较高的经济价值，可用于生产燃料、化学品等。
3. 半焦：半焦是低阶煤热解后的固体残余物，具有较高的碳含量和较低的挥发分含量。
半焦可作燃料或进一步加工利用。
四、低阶煤低温热解产物生成机理低阶煤低温热解产物的生成机理涉及物理和化学过程。
在热解过程中，低阶煤中的有机质受热分解，产生挥发性物质。
这些物质在热解炉内经过一系列的物理化学变化，最终形成煤气、焦油和半焦等产物。
其中，煤气主要由低阶煤中的轻质组分在较低温度下裂解产生；焦油则是由重质组分在较高温度下发生裂解和缩聚反应生成；半焦则是由于部分重质组分在热解过程中未完全转化而残留的固体产物。
五、研究方法与实验结果为了深入研究低阶煤低温热解产物的生成特性及机理，采用了一系列实验方法，包括热重分析、气相色谱分析、质谱分析等。
通过实验，我们得出了以下结论：1. 不同温度下低阶煤的低温热解产物有所不同。
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第21卷 第4期煤 炭 转 化V o l.21 No.4 1998年10月COA L CON V ERSIO N Oct.1998低温热解处理后煤的热重分析郑昀辉1) 戴中蜀2)摘 要 采用等温与非等温相结合的方法,对低温热解处理前后的兖州煤、大同煤的热解历程进行分析。
发现处理后煤样的热解行为发生一定程度的改变,其动力学参数数值发生一些变化,并且在各个温度处的失重量变化明显。
关键词 热失重,煤,低温热解中图分类号 TQ5330 引 言炼焦用煤经低温热解处理后,其结焦性会发生一定的变化。
[1]根据结焦机理,这种变化必然会在与其有关的热解过程中反映。
人们曾采用各种途径对煤的热解行为进行研究,其中很重要的一种方法是热重法。
通过对煤的热重分析,可求出热解反应有关的动力学参数,进而了解其反应机理。
通常对煤样的热重分析有两种途径,即等温失重和非等温失重。
[2～5]等温热失重将热解温度恒定于某一温度点,通过热解失重求出反应动力学常数,以此来了解该温度下的热解反应情况;而非等温热失重则是按一定的升温程序进行连续升温的过程,在一定的假设前提下可以对整个温度范围内的热解行为有一个全面的了解,但不能准确描述某一温度时热解反应情况。
本文采用等温与非等温相结合的方法研究两种低煤化度煤的热解过程,并对经低温热处理后的煤样进行了同样的实验,以将其热解过程进行对比。
1 实验部分1.1 煤样的制备及分析 选定300℃,350℃为低温热解处理温度,分别对兖州煤和大同煤进行低温热解处理,其方法见参考文献[6].对处理前后的试样进行元素分析和工业分析,所得数据见表1.表1 试样的工业分析与元素分析数据煤 样 工业分析/%M ad A d V da f元素分析/%,dafC H O N S兖州原煤 3.299.0237.3682.96 5.239.72 1.570.52兖州300℃ 1.858.8435.9983.07 5.159.70 1.560.52大同原煤 2.628.2530.4583.15 4.8310.530.960.52大同350℃ 2.198.3829.1883.74 4.5610.270.950.481.2 热失重实验实验采用北京光学仪器厂产CT—2差热天平进行。
将待测煤样装入坩埚中,在N2气体的保护下,按一定的加热制度进行升温。
即先以20℃/m in 升温速度快速升温至300℃,在300℃的条件下恒温至失重速率曲线为0,再以15℃/min的升温速率快速升温至350℃,保持恒温至失重速率曲线水平。
按类似的操作每间隔50℃作一次等温失重,直至550℃.所得煤样的热失重曲线见图1.国家自然科学基金资助项目(29376256). 1)硕士,武钢技术中心产品所,430080武汉;2)教授,武汉冶金科技大学化工系,430081武汉 收稿日期:1998-05-17图1 煤样热失重曲线(a)兖州原煤;(b)兖州300℃;(c)大同原煤;(d)大同350℃2 实验数据的处理根据化学反应的动力学方程式d cd t=-k c n而c=w iw0=w0-G iw0=1-G iw0其中:w0——煤样量;w i——某一时刻的煤样重量;G i——至某一时刻煤样的累积失重量。
代入则 d(1-G iw0)d t=-k(1-G iw0)n即d(G iw0)d t=k(1-G iw0)nlnd(G iw0)d t=ln k+n ln(1-G iw0) 以ln(1-G iw0)～lnd(G iw0)d t作图,得到截距a =ln k,斜率b=n,由a,b的值即可求得反应的有关动力学参数。
根据实验所得数据,计算反应的速率常数k和反应级数n,结果见第50页表2. 根据图1中的失重曲线可得每一恒温段始末累积失重量,根据始末累积失重量即可求出该恒温段的失重量,其结果见第50页表3.3 结果与讨论由图1中热失重曲线可见,煤样的热分解反应在严格的温度控制下分阶段进行,在任何温度下均有一定的挥发物产生,脱离出体系,引起煤样失重。
这说明在煤样的热解过程中,热解反应是一个多种反应复合进行的过程,且不同反应的发生受温度的控制。
表2中给出了4种煤样的热解动力学参数。
从表2的数据可以看出,在各个温度处所发生反应的反应级数均小于1,这时的反应仍是一个复杂的过程,且对于不同的煤,其反应速率常数尽管在同一数量级,但仍有着一定的差别。
通过兖州、大同两种煤样热处理前后的动力学数据的比较,可以看出,经低温热解处理后其反应级数、速率常数均发生了一定的变化,这可能预示着反应历程的某些改变。
而两种煤热处理前后的这种变化没有表现出一致的规律。
第50页表3给出了煤样在各个恒温段失重量的情况,表中数据反映了各阶段煤中物质以气态形式脱离出体系的历程。
在300℃以前所脱离出体系的部分主要是水分和吸附气体,而300℃以后的失49第4期 郑昀辉等 低温热解处理后煤的热重分析表2 煤样热解动力学参数温度/℃兖州原煤k n 兖州300℃k n大同原煤k n大同350℃k n300 6.02×10-30.82 2.88×10-40.67 2.07×10-30.68 3.84×10-30.76 350 6.39×10-50.28 1.59×10-50.32400 3.86×10-40.60 4.25×10-40.56 1.41×10-40.26 1.95×10-40.49 450 1.18×10-30.799.59×10-40.79 1.04×10-30.78 3.28×10-40.54 500 5.83×10-40.657.24×10-40.72 3.41×10-40.40 2.01×10-40.45 5508.99×10-40.72 4.15×10-40.66 2.75×10-40.43 6.02×10-30.82 表3 热解过程中的失重百分数 %温度/℃兖州原煤失重*累积失重**兖州300℃失重累积失重大同原煤失重累积失重大同350℃失重累积失重30010.28.879.27 6.4350 1.46 1.46 1.22 1.220.680.680.930.93400 6.507.967.108.32 3.27 3.95 3.67 4.60450 5.7713.738.7017.02 5.038.98 6.8811.48500 3.9317.66 4.0321.05 4.1213.10 3.8915.37550 4.2721.93 3.8724.92 3.4716.57 2.8618.23 *以初始分析基煤样量作分母计算失重百分数;**300℃以后开始累积。
重样热解过程中的气态产物。
根据不同试样结果的对比,热解处理前后各温度阶段失重量的变化主要体现在以下两个方面。
(1)经热解处理后,在300℃以前的失重量明显减少。
300℃以前的失重主要是水分和吸附气体,水分的脱除和吸附是一个可以在空气中逆向进行的过程,但水分的吸附与煤的表面性质有关。
以前的研究表明,经低温热处理后,煤粒的比表面、孔径分布会发生变化[7],煤中的含氧官能团减少。
[8]极性基团的减少,使煤粒对水分的吸附能力下降,在与空气平衡的状况下,煤中水分减少。
而在热解处理过程中,吸附气体脱离出体系后不存在一个重新吸附的逆向过程。
因此,经热解处理后煤样在300℃以前的失重量下降。
(2)经低温热解处理后,各温度阶段的失重变化情况不一致,但300℃后的累积失重明显增加, 350℃～450℃的这种变化尤其显著,且两种煤表现出一致的规律性。
300℃以后的失重主要由于热解过程中气体产物的生成和脱除而产生,气态产物产量的变化也说明了这一阶段反应历程的变化。
这一温度阶段通常与煤料热解过程中的胶质体阶段相对应,而胶质体阶段所表现出的一系列性质对煤料的粘结性有重要的影响。
以前工作中,借助仪器分析发现[6],这两种煤经过低温热解处理后,其分子结构,尤其是大分子结构中活性较强的脂肪烃部分发生了一些变化,这些分子结构的变化可能与上述的热解行为的变化有关。
4 结 论(1)经低温热解处理后,兖州煤、大同煤的热解反应历程发生了一定程度的变化,表现在其热解动力学参数的改变上。
(2)经低温热解处理后,兖州煤、大同煤热解过程中失重情况发生变化,表现在300℃以前失重减少,300℃以后各个温度的累积失重增加,而350℃～450℃其增加尤为显著。
50 煤 炭 转 化 1998年参 考 文 献1 戴中蜀,吴志恒,李清田.燃料与化工,1990,21:183～1842 姚昭章,韩永霞.煤化工,1994,67:34～353 魏兴海,顾永达.燃料化学学报,1992,20:102～1044 葛世培,马家骧,申葆诚.燃料化学学报,1980,8:72～735 郭树才,袁庆春,朱盛维.燃料化学学报,1987,15:55～576 戴中蜀,郑昀辉.煤炭转化,1997,20(1):54～567 戴中蜀,马立红.燃料与化工,1998,29:1～28 M razibova J.Fuel,1986,65:342STUDY ON THE LOW TEMPERATURE PYROLIZED COALBY THERMOGRAVIMETRYZheng Yunhui(T he Technology Center o f W I SCO ,430080W uhan )Dai Zhongshu(W uhan Yej in Univ ersity of S cience and Technology ,430081Wuhan )ABSTRACT T he py roly sis of Yanzhou coal and Datong co al befor e and after lo w tempera-ture pyro lized w as studied by combining the isotherm al and noniso thermal method.T he variation of py roly sis pro perties w as found ,also the value o f pyr olytic kinetics .T he difference of w eig ht loss at different temperature w as mo re sig nificant.KEY WORDS thermal weight lo ss,co al,low temper ature pyro lysis51第4期 郑昀辉等 低温热解处理后煤的热重分析。