升溫速率對煤熱解特性的影響

王晉偉

（山西省煤炭工業(yè)廳 資源地質(zhì)局，山西 太原 030045）

升溫速率對煤熱解特性的影響

王晉偉

（山西省煤炭工業(yè)廳 資源地質(zhì)局，山西 太原 030045）

利用熱重分析儀對煤樣分解特性進行了研究，探討了升溫速率對煤熱解失重過程的影響，得出煤的熱解過程可以分為3個階段，本次試驗褐煤的熱解溫度主要在300℃～500℃。升溫速率對熱解參數(shù)均有一定的影響。

煤；升溫速率；熱解過程

我國煤炭生產(chǎn)量和消費量均占世界首位，但由于人口數(shù)量巨大，我國煤炭的人均擁有量和消費量卻并不高。并且我國煤炭資源的利用現(xiàn)狀很不理想，利用率還達不到發(fā)達國家的一半。在煤炭的利用過程中，每年都因利用率低而浪費了大量的資源。而煤炭是不可再生能源，一旦浪費將不可恢復(fù)。

如何提高煤炭資源的利用率已成為我國當(dāng)前迫切需要解決的問題。近幾十年來，煤的熱分解研究是世界上十分活躍的研究領(lǐng)域之一。煤的熱解是煤氣化、液化、精練等過程的重要步驟。深化對煤炭的熱分析研究，提高煤炭的利用率，對我國的國民經(jīng)濟發(fā)展具有重要的意義。

1 煤熱解概述

煤的熱解是指煤在隔絕空氣的條件下加熱至較高溫度而發(fā)生的一系列物理變化和化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜過程[1]。

煤的熱解過程大致可分為三個階段[2]：第一階段（室溫～300℃），從室溫到300℃為干燥脫氣階段。在這一階段，煤的外部特征基本沒有發(fā)生變化，120℃前主要為脫水階段，脫氣大致在200℃前后進行。第二階段（300℃～600℃），這一階段為分解階段，反應(yīng)比較活潑，以解聚和分解反應(yīng)為主，并發(fā)生一系列的化學(xué)變化，煤反應(yīng)生成半焦。煤在300℃左右開始分解，油氣開始產(chǎn)出，在達到最大反應(yīng)速率溫度前后生成的焦油量最大，而在達到最大反應(yīng)速率的溫度到600℃這個階段，產(chǎn)生的氣體最多。產(chǎn)生的氣體成分除熱解水、二氧化碳和一氧化碳外，主要是氣態(tài)烴產(chǎn)物。第三階段（600℃～900℃），這個階段的反應(yīng)以縮聚反應(yīng)為主，在這一過程中生成的焦油很少，半焦分解形成焦炭。700℃以后，生成的氣體主要是氫氣。隨著溫度的升高，半焦繼續(xù)分解，一方面生成少量氣體，另一方面焦碳縮聚，形成碎塊。

2 試驗系統(tǒng)

2.1 試驗樣品和試驗方法

試驗樣品采自內(nèi)蒙某礦的褐煤。試樣經(jīng)磨煤機研磨后，再經(jīng)瑪瑙研缽研磨而成。這期間未對樣品進行任何篩分處理，以保證煤樣的原始特性。

試驗采用熱重分析儀，樣品質(zhì)量控制在20 mg左右，升溫速率分別為 5℃/min、10℃/min、20℃/min和40℃/min，熱解終溫為900℃，以高純氮氣作為載氣，流量20mL/min。

圖1 不同升溫速率下煤熱解的TG曲線

2.2 試驗結(jié)果及分析

圖1和圖2分別給出了不同升溫速率下煤熱煤的熱解特性參數(shù)包括：初始熱解的溫度（℃），最大熱分解速率（mg/min），最大熱分解速率對應(yīng)的溫度（℃）和失重率（%）。從圖1和圖2的兩組曲線中可以得到煤的熱解特性參數(shù)，如表1所示。

圖2 不同升溫速率下煤熱解的DTG曲線

表1 不同升溫速率下煤的熱解特性參數(shù)表

從表1中可以看出，隨著升溫速率的升高，其初始熱解的溫度，最大熱分解速率，最大熱分解速率對應(yīng)的溫度和失重率基本呈現(xiàn)出增加的趨勢，升溫速率對熱解參數(shù)均有一定的影響。這是因為升溫速率不同，熱量從試驗坩堝外向內(nèi)傳遞的速率也就不同，升溫速率影響了坩堝鍋壁與試樣間的傳熱速率和升溫梯度，如果升溫速率較慢，試樣就有足夠的時間接受熱量，提高了熱解效率，使熱解起始溫度和終止溫度均降低[3]。隨著升溫速率的增加，最大熱解速率明顯增加，達到最大熱解速率時對應(yīng)的失重峰值溫度也在增加，油頁巖熱解的DTG曲線峰向右偏移。失重峰值溫度代表了整個煤樣結(jié)構(gòu)的平均穩(wěn)定程度。失重峰值溫度越高，代表大分子結(jié)合越緊密，整個結(jié)構(gòu)在熱解過程中不易被破壞。

3 結(jié)論

由熱解曲線可以看出，煤的熱解過程可以分為3個階段，本次試驗褐煤的熱解溫度主要在300℃～500℃。隨著升溫速率的升高，其初始熱解的溫度，最大熱分解速率，最大熱分解速率對應(yīng)的溫度和失重率基本呈現(xiàn)出增加的趨勢，升溫速率對熱解參數(shù)均有一定的影響。解的TG（熱重）和DTG（微商熱重）曲線。從圖中可以明顯看出煤熱解過程的三個階段。

[1]虞繼舜.煤化學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000.

[2]郭崇濤.煤化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

[3]李少華，柏靜儒，孫佰仲，等.升溫速率對油頁巖熱解特性的影響[J].化學(xué)工程，2007，35（1）：64-67.

Influence of Heating Rate on Coal Pyrolysis Characteristics

WANG Jin-wei
(Bureau of Resource and Geology,Shanxi Coal Industry Office,Taiyuan Shanxi 030045,China)

Thermal gravity analyzer is used to study decomposition characteristics of coal sample.The paper discusses the effect of heating rate on the pyrolysis TG process and concludes that the pyrolysis process can be divided into 3 phrases.In the experiment,the brown coal pyrolysis temperature is 300℃-500℃.The result shows that the heating rate is influencial on the pyrolysis parameters.

coal;heating rate;pyrolysis process

TQ530.2

A

1672-5050（2010）11-0066-02

編輯：劉新光

2010-09-19

王晉偉（1964—），男，山西忻州人，大學(xué)本科，工程師，從事煤田地質(zhì)及煤炭分析研究工作。