福城煤的热解动力学研究

第 １期
薛 新 巧等 ：福城 煤 的热 解动力 学 研究
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２ 结果与讨论
考察 不 同升 温速率对煤 热 解 的影 响 （图 １）．由 图 １可 知 ，福 城 煤 （ＦＣ－Ｃｏａ１）热 解 可 分 为 ３个 阶 段 ：第 一 阶段在 ２００℃ 以下 ，主要 是物 理 吸 附 Ｈ ０ 及 气 体 的 脱附 ；第 二 阶 段 为 ３００～ ６００ ℃，是 煤 的 主 要 热 解 阶 段 ，指煤 中有 机 质 的热 裂 解 过程 ；第 三 阶 段 为 ６２０～ ７２０℃ ，主要归 属 于 煤 中矿物 质 的分 解 过程 ．在 该 实 验 的升温速率 范 围内 ， 对 煤 的质 量损 失 劬 没 有 显著影 响 ，８５０℃时 的 Ａｗ 在 ３１％左 右 ；但 最 大 对 应温度受 的 影 响显 著 （图 ｌｂ）．通 常 认 为 ，较 高 的 妒 会导致样 品 的传 热滞 后 ，使 样 品 颗粒 内外 温差 变 大 ， 挥发分 释放速 度 降低 ，整个 曲线 向 高温 区移 动 ，而 且 在相 同温度下 ，较 高 对应样 品 的 Ａｗ 明显 低 于较 低
燃料 外 ，还是用 于合成 其 他化 合 物 的原料 ．煤 热解 动 为 ，并 用 Ｃｏａｔｓ－Ｒｅｄｆｅｒｎ法 进 行 热 解 动 力 学 特 性 研 究 ，
力学 常被广泛用 于煤 的热解特性 及反 应机理 研究 ，而 探讨 不同升温速率 对福城煤热解动 力学 的影 响．
且 热解动力学 研究 所获 得 参数 可 以为煤 的热 加 工利 用 提供参考ｌ】ｊ．热分 析法常用来研 究煤 的热解 特性和 反应动力学 ，其 中热重 法是 最常 用 的技 术之 一．煤热
气化 或者燃烧 ；焦油 除作 为液 体燃 料外 ，还 富含 ＢＴＸ 大 时 指 前 因 子 也 增 大 ，二 者 呈 现 出 良 好 的 线 性 关 系 ，
（苯 、甲苯 、二 甲苯 ）和 ＰＣＸ（酚 、甲酚、二 甲酚 ）等单 环 存在动力学 补偿效应．笔者 用非等 温热重分 析法研 究
或多 环化合物 ，是重要 的化工 原料 ；热解 煤 气 除用 作 宁 夏 宝 丰 能 源 集 团 的 福 城 煤 在 Ｎ 气 氛 下 的 热 解 行
表 １ 福 城 煤 的 工 业分 析 与 元 素分 析
注 ：＊ 为差 减 法 测 得
收 稿 日期 ：２０１５－０７—０７ 基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学基 金 资助 项 目（２１１７６０４２）；宁夏 高等 学校 科 研 基 金 资助 项 目（２０１４—１９４） 作 者 简 介 ：薛新 巧 （１９７２一 ），男 ，副 教 授 ，主 要 从 事煤 热解 研 究 ，（电子 信 箱 ）ｘｕｅｘｑ＠ ｓｉｎａ．ｔｏｍ． ＊通 信 联 系 人 ：胡 浩 权 （１９６１ ），男 ，教授 ，博 士 生导 师 ，主要 从 事 煤 （油 页岩 ）和 生 物 质 转 化 基 础 与 应 用 研 究
对 应 温 度 为 ４６０。Ｃ，而 ｌＯ０ Ｃ／ｍｉｎ升 温 速 率 对 应 的 最 Ａ１ 坩埚 内 ，在 ６０ ｍＬ／ｍｉｎ的高纯 Ｎ。保 护 下 ，以不 大失重 峰温度为５００℃．张翠 珍等选 择黑 龙江 大头 煤 同 的恒定 升温速率从 室 温升 至 ８５０。Ｃ，其 中重 点考 察
与 滕 州 烟 煤 进 行 热 解 动 力 学 研 究 ］，结 果 显 示 ，升 温 升温速率 为 ５，１０，２Ｏ，４Ｏ℃／ｍｉｎ下煤 的热 解行为．
１ 实验
解 动力学受煤种 和升温速率 等因素影 响显著 ．张妮等
以宁夏宝丰能源 集团炼焦 配煤 福城 煤 （ＦＣ－Ｃｏａ１）
研 究晋城煤 、常村煤 等 ｌ１种 动力 煤热 解行 为和 动力 为研 究对象．该 煤属 于气 肥煤 ，其 工业 分 析 与元 素分 学＿２］，结果发现 ，热解 过程符合 “三段一 级”反 应 ，其 中 析 见 表 １．在 实 验 前 ，将 煤 粉 碎 至 ０．１５ ｍｍ以 下 ，然 后
福 城 煤 的热 解动 力学 研 究
薛新巧 ，Hale Waihona Puke 文 秀 ，李 霞 ，胡 浩 权 。
（１．宁夏 工 商职 业 技 术 学院 化 工 工程 系，宁 夏 银 川 ７５００２１； ２．大连 理 工 大 学 煤 化 工 研 究 所 ，辽 宁 大 连 １１６０１２）
摘 要 ：通 过 热 重 分析 法 对福 城 煤 的 热 失 重行 为进 行 研 究 ，并 用 Ｃｏａｔｓ－Ｒｅｄｆｅｒｎ法计 算 和 比较 不 同升 温 速 率 下 煤 的
升 温 速 率 的 增 加 ，中 间阶 段 活 化 能 降 低 而 第 三 阶 段 活 化 能 增 加 ，活化 能 与指 前 因子 间存 在 动 力 学补 偿 效 应．
关 键 词 ：福 城 煤 ；热 重 分 析 ；热 解 动 力学 ；动 力 学 参数
分 类 号 ：（中图 ）ＴＫ１６
文 献 标 志 码 ：Ａ
在 最 大 失 重 峰 所 处 阶 段 （３００～ ６００ ℃ ）时 活 化 能 最 经真空干燥 １２ ｈ后 备用．
大．王俊 琪 等 对淮 北 烟煤 等 种 煤进 行 热解 动力 学研
煤 的 热 解 用 瑞 士 Ｍｅｔｔｌｅ－Ｔｏｌｅｄｏ ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１
究 ］，结果表 明 ，３０。Ｃ／ｍｉｎ升 温速 率 时 ，最 大失 重 峰 热重分析 仪 进 行 测定．将 １５ ｍｇ左 右 的煤 样 品置 于
热解 反 应 活化 能 、指 前 因子．结 果 袁 明 ，升 温速 率 对样 品 最 终 失 重 量 没 有 明 显 影 响 ；最 大 失 重 速 率峰 随 升 温 速 率 升
高 向 高 温 偏 移 ；较 低 升 温 速 率 下 热 解 反 应 受 煤 的 结 焦 影 响 较 大 ．福 城 煤 热 解 可 由 ３个 独 立 的 一 级 反 应 来表 示 ；随 着
热解是煤加工 过程 的基础 ，煤经 热解后 可得到煤 速率越快 ，计算得 到的热解动力学 参数 与煤 热解规 律
气 、焦油 、半 焦或焦炭等产物 ，是实现 煤分级 转化 的重 越吻合．降 文萍对铁 法 煤 、常 村煤 等 ９种 煤 的热 解 动
要手段 ．热解产生 的半 焦 是洁 净 的 固体 原 料 ，可用 来 力学进行研 究 ］，发 现 在 同一 升 温速 率下 ，活化 能 增
第３７卷 第 １期
Ｖ ０ｌＪ ３７ Ｎ Ｏ．１
宁 夏 大 学 学报 （自然 科 学版 ）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｉｎｇｘｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
２Ｏ１６年 ３月
Ｍ ａｒ．２０１６
文 章 编 号 ：０２５３ ２３２８（２０１６）０卜００８０—０５