半焦孔隙结构的影响因素
配煤对气化焦孔隙结构及分形特征的影响
配煤对气化焦孔隙结构及分形特征的影响郭旸;周璐;陈小凯;武建军;郭振坤;张一昕;李影【摘要】依据不同配比的焦煤、焦煤洗中煤和神木长焰煤配煤制备气化焦,利用低温氮气吸附法、压汞法和扫描电镜分析焦炭孔隙结构的变化规律,使用FHH模型在P/ Po为0～0.5和0.5～0.9的相对压力下分别计算两个分形维数D1和D2,分析了配煤对焦炭孔隙分形特征的影响.结果表明:焦炭的微孔孔径主要分布在0.5 nm～1.0 nm之间,中孔孔径主要分布在2.0 nm～12.0nm之间.随配煤灰分的增加,配煤灰分对焦炭孔隙的形成既有促进作用又有阻碍作用,焦炭中微孔的孔径分布呈现向孔径更大位置移动的趋势,微孔和中孔数量先增加后减少,与焦炭比表面积和孔体积变化规律一致,焦炭大孔数量先增加后略微减少;焦炭孔隙有两种分形特征D1和D2,D1反映孔隙表面的粗糙度,配煤灰分增高导致更多的矿物质在高温分解成球形颗粒析出在孔隙表面,从而使得D1增大;D2和焦炭孔体积变化规律相似,随着配煤灰分的增高,焦炭孔隙内部复杂程度先增高后减小,D2先增大后减小.【期刊名称】《煤炭转化》【年(卷),期】2019(042)001【总页数】8页(P40-47)【关键词】配煤;灰分;气化焦;孔隙结构;分型特征【作者】郭旸;周璐;陈小凯;武建军;郭振坤;张一昕;李影【作者单位】中国矿业大学化工学院,221116 江苏徐州;中国矿业大学化工学院,221116 江苏徐州;中国矿业大学化工学院,221116 江苏徐州;中国矿业大学化工学院,221116 江苏徐州;中国矿业大学化工学院,221116 江苏徐州;中国矿业大学国家煤炭加工与洁净化工程技术研究中心,221116 江苏徐州;北方华锦化学工业股份有限公司乙烯分公司,124000 辽宁盘锦【正文语种】中文【中图分类】TQ530.2;TQ522.10 引言中国煤炭资源丰富，但优质炼焦煤资源日益紧张[1-2]。
在气化焦生产中高比例配入低品质煤(如神木长焰煤)，可以有效降低气化焦的生产成本，增加焦炭气孔率，提高气化活性，同时节约优质稀缺炼焦煤，所以研究高比例低品质煤配煤炼焦显得尤为重要[3]。
焦炭—co2反应过程中孔隙结构的变化
焦炭—co2反应过程中孔隙结构的变化近年来，随着经济的快速发展和生活水平的提高，CO2的排放量也随之增加。
由于城市的污染，二氧化碳（CO2）的过量排放可能会对生态环境造成严重的影响。
其中，我国多年来一直在二氧化碳和污染物排放控制方面有着重要的地位。
因此，对于二氧化碳捕集和吸收来说，焦炭反应机是一种重要的工业技术。
其中，孔隙结构变化是影响二氧化碳反应过程的重要因素，是相关技术发展的重要地步。
本文的目的是通过深入的研究，研究焦炭反应过程中孔隙结构的变化。
首先，我们来介绍一下焦炭反应机的工作原理。
焦炭反应机通常由一组垂直置换器组成，它们可以把二氧化碳及其它气体从热气流中吸收并转换成气态和液态物质。
这就是说，气体与催化剂作用，形成一定的反应物，它们可以增加催化剂的表面积，最终形成多孔的催化体。
其次，要明确的是，影响孔隙结构的变化的因素有很多，包括催化剂的类型、温度、压力、流量、热容量和添加物等。
其中，催化剂是决定孔隙结构变化的关键，是实现焦炭反应的主要因素。
催化剂的种类及其特性会影响孔隙结构的改变，进而影响二氧化碳的反应效率。
第三，要充分利用催化剂的热容量，以获得更高的二氧化碳吸收效果。
因此，热容量的改变是影响孔隙结构变化的重要方面。
较高的温度可以增加催化剂的热容量，从而改变孔隙结构，有助于提高催化剂的活性，从而有效地发挥催化剂的作用，提高二氧化碳的反应效率。
第四，流量的控制也是影响孔隙结构变化的重要因素。
高流量会产生较大的压力，这会改变催化剂的表面结构，从而影响二氧化碳反应效率。
最后，要研究孔隙结构变化，还需要考虑添加物的影响。
一些添加物可以影响催化剂的表面结构，从而改变孔隙结构，从而改善二氧化碳的反应效果。
总的来说，焦炭反应器的孔隙结构变化受到多方因素的影响，必须要充分考虑二氧化碳反应中的温度、压力、流量、热容量和添加物的影响，以保证催化剂的有效发挥。
在焦炭反应过程中，孔隙结构变化是影响二氧化碳反应效率的重要因素。
基于烟煤半焦的孔隙结构研究
基于烟煤半焦的孔隙结构研究【摘要】本文以不同温度流化床N2气氛下获得的半焦为样品，利用氮气吸附仪对原煤及半焦的孔隙结构特性进行了分析。
【关键词】半焦试验；样品；孔径；结果分析在煤的气化过程中，煤中的低活性组分的反应特性决定了煤气化过程必须采用高温、高压和长停留时间。
对煤的气化过程的计算，近似用化学反应控制的缩核模型进行，其全部气化所需的停留时间是气化时碳转化率达到90 %所需时间的两倍。
若根据煤的不同组分和不同反应阶段反应性不同的特点实施煤热解、气化、燃烧分级转化，则可使煤气化技术简化，成本降低，并可以解决煤中污染物的脱除问题。
半焦作为煤部分气化后的产物，与原煤在表面形态、内部结构以及化学组成上有很大的区别，且半焦的孔隙结构对煤气化和燃烧过程有明显的影响。
研究了煤焦气化过程中比表面积和孔容积的变化规律。
研究表明，煤焦的孔隙结构在气化过程中的变化不仅取决于原煤的性质，而且取决于气化介质和气化温度; 张守玉等[7]研究了活化条件对煤活性焦孔隙结构的影响以及煤种及碳化条件对活性焦表面化学性质的影响，得出了活性焦微孔容积、微孔面积与活化温度成正比关系，以及不同煤种制得的活性焦表面性质相差很大; 李庆峰等[11]研究了气化活性与孔比表面积的关系，发现石油焦的孔隙结构、孔的分布对其气化活性起着决定性的作用;研究影响半焦孔隙结构的因素，发现挥发分的析出或热解对半焦孔隙的生成和发展起主导作用;研究部分气化后生成半焦的特性，得出了不同煤种制得的半焦中挥发分、灰分、固定碳等含量随制备温度的变化趋势。
1.试验样品和试验方法试验样品为小型流化床N2气氛下煤的热解半焦和某烟煤，某烟煤的元素分析和工业分析见表1 。
表1 原煤的元素分析与工业分析结果采用美国康塔公司生产的Autosorb-1-C 型物理化学吸附分析仪测定样品的孔隙结构。
在液氮温度下，测定在预先设定的不同压力点下被样品吸附的氮气量(样品的氮吸附量) ，然后通过计算机处理数据，利用Quadrasorb 软件对具有20 个点的吸附等温线进行处理，由多点比表面积测定(BET) 法计算样品比表面积，由BJH 法计算总孔体积、平均孔径和孔径分布。
半焦(兰炭)调研报告
引言概述：本文是《半焦(兰炭)调研报告（二）》。
半焦，也称兰炭，是一种矿石资源，在中国具有广阔的应用前景。
本文将对半焦的生产、市场和环保等方面进行深入调研和分析。
我们将介绍半焦的定义和特点，然后通过对半焦生产过程的详细描述，分析半焦的生产原理、技术要点及市场现状。
接着，我们将说明半焦的优点和挑战，并提出解决方案。
通过对半焦环保问题的调查和分析，总结半焦的环保措施和未来发展方向。
1.半焦的定义和特点1.1半焦的定义1.2半焦的特点半焦在燃烧过程中火焰稳定，燃烧温度高，燃烧热值较大，具有较好的化学稳定性和物理稳定性。
同时，半焦还具有较好的燃烧性能和还原性能，可用于冶金、化工等多个领域。
2.半焦的生产分析2.1半焦生产原理半焦的生产主要通过煤炭热解和热风膨胀两个过程完成。
煤炭热解是使煤中的有机物发生热解反应，半焦；热风膨胀是使半焦炭化过程中的热膨胀，使半焦达到一定的孔隙度和颗粒度。
2.2半焦生产技术要点半焦的生产需要控制煤质、热解工艺和炭化条件等多个因素。
其中，煤质的选择对于半焦的质量和产量至关重要；热解过程中的温度、时间和压力等参数也需要精确控制；炭化过程中的热风膨胀温度和时间也是影响半焦质量的关键因素。
2.3半焦市场现状目前，中国半焦市场需求量大，但供应量有限。
半焦主要用于冶金、化工和发电等行业，其中冶金行业是最主要的消费领域。
由于半焦生产工艺的特殊性和市场的需求，半焦的市价较高，且供不应求。
3.半焦的优点和挑战3.1半焦的优点半焦具有高碳含量、低挥发分、稳定的火焰和燃烧温度等优点，使其在冶金行业具有广泛应用。
半焦还可作为替代能源，用于发电行业，能够减少对传统能源的依赖。
3.2半焦面临的挑战由于半焦的生产需要大量煤炭资源，采矿压力增大，同时还带来了一系列的环境污染问题。
半焦的运输和储存等环节也面临着安全和环保等方面的挑战。
4.解决方案4.1开发新的半焦生产技术通过研发新的半焦生产技术，提高半焦的生产效率和质量，减少煤炭资源的消耗和环境污染。
2简述影响孔隙及孔隙度大小的因素
①颗粒的排列—以理想等粒圆球状颗粒为例，理论上几何计算立方体排列最疏松，孔隙度为47.64%，四面体排列为最紧密，孔隙度为25.95%。
注意：三种颗粒直径不同的等粒岩石，排列方式相同时，孔隙度完全相同。
②颗粒的分选—在颗粒大小不等时，分选差则孔隙度小， 分选好则孔隙度大。
简述影响孔隙大小及孔隙度大小的因素，并说明如何影响？
1影响孔隙大小的因素有:颗粒大小、分选程度、和颗粒排列方式。
当分选性较好时，颗粒愈大、孔隙也愈大。当分选性较差时，由于粗大颗粒形成的孔隙被小颗粒所充填，孔隙大小取决于实际构成孔隙的细小颗粒的直经。排列方式的影响：立方体排列比四面体排列孔隙大。
③颗粒的形状及胶结—磨圆愈好，孔隙度愈小，胶结可以降低孔隙度。
④考虑粘性土的结构孔隙及次生孔隙。
排列方式愈规则、分选性愈好、颗粒形状愈不规则、胶结充填愈差时，孔隙度愈大；反之，排列方式愈不规则、分选性愈差、颗粒形状愈规则
高温下热解温度对煤焦孔隙结构的影响
试验在 1 500K、1 600K、1 700K 和 1 800K 下进
图 2 使用气体吸附法测得的京西无烟煤及其 煤焦等温吸附脱附曲线
F igure 2 V ar ia tions o f abso rbed vo lum e w ith re la tive pressure fo r JX an thrac ite
! : JX co a;l ∀ : JX 1 500 K char; # : JX 1 600 K char; ∃ : JX 1 700K cha r; : JX 1 800 K char
高热解温度及高加热速率下的煤焦孔隙特性研 究较少。 L orenz等 [ 10] 比较了在射 流火焰和等温平 推式沉降炉中分别制得的煤焦比表面积的差别。唐 黎华等 [ 11] 在一定高温区域对煤焦中矿物质的分散
程度及聚集状态进行了研究, 但没有对颗粒的比表 面积和孔容积进行测定。刘辉等 [ 12] 在特定的高温
煤粉在加热裂解中将释放其所含的挥发分, 挥 发分析出后剩下的煤粉颗粒通常称为煤焦或半焦。 由于挥发分的析出时间短、燃烧速率快, 煤粉颗粒的 燃尽时间主要由煤焦所需的燃烧时间决定。研究表
明, 煤焦的孔隙结构是影响其燃烧与气化过程的重 要因素 [ 1~ 3] 。同时煤焦的孔隙结构也受煤焦自身特
性和所处的燃烧与气化环境的影响。其中, 热解速 率和热解温度是两个重要因素 [ 4 ~ 10 ] 。
半焦孔隙结构的影响因素_周毅
第36卷第4期2005年7月 锅 炉 技 术BOIL ER TECHNOLO GYVol.36,No.4J ul.,2005收稿日期:20040712基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)基金资助项目子课题(G199902210532)作者简介:周毅(1977),男,东南大学动力工程系硕士研究生。
文章编号: CN311508(2005)04003405半焦孔隙结构的影响因素周 毅, 段钰锋, 陈晓平, 赵长遂, 吴 新(东南大学动力系洁净煤发电与燃烧技术教育部重点实验室,江苏南京210096)关键词: 部分气化;半焦;孔隙结构;喷动流化床摘 要: 用氮气等温吸附(77K )方法测量了原煤及其加压、常压部分气化后半焦的B ET 比表面积,并通过BJ H 法计算了孔比表面积、孔容积、孔径和孔分布。
根据测试结果,从气化操作条件、半焦颗粒粒径、半焦工业分析3方面分析了影响半焦孔隙结构的因素。
常压喷动流化床气化中,挥发分析出或热解对半焦孔隙的生成和发展起到主导作用;而加压气化过程中,炭发生的气化反应对半焦孔隙的生成和发展有更加重要的影响。
实验中发现在一定的气化工况下,煤焦存在一个合适的颗粒尺寸范围,能形成比较大的孔比表面积和孔容积,有利于增强煤焦的气化反应。
中图分类号: TQ 534 文献标识码: A1 前言 第二代增压流化床联合循环发电技术采用了煤的部分气化,将产生的中低热值煤气用于提高烟气轮机入口的燃气温度,而煤部分气化后的半焦则送入PFBC 锅炉中燃烧。
它克服了第一代增压流化床联合循环系统中燃气轮机入口温度低的弱点,使系统净发电效率可望达到45%～47%[1],从而实现电站较高的整体发电效率。
半焦作为煤部分气化后的产物,与原煤相比在表面形态、内部结构及化学组成上都有很大的不同。
孔隙结构是半焦物理结构的主要部分,其内表面积和孔隙的大小直接决定了半焦的吸附特性和反应速率,对气化和燃烧过程都有显著的影响。
物质组织的孔隙结构对其性能产生显著影响
物质组织的孔隙结构对其性能产生显著影响摘要：物质的孔隙结构是指由孔隙大小、孔隙形状、孔隙分布和孔隙连通性等要素组成的网络结构。
这些孔隙结构对物质的性能具有重要影响。
本文将探讨不同孔隙结构对物质性能的影响机理，并介绍了一些相关研究成果。
1. 引言物质的孔隙结构对其性能具有重要影响。
不同的孔隙结构会影响物质的密度、强度、导热性、气体或液体吸附能力等多个方面的性能，从而决定了物质的应用范围和性能优劣。
2. 孔隙结构对物质性能的影响2.1 孔隙大小孔隙大小对物质的吸附能力、介质流动性和机械性能等方面产生显著影响。
较大的孔隙可以提高物质的吸附能力和介质流动性，但可能降低物质的机械强度。
较小的孔隙则可以增加物质的强度，但可能限制物质的吸附能力和介质流动性。
2.2 孔隙形状孔隙形状对物质的相变行为、介质流动性和化学反应等方面产生显著影响。
例如，球形孔隙具有更好的流动性和导热性，而细长孔隙则可能导致流动阻力增加。
此外，不同形状的孔隙还会对物质的可压缩性、扩散性和反应速率等产生影响。
2.3 孔隙分布孔隙分布对物质的均质性、渗透性和荷载分布等方面产生显著影响。
均匀分布的孔隙可以提高物质的均质性和渗透性，从而改善其传质性能和机械性能。
而不均匀分布的孔隙则可能导致物质的非均质性和渗透性降低。
2.4 孔隙连通性孔隙连通性对物质的导热性、渗透性和透气性等方面产生显著影响。
高连通性的孔隙网络可以提高物质的导热性和渗透性，从而提高其传热性能和传质性能。
而低连通性的孔隙网络则可能导致物质的导热性和渗透性降低。
3. 孔隙结构对物质性能的优化根据不同应用的需求，可以通过优化孔隙结构来改善物质的性能。
例如，对于吸附材料，可以通过控制孔隙大小和孔隙连通性来提高其吸附能力。
对于隔热材料，可以通过控制孔隙形状和孔隙分布来提高其导热性能。
对于过滤材料，可以通过控制孔隙大小和孔隙分布来提高其过滤效率。
4. 相关研究案例4.1 孔隙结构对炭材料性能的影响炭材料具有多孔性和高孔隙率，其孔隙结构对其气体吸附能力和电化学性能等具有重要影响。
碳溶反应过程焦炭气孔结构变化规律
碳溶反应过程焦炭气孔结构变化规律碳溶反应（也称焦渣燃烧反应）是指将煤炭等含碳物质加热至高温下与氧气发生化学反应，生成二氧化碳和水。
在这个反应过程中，焦炭是重要的中间产物，它是由煤炭热解过程中形成的具有高热稳定性的碳质材料。
焦炭气孔结构的变化直接影响其性质和应用。
以下将详细讨论焦炭气孔结构的变化规律。
首先，焦炭的气孔结构主要包括微孔和介孔两部分。
微孔的孔径一般小于2nm，介孔的孔径在2nm到50nm之间。
焦炭气孔结构的变化是由以下几个主要因素影响的：1.煤种因素：不同煤种的焦炭气孔结构存在差异。
煤种中的纤维素和半纤维素等可降解有机质在高温条件下分解，产生孔隙。
而煤炭中的粘土矿物和焦化炭质存在差异，也会影响焦炭气孔结构的形成和发展。
2.热解温度：热解温度是焦炭气孔结构变化的重要因素。
在较低的热解温度下，焦炭气孔结构的发展相对较少，主要是微孔的形成。
随着温度的升高，焦炭的介孔开始形成，增加了气孔的比表面积和孔容。
高温下热解可破坏焦炭的结晶结构，进一步增加气孔的体积，并且会形成更多的大孔，提高焦炭的活性、比表面积和孔容。
3.焦化速率：焦化速率是指焦炭形成的速度。
焦化速率越快，气体产生越多，气孔结构相对较大。
而焦化速率较低的情况下，焦炭的结晶程度较高，气孔结构相对较小。
以上是影响焦炭气孔结构变化的主要因素，下面将具体介绍焦炭气孔结构变化的规律：1.热解初期：在较低的热解温度下，焦炭的气孔主要是微孔，而且微孔的孔径较小。
随着温度的升高，微孔的孔径逐渐增大，孔容逐渐增加。
2.热解中期：随着热解温度的升高，焦炭开始形成介孔，介孔的孔径较微孔略大。
介孔的比表面积和孔容相对较大，能够吸附更多的气体和液体。
3.热解后期：在高温条件下，焦炭的结晶程度会逐渐增加，气孔结构趋于稳定。
热解过程中，焦炭中的不稳定有机物质会逐渐分解，形成更多的气孔，但气孔的孔径相对较大。
此时的焦炭具有较高的比表面积和孔容。
需要注意的是，焦炭气孔结构的变化是一个复杂的过程，受到多个因素的影响。
热解条件对白音华褐煤半焦孔隙结构的影响
６ ｍｍ 的 褐 煤 吸 附／ 脱 附 等 温 曲 线．由 图 １可 以看 出， 在相对 压 力 较 高 处 ， 吸 附 和 脱 附等 温 曲 线 不 重
合， 形 成 吸 附 回线 ． 一般 情况 下 ， 在一 定 的压 力 ｐ ／ ｐ 。
分析和元 素 分析 结果 见表 １ ． 半焦 由粒 径 为 １ ｍ ｍ～
０ 引 言
我 国褐 煤储 量 十分 丰 富 ， 但 因褐 煤 高水分 、 高 挥
发分 、 低热值 、 大孔 隙度 、 易 氧 化 自燃 、 易风化碎裂、 在空 气 中很 容 易 风 化 变 质 和 不 方 便 长 途 运 输 等 缺 点， 一直 未能 得 到很好 的利用 ． 然 而 由于褐 煤 的挥 发 分很 高 ， 适合 对其 进行 低 温干 馏得 到半 焦 、 焦 油和 煤 气等 产 品 ， 因此可 提 高褐煤 资 源 的利用 效 率 ， 减 少 对 环境 的污 染 ， 并且 能 够 取 得 良好 的 社 会 效 益 和 经 济 效益． 褐 煤热 解得 到 的半 焦 具 有 较 大 的 气孔 率 和 结 构强度 ［ 】 ］ ， 是很 好 的炭质 吸 附剂 和还 原 剂 ， 可 用 在 结 晶硅 、 电石和铁合金 等冶炼领域． 邱 介 山等 ［ ２ 利 用
且 中孔 和微 孔 占据 了很 大 的 比例 ； 对 半 焦的 孔 隙特性 参数 的 测定 比表 面积 、 孔 容积 和 平均 孔径 都 具有较 大的影 响．
关键 词 半 焦 ， 孔 隙特性 ， 低 温 热解 ， 褐煤 中 图分 类号 ＴＱ５ ３ ０ ． ２
Ｃ Ｏ。 吸 附法 在 ２ ９ ８ Ｋ 下 研 究 了 大雁 褐 煤 、 黄 县 褐煤
不同水蒸气浓度下褐煤气化半焦的活化及机理
不同水蒸气浓度下褐煤气化半焦的活化及机理申恬;王永刚;程相龙;林雄超【摘要】The char samples were prepared from the partial gasification of Shengli lignite in a fluidised-bed/fixed-bed reactor,and characterised by BET,Raman,FT-IR,microwave digestion ICP-AES,and TGA.The results indicate that at 800℃ and steam atmosphere the decomposition of ether group is made by the inherent char activation,leading to the decrease in the content of short chain or amorphous carbon between aromatic rings to prevent the graphitizing and the enhancement in the degree of defective aromatic structure.With the increasing of steam concentration (10%-25%) the char reactivity is reduced,which is attributed to the weakening of the regeneration of active sites by forming more ether group via the reaction "Ar,R-CO-Ar,R + 2H2O → Ar,R-O-Ar,R + 2H2 +CO2".However,with the continual increasing of steam concentration (25%-40%) the char reactivity is slightly promoted because the content of defective aromatic structure(3-5 rings)is increased due to the enhancement of the reaction (Ar,R-CH=CH2 + H2O → Ar,R-CO-CH3 + H2) and the reaction (Ar,R-+ H-→ Ar,R-H).%以胜利褐煤为原料,利用流化床/固定床石英反应器,进行褐煤气化实验,采用BET、Raman、FT-IR、微波消解ICP-AES、TGA等技术表征半焦.结果表明,在800℃水蒸气气氛中,醚基裂解造成芳环间短链或无定形碳含量减少,从而削弱石墨化进程,进而提高芳香结构的缺陷程度,是半焦活化的内在原因.提高水蒸气浓度(10%-25%),半焦的反应性降低,是因为气化过程中半焦的活性位再生能力变弱,而反应(Ar,R-CO-Ar,R+2H2O → Ar,R-O-Ar,R+2H2+CO2)增强,导致醚基含量增加,是半焦活性位再生能力变弱的内在原因.继续提高水蒸气浓度(25%-40%),半焦的反应性略有提高,是因为芳香小环(3-5环)缺陷结构含量增加,而反应(Ar,R-CH=CH2+H2O → Ar,R-CO-CH3+H2)和反应(Ar,R-+ H-→ Ar,R-H)增强是芳香小环缺陷结构含量增加的内在原因.【期刊名称】《燃料化学学报》【年(卷),期】2017(045)005【总页数】10页(P513-522)【关键词】褐煤;流化床;活性位;半焦结构【作者】申恬;王永刚;程相龙;林雄超【作者单位】中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院, 北京 100083;中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院, 北京 100083;中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院, 北京 100083;中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院, 北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TQ519褐煤气化过程包括热解和半焦气化两部分，其中，半焦气化是整个过程的控速步骤。
半焦知识
煤部分气化后的固体产物称为半焦，这种物质同煤炭一样，也是由多种组分组成的混合物。
由于在部分气化过程中，原煤中的挥发份大量逸出，因此相对煤炭而言，半焦具有高灰分、低挥发份、高含碳量、难以燃烧和发热量低等特点。
二、焦化分类及半焦的特性、应用
煤干馏的过程中:当煤料的温度高于100℃时，煤中的水分蒸发出；温度升高到200℃以上时，煤中结合水释出；高达350℃以上时，粘结性煤开始软化，并进一步形成粘稠的胶质体(泥煤.褐煤等不发生此现象)；至400-500℃大部分煤气和焦油析出，称一次热分解产物；在450-550℃，热分解继续进行，残留物逐渐变稠并固化形成半焦；于550℃，半焦继续分解，析出余下的挥发物(主要成分是氢气)，半焦失重同时进行收缩形成裂；温度高于800℃，半焦体积缩小变硬形成多孔焦炭。
低温干馏固体产物为结构疏松的黑色半焦，煤气产率低，焦油产率高；高温干馏固体产物则为结构致密的银灰色焦炭，煤气产率高而焦油产率低。
由煤低温干馏所得的可燃固体产物。
产率约为原料煤的50％～70％。
色黑多孔，主要成分是碳、灰分和挥发分。
其灰分含量取决于原料煤质，挥发分含量约5％～20％（质量）。
与焦炭相比，挥发分含量高，孔隙率大而机械强度低。
与一氧化碳、蒸汽或氧具有较强的反应活性。
半焦可代替焦炭（冶金焦）而广泛用于化工、冶炼、造气等行业，在生产金属硅、铁合金、硅铁、硅锰、化肥、电石等高耗能产品过程中优于焦炭
1）控制孔结构。
孔结构因素包括比表面积、孔径、孔容等。
（2）改变表面化学性质。
富氧气化半焦的孔隙特性研究
F O S H A N C E R A M IC S| Vol.28No.01(SerialNo.258)富氧气化半焦的孔隙特性研究王俊琪，张小明(南京工业职业技术学院，南京210023)摘要:本文利用氮气吸附的方法，分析了枣庄烟煤在常压流化床富氧气氛下的气化半焦的比表面积、总孔体积、孔径等参数，研究发现:在富氧气化过程中孔隙结构变得发达，比表面积、总孔体积明显的增大,孔径明显减小，且随着温度的升高，半焦的比表面积,孔隙率也明显的增大，平均孔径明显减小。
与空气气化半焦进行对比，结果显示:富氧气化半焦的比表面积和总孔体积都明显的增大。
孔隙率;吸附；兑附;比表面积;富氧气化1前言多年来我国的能源消费结构以煤为主，2014年能源 消费结构中煤炭的比例占66%c[1]。
煤炭资源的利用多以 直接燃烧为主，而煤的气化或液化也是以单一过程为 主，不仅转化率较低，使得资源浪费严重，而且反应要求 的条件比较苛刻。
由于煤是一种多组分的有机混合矿 物，如果根据煤的不同组分和不同反应阶段不同的反应 特点，实施煤热解、气化、半焦燃烧的分级利用[1-2]，则可 使煤气化技术[3-6]简化，实现煤炭资源高效低污染利用。
半焦作为煤气化后的产物，与原煤在表面形态、内部结 构上有很大的区别。
而半焦的孔隙结构特性对煤气化和 燃烧过程都有明显的影响。
孙瑞等[7]研究发现高温和较高烟气含氧量对半焦孔隙结构变化有促进的作用，半焦燃烧反应中比表面积 的变化趋势与半焦燃烧反应速率的变化趋势相似；周 毅等[8]从气化操作条件、半焦颗粒粒径、半焦工业分析三 方面分析了影响半焦孔隙结构的因素，并得出在一定气 化工况下，煤焦存在一个合适的颗粒尺寸范围，能形成 较大的孔比表面积和孔容积的结论;段钰锋等[9]用氮气 等温吸附方法测量了原煤及其加压、常压部分气化后半 焦的BET比表面积，并通过BJH法计算了孔比表面积、孔容积、孔径和孔分布;李庆钊等[10]利用不同燃烧气氛、不同燃尽程度的半焦，分析了半焦的孔隙结构及表面形 态;李文军等[11]对大雁褐煤、协庄烟煤、昔阳无烟煤及其 热解半焦的比表面积、孔容积和孔径进行了测定，总结 出了不同煤种、不同热解温度和不同热解气氛下半焦孔隙结构变化的规律。
半焦炭的比表面积与孔隙结构分析
半焦炭的比表面积与孔隙结构分析半焦炭是一种广泛应用于工业生产中的重要材料，其比表面积与孔隙结构的分析对于研究半焦炭的物理化学性能非常关键。
通过对半焦炭的比表面积与孔隙结构进行分析，可以深入了解半焦炭的形态特征、吸附性能及化学反应活性等方面的特性。
本文将详细介绍半焦炭比表面积与孔隙结构的分析方法与意义。
比表面积是衡量物体表面粒度的一种指标，常用于评估材料的反应性能和吸附性能。
对于半焦炭这样具有多孔结构的材料来说，比表面积的分析尤为重要。
常用的测定方法包括比氮吸附法（BET）和比亚瑟曼方法。
BET方法通过测定物质在一定温度下对氮气的吸附量，计算出比表面积。
而比亚瑟曼方法则是通过测定材料和液相吸附物之间的相互作用力，进而推算出比表面积。
通过这些测定方法，可以精确地确定半焦炭的比表面积，从而了解其在吸附、催化和反应过程中的表现。
在分析半焦炭的比表面积时，我们还需要关注孔隙结构，因为孔隙结构对半焦炭的吸附性能和承载能力有重要影响。
半焦炭的孔隙结构可以分为微孔、介孔和巨孔三种形式。
微孔的孔隙大小范围在2nm以下，介孔范围在2~50nm之间，而巨孔的孔隙大小则大于50nm。
不同孔隙结构对于吸附分子的选择性和扩散速率有着不同影响。
因此，分析半焦炭的孔隙结构是进一步了解其吸附性能的关键。
为了推测半焦炭的孔隙结构，常见的方法是通过吸附等温线分析和巴拉基方程来确定孔径分布。
在吸附等温线分析中，吸附剂（如水蒸汽或氮气）在不同压力下的吸附量与半焦炭的物理吸附力相关。
通过观察吸附等温线的形状和斜率，可以初步判断半焦炭的孔隙结构类型。
而巴拉基方程则可以进一步推算孔隙大小和孔隙分布的具体数值。
通过这些分析手段，我们可以揭示半焦炭孔隙结构与吸附性能之间的关系，为半焦炭的应用提供指导。
半焦炭的比表面积与孔隙结构分析对于多个领域的研究具有重要意义。
在能源领域，了解半焦炭的比表面积可以帮助优化燃烧过程，提高能源利用效率。
在环境保护领域，通过分析半焦炭的孔隙结构，可以研究其对废水处理、废气净化和固体废弃物处理的吸附性能，为环境治理提供新的材料途径。
沉积物孔隙结构与渗透性分析
沉积物孔隙结构与渗透性分析一、沉积物孔隙结构概述沉积物孔隙结构是指沉积物中孔隙空间的分布、形态和相互关系，它对沉积物的物理、化学和生物特性具有重要影响。
沉积物孔隙结构的研究对于理解沉积物的渗透性、强度、稳定性以及污染物的迁移和转化等方面具有重要意义。
1.1 沉积物孔隙结构的基本特征沉积物孔隙结构的基本特征主要包括孔隙大小、孔隙形状、孔隙连通性等。
孔隙大小影响沉积物的渗透性，孔隙形状影响沉积物的力学性质，孔隙连通性影响沉积物中物质的迁移和交换。
1.2 沉积物孔隙结构的影响因素沉积物孔隙结构的形成受到多种因素的影响，包括沉积物的来源、沉积环境、沉积过程、沉积后的变化等。
不同的沉积物来源和沉积环境会导致不同的孔隙结构特征。
1.3 沉积物孔隙结构的分类根据孔隙结构的特点，沉积物可以被分为不同的类型，如有孔隙沉积物、无孔隙沉积物、多孔隙沉积物等。
不同类型的沉积物具有不同的工程和环境特性。
二、沉积物孔隙结构与渗透性的关系沉积物的渗透性是指沉积物中流体的通过能力，它与沉积物的孔隙结构密切相关。
沉积物孔隙结构的变化直接影响其渗透性。
2.1 孔隙大小与渗透性孔隙大小是影响沉积物渗透性的重要因素之一。
一般来说，孔隙越大，渗透性越好。
这是因为较大的孔隙可以提供更多的流体通道，从而降低流体流动的阻力。
2.2 孔隙连通性与渗透性孔隙连通性是指沉积物中孔隙之间的相互连接程度。
高连通性的孔隙结构可以提供更多的流体通道，提高沉积物的渗透性。
相反，低连通性的孔隙结构会限制流体的流动，降低渗透性。
2.3 孔隙形状与渗透性孔隙形状也会影响沉积物的渗透性。
一般来说，规则的孔隙形状（如圆形或椭圆形）比不规则的孔隙形状（如裂缝或裂缝网络）具有更好的渗透性。
这是因为规则孔隙的形状可以减少流体流动的阻力。
2.4 沉积物孔隙结构对渗透性的影响机制沉积物孔隙结构对渗透性的影响机制主要包括孔隙大小、孔隙连通性和孔隙形状的综合作用。
这些因素相互作用，共同决定了沉积物的渗透性。
市政污泥掺混半焦粉成型影响因素的实验研究_林红
第21卷第4期洁净煤技术Vol.21No.42015年7月Clean Coal TechnologyJuly2015节能减排市政污泥掺混半焦粉成型影响因素的实验研究林红，滕济林，张旭辉，张云鹏，吴鹏，屈万领（北京国电富通科技发展有限责任公司，北京100070）摘要：在市政污泥和半焦粉成型过程中，为了研究各因素对成型效果的影响，以达到在较少黏结剂添加量的条件下，制备出强度和热值都较高的型煤，开展了市政污泥掺混半焦粉成型因素影响的实验研究。
在实验室条件下，以褐煤半焦粉为基本原料，通过添加不同比例的市政污泥和黏结剂，同时调节成型压力，利用压力试验机进行压球并测其强度。
在实验过程中，通过对各因素进行优化，得出了污泥半焦粉成型的最佳工艺。
结果表明：在黏结剂添加量为2.0%，污泥添加量为20%，成型压力为35kN 的条件下，制得了发热量在22MJ /kg 以上的污泥半焦型煤，为市政污泥的高效清洁利用提供了新途径。
关键词：市政污泥；半焦粉；黏结剂；成型；成型压力；成型水分中图分类号：X703；TU984.11文献标志码：A文章编号：1006－6772（2015）04－0087－04Briquetting factors of municipal sludge mixed with semi －coke powderLIN Hong ，TENG Jilin ，ZHANG Xuhui ，ZHANG Yunpeng ，WU Peng ，QU Wanling（Beijing Guodian Futong Science and Technology Development Co．，Ltd．，Beijing 100070，China ）Abstract ：In order to study the impact of various factors on briquetting effect and prepare coal briquette with higher strength and calorific value using less binder in the process of municipal sludge and semi －coke powder briquetting ，the study was conducted by briquetting fac-tors experiments．Under laboratory conditions ，as the basic raw material ，the lignite semi －coke powder mixed with municipal sludge and binder ，was applied to the briquetting experiment by using the pressure testing machine and the tester to pressure the strength of coal bri-quette ，while adding different proportions of municipal sludge and binder ，adjusting the molding pressure．During the experiment ，the opti-mum process of sludge and semi －coke powder briquetting was obtained by optimizing various factors．The results showed that ，under the conditions of briquetting pressure of 35kN ，the binder addition level of 2．0%，and the sludge amount of 20%，the sludge semi －coke bri-quette with above 22MJ /kg calorific value was produced ，which provided a new way for high efficiency and cleaning treatment of municipal sludge．Key words ：municipal sludge ；semi －coke powder ；binder ；briquetting ；pressure strength ；moisture content收稿日期：2015－03－29；责任编辑：孙淑君DOI ：10．13226/j．issn．1006－6772．2015．04．023基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（2012AA063506）作者简介：林红（1986—），女，河南商丘人，工程师，主要从事低阶煤综合利用的相关技术研究。
半焦的活化及其孔隙结构研究
半焦的活化及其孔隙结构研究史磊，张秋民，赵树昌大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室，辽宁大连 (106012)E-mail：shilei98@摘要：利用固体热载体快速连续实验装置制备低温半焦，并利用管式电热炉以CO2为活化气体，在高温下制备活性焦，使用N2吸附法测定不同热解温度下半焦和活性焦的比表面积、孔径分布的变化规律。
结果表明，在快速热解阶段半焦比表面积变及孔隙结构与原煤相比略有增加；活化后的半焦，比表面积增大132倍，孔隙结构发达，以中孔为主；活化反应中，温度为主要影响因素，时间次之，气体流量对活化反应影响较小。
CO2在半焦活化反应中主要促进中孔的形成。
关键词：快速热解，半焦，活化，CO2中图分类号：TQ530.21.引言半焦是煤在较低温度（低于700℃）下热解的固态产物，研究表明半焦的孔隙结构是影响其燃烧与气化过程及吸附性能的重要因素[ 1～3 ]。
半焦的孔隙结构受煤自身特性和热解条件的影响。
其中,热解速率和热解温度是两个重要因素[ 4～5 ]。
如果热解温度继续升高到1000℃左右，半焦会继续分解，产生大量气体产物，残留的固体部分不断收缩形成焦炭。
半焦与焦炭相比，未热解完全，具有相对发达的微孔结构及一定的中孔结构，对污染气体，及废水中的酚类等有一定的吸附性能，但未经改性的半焦的吸附能力不及普通活性炭，需要对其进行物理、化学改性以提高其吸附性能。
近年来，随着中国经济的高速增长，对环境保护的要求越来越高，用于废气、废水处理等方面的活性炭用量不断增加，但活性炭价格偏高，而活性半焦成本较低，作为活性炭的替代产品应用于烟气脱硫、工业废气废水处理等领域，则将大大降低企业的环保成本。
因此，进行活性半焦的研究有理论意义和实际意义。
2.实验部分实验用半焦是神木烟煤、小龙潭褐煤快速热解所得。
半焦制备是在固体热载体法快速热解实验装置上完成的，流程见文献9。
主要设备有混合器、反应槽、加热提升管、集合槽和油冷凝回收系统等。
简述影响孔隙度的因素
简述影响孔隙度的因素孔隙度是指岩石或土壤中的孔隙空间所占总体积的百分比。
它是岩石或土壤的一个重要物理性质，对于地质工程和油气勘探开发等领域具有重要意义。
影响孔隙度的因素有很多，下面将从不同的角度进行探讨。
1. 岩石或土壤类型：不同类型的岩石或土壤具有不同的物理性质，因此其孔隙度也会有所不同。
例如，砂岩通常具有较高的孔隙度，而页岩则具有较低的孔隙度。
土壤类型也会影响孔隙度，比如粘土通常具有较高的孔隙度，而砂土则具有较低的孔隙度。
2. 岩石或土壤的成分：岩石或土壤中的不同矿物质成分也会影响孔隙度。
一些矿物质具有较高的孔隙度，例如石英和长石，而一些矿物质则具有较低的孔隙度，例如方解石。
此外，岩石或土壤中的有机物含量也会对孔隙度产生影响，有机物含量较高的地层通常具有较高的孔隙度。
3. 地质构造：地质构造是指地壳中岩石的组合和排列方式。
不同的地质构造会对岩石的孔隙度产生影响。
例如，断层带通常具有较高的孔隙度，而折叠带则具有较低的孔隙度。
此外，地壳的应力状态也会对孔隙度产生影响，应力较大的地层通常具有较低的孔隙度。
4. 岩石或土壤的压实程度：岩石或土壤的压实程度也是影响孔隙度的重要因素之一。
当岩石或土壤受到较大的压力作用时，孔隙空间会被压缩，从而导致孔隙度的降低。
相反，当岩石或土壤受到较小的压力作用时，孔隙空间会得到扩张，从而导致孔隙度的增加。
5. 地层渗流：地层渗流是指岩石或土壤中流体（如水或油气）在孔隙中的流动。
地层渗流会对孔隙度产生影响。
当流体通过孔隙时，它会对孔隙空间进行冲刷和侵蚀，从而导致孔隙度的增加。
相反，当流体停止流动时，孔隙空间会被流体填充，从而导致孔隙度的降低。
影响孔隙度的因素有岩石或土壤类型、岩石或土壤的成分、地质构造、岩石或土壤的压实程度以及地层渗流等。
了解这些影响因素对于正确评估地质工程和油气勘探开发等方面具有重要意义。
通过对这些因素的研究和分析，可以更好地理解和应用孔隙度这一地质参数。
半焦孔隙结构的影响因素
半焦孔隙结构的影响因素周毅;段钰锋;陈晓平;赵长遂;吴新【期刊名称】《锅炉技术》【年(卷),期】2005(036)004【摘要】用氮气等温吸附(77 K)方法测量了原煤及其加压、常压部分气化后半焦的BET比表面积,并通过BJH法计算了孔比表面积、孔容积、孔径和孔分布.根据测试结果,从气化操作条件、半焦颗粒粒径、半焦工业分析3方面分析了影响半焦孔隙结构的因素.常压喷动流化床气化中,挥发分析出或热解对半焦孔隙的生成和发展起到主导作用;而加压气化过程中,炭发生的气化反应对半焦孔隙的生成和发展有更加重要的影响.实验中发现在一定的气化工况下,煤焦存在一个合适的颗粒尺寸范围,能形成比较大的孔比表面积和孔容积,有利于增强煤焦的气化反应.【总页数】5页(P34-38)【作者】周毅;段钰锋;陈晓平;赵长遂;吴新【作者单位】东南大学,动力系,洁净煤发电与燃烧技术教育部重点实验室,江苏,南京,210096;东南大学,动力系,洁净煤发电与燃烧技术教育部重点实验室,江苏,南京,210096;东南大学,动力系,洁净煤发电与燃烧技术教育部重点实验室,江苏,南京,210096;东南大学,动力系,洁净煤发电与燃烧技术教育部重点实验室,江苏,南京,210096;东南大学,动力系,洁净煤发电与燃烧技术教育部重点实验室,江苏,南京,210096【正文语种】中文【中图分类】TQ534【相关文献】1.干馏条件对油页岩半焦孔隙结构的影响 [J], 黄逸群;张缦;单露;杨海瑞;岳光溪2.热解长焰煤的孔隙结构演变及半焦吸附性能 [J], 王劲草;吕玉庭;徐璐3.热解长焰煤的孔隙结构演变及半焦吸附性能 [J], 王劲草;吕玉庭;徐璐;4.催化剂对油页岩半焦孔隙结构的影响 [J], 朱国青; 毕洪伟; 牛莲山; 褚志强; 潘妮5.生物质半焦FTIR分析及孔隙结构变化规律研究 [J], 车德勇;蒋文强;李少华;李洪;林建清因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
孔隙率存在的问题
孔隙率存在的问题
孔隙率存在的问题主要包括以下几点：
1. 强度低：孔隙率较高的材料往往具有较低的强度，因为它们内部的空隙使得材料的结构变得疏松，从而削弱了其承载能力。
2. 吸水率较大：孔隙率高的材料具有较高的吸水率，因为水分可以更容易地渗透到材料内部的空隙中。
这可能导致材料在湿润环境下失去稳定性，甚至发生变形或破坏。
3. 耐水性差：由于孔隙率高，材料的耐水性通常较差。
水分渗透到材料内部后，可能导致材料的性能下降，甚至引发开裂、脱落等问题。
4. 不宜用作结构材料：由于孔隙率高导致的一系列问题，这类材料通常不适合用作结构材料，特别是在需要承受较大荷载或长期暴露于恶劣环境中的应用中。
5. 不宜用于潮湿环境：孔隙率高的材料在潮湿环境下容易出现性能下降、变形、开裂等问题，因此不适合用于浴室、地下室等潮湿环境。
综上所述，孔隙率存在的问题会对材料的性能和使用寿命产生负面影响，因此在选择和使用材料时需要考虑孔隙率的影响。
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第36卷第4期2005年7月锅 炉 技 术BOIL ER T ECH NO L OGYVol.36,No.4Jul.,2005收稿日期:20040712基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)基金资助项目子课题(G199902210532)作者简介:周毅(,男,东南大学动力工程系硕士研究生。
文章编号: CN311508(2005)04003405半焦孔隙结构的影响因素周 毅, 段钰锋, 陈晓平, 赵长遂, 吴 新(东南大学动力系洁净煤发电与燃烧技术教育部重点实验室,江苏南京210096)关键词: 部分气化;半焦;孔隙结构;喷动流化床摘 要: 用氮气等温吸附(77K)方法测量了原煤及其加压、常压部分气化后半焦的BET 比表面积,并通过BJH 法计算了孔比表面积、孔容积、孔径和孔分布。
根据测试结果,从气化操作条件、半焦颗粒粒径、半焦工业分析3方面分析了影响半焦孔隙结构的因素。
常压喷动流化床气化中,挥发分析出或热解对半焦孔隙的生成和发展起到主导作用;而加压气化过程中,炭发生的气化反应对半焦孔隙的生成和发展有更加重要的影响。
实验中发现在一定的气化工况下,煤焦存在一个合适的颗粒尺寸范围,能形成比较大的孔比表面积和孔容积,有利于增强煤焦的气化反应。
中图分类号: T Q 534 文献标识码: A1 前言第二代增压流化床联合循环发电技术采用了煤的部分气化,将产生的中低热值煤气用于提高烟气轮机入口的燃气温度,而煤部分气化后的半焦则送入PFBC 锅炉中燃烧。
它克服了第一代增压流化床联合循环系统中燃气轮机入口温度低的弱点,使系统净发电效率可望达到45%~47%[1],从而实现电站较高的整体发电效率。
半焦作为煤部分气化后的产物,与原煤相比在表面形态、内部结构及化学组成上都有很大的不同。
孔隙结构是半焦物理结构的主要部分,其内表面积和孔隙的大小直接决定了半焦的吸附特性和反应速率,对气化和燃烧过程都有显著的影响。
因此,对半焦的孔隙特性进行相关的研究,无论在半焦研究的基础理论方面还是在半焦的实际应用过程中,均具有重要的地位。
许多研究者对气化和燃烧过程中煤焦的孔隙结构作过研究,但煤焦结构的复杂性也限制了该研究的深入开展。
本文从工业化和半工业化的部分气化炉中取得半焦样品,测定了其比表面积、孔比表面积、孔径和孔容等参数,并对这些参数的影响因素作了详细的分析和探讨。
2 实验部分2.1实验样品本实验的样品主要分为两大系列:加压系列(PC 、2-PC)与常压(A C)系列。
每个系列中又包括2个种类:原煤和半焦,其中加压系列的半焦又分别取自初始气化的非稳定过渡工况(PC 系列)和稳定6h 后的稳态气化工况(2-PC 系列)。
加压系列的样品来自东南大学热能研究所热输入2MW 增压喷动流化床(PFG)多功能热态实验台;常压系列的样品来自南京某厂常压喷动流化床煤气炉。
煤样都是徐州烟煤,其工业分析和元素分析见表1,半焦是煤气炉在表2所示运行工况下取得。
表1 常压、加压气化用原煤的工业分析和元素分析%煤 样 工业分析(空干基) 元 素 分 析A FC V M C ad H ad O ad N ad S ad 加压气化用煤22.9945.8728.94 2.2060.46 4.128.72 1.110.40常压气化用煤25.3646.2526.112.2956.543.718.310.870.48第4期周毅,等:半焦孔隙结构的影响因素表2 常压、加压气化半焦样品的实验工况项 目单 位常 压加 压操作压力M Pa0.10.5床层温度 ~900~950给煤量kg/h330320蒸汽流量kg/h30100蒸汽压力M Pa0.20.8蒸汽温度 110350总空气量N m3/h600510流化风量N m3/h480200空气温度 30300空气压力M Pa0.120.6静止床高m0.6 2.2炭转化率%~55~702.2实验方法本实验样品的孔隙结构测定是在美国Quan-tachro me公司生产的NOVA100E型N2吸附仪上进行。
该仪器在液氮饱和温度下(77K)对样品进行静态等温吸附测量,相对压力在0.01~ 0.995之间,取7个比压力点进行等温吸附,19个比压力点进行等温脱附。
测定的数据采用NovaWin软件进行处理,由多点BET法计算样品的比表面积,由BJH法计算孔的比表面积、孔径、孔容积及孔分布。
3 实验结果与分析本次实验一共选取并测试了4组粒径范围的8个原煤样品,6组粒径范围的18个半焦样品,限于篇幅没有将所有样品的测试结果列出,仅选取了一些典型的样品。
表3给出了这些典型样品的比表面积、孔比表面积、比孔容和平均孔径。
表3 部分原煤与半焦样品的孔隙结构参数样品编号种 类粒径/mm比表面积/m2 g-1孔比表面积/m2 g-1比孔容/ml g-1平均孔径/mm A C1-1原煤0.17~0.355 4.59 3.250.00507 3.84PC1-2原煤0.6~1.0 3.26 3.250.00472 3.85A C2-1常压气化半焦0.6~1.026.2111.000.00972 3.82A C2-2常压气化半焦 1.43~2.027.8113.010.01110 3.83A C2-3常压气化半焦 2.5~3.013.26 4.500.00467 3.85PC2-1加压气化半焦0.6~1.024.9010.200.00928 3.82PC2-2加压气化半焦 1.43~2.022.3211.410.01130 3.82PC2-3加压气化半焦 2.5~3.018.24 6.470.00506 3.852-PC2-1加压气化半焦0.6~1.0178.1176.190.05490 3.812-PC2-2加压气化半焦 1.43~2.0126.4066.010.04040 1.402-PC2-3加压气化半焦 2.5~3.076.2337.710.02170 1.403.1半焦孔隙结构与气化操作工况本次实验的半焦样品均来自半工业化或全工业化的喷动流化床气化炉,由于喷动流化床中煤气化和气固流动特性本身极其复杂并相互影响,在气化过程中,炭与CO2、H2O气化反应对孔隙的影响呈现出不同的特点[2],最终的孔隙结构也是2种异相气化反应共同作用的结果。
实际上,样品中还必须掺杂有为气化提供热量的部分燃烧后的残焦,所以样品孔隙结构的测试结果只能反映某个宏观工况下部分气化和燃烧作用的综合效果。
从文献资料中发现,有关煤热解气化和煤焦燃烧过程中孔隙结构的变化规律,部分研究者[3~4]认为:随热解的进行,温度低于500 时,主要是原煤外表面的挥发分析出打开了煤中的孔隙,此时对孔隙发展和生成的影响还不是特别大。
温度在500 ~700 时,煤粒内部深处的挥发分开始大量释放出来,并开始有焦油形成,此时将会有大量新孔生成,煤焦孔隙结构开始变得发达。
温度在700 ~800 时,由于煤粒的塑性和焦油所处的半析出状态,会减少或堵塞部分孔隙;温度高于800 后,煤中一些较轻的物质会继续析出而留下很多小孔。
对于煤焦35锅 炉 技 术 第36卷燃烧过程中孔结构的变化规律是:大部分的煤焦在燃烧初期,比表面积会逐渐增加,在0.5s~ 1.0 s后会达到最大值,之后又开始逐渐减小,燃烧时间越长,比表面积越小,甚至低于原煤的比表面积。
气化的最终作用会促进孔隙的发展,而燃烧的最终作用会抑制孔隙的发展。
从表3的测试结果看,半焦的比表面积和孔表面积都明显大于原煤,说明床层中气化反应发生的比例高于燃烧反应发生的比例。
从宏观上看,加压喷动流化床的床层温度比常压喷动流化床高出50 、气化介质温度高出200 ~300 、静止床高高出1500mm左右,汽/煤比也较大。
高的床温有利于气化反应的进行和孔隙的发展;高的汽/煤比和气化介质温度有利于提高气化活性并扩大孔容;床层高度及压力增大也会增加煤焦的气化反应时间;这些条件对煤焦孔隙结构的发展都有很大的促进作用[2,5~6]。
最终的表现结果是加压喷动流化床中半焦的孔隙结构比常压喷动流化床中的半焦发达,事实上2-PC系列的实验结果即证明了这一推论。
至于PC系列和AC系列2组样品,相同粒径的半焦在比表面积、孔径和孔容积上也无数量级上的差别,甚至有些数据非常接近,可能是PC系列的半焦样品属于准稳态气化过程的初期产物,燃烧的成分相对多,气化的成分相对少,而燃烧对煤焦孔隙结构发展的最终影响往往又是消极的,从而在准稳态气化过程中压力对半焦空隙结构影响不明显。
3.2半焦孔隙结构与半焦粒径半焦的比表面积、孔比表面积、孔容积与粒径的关系呈现出一定的规律,如图1~3所示,总的趋势是随粒径的增加先增大而后又减小。
加压半焦在平均粒径为0.5mm~1mm左右为一个转折点,常压半焦在平均粒径为1mm~ 1.5mm 左右为一个转折点,其中2-PC系列最为明显。
定性来讲,颗粒越细,挥发分的析出也越容易,煤焦参加化学反应的相对表面积也越大,内外表面的温度差能快速达到平衡,化学反应越容易进行。
但当煤颗粒尺寸太小时,一旦进入床层便很快被吹出炉膛,往往来不及参与反应,这样细颗粒孔隙的发展就不会太完全。
而煤焦颗粒太大时,存在加热效应,煤焦达到反应终温的时间较长,内部挥发分的析出相对困难[7]。
同时,参加化学反应的相对表面积减少,仅外表面能够较好地参加反应,整体的气化反应被削弱,即使能多次循环反应,也有可能由于颗粒的热塑性以及煤焦内部多种物质不一致的膨胀,使得一些内孔图1半焦比表面积与半焦平均粒径的关系图2 半焦孔比表面积与半焦平均粒径的关系图3 半焦比孔容积与半焦平均粒径图4 半焦挥发分含量与半焦平均粒径36第4期周毅,等:半焦孔隙结构的影响因素合并、消失或封闭。
所以,在一定的气化工况下,煤焦可能存在某一个合适的颗粒尺度范围,使得挥发分的析出阻力适中,煤焦气化反应的活性增强,导致颗粒的比表面、孔比表面和孔容积等有比较大的增加。
比表面积、孔比表面积、孔容积是煤焦孔隙结构的外在表现,在气化或燃烧反应当中,有很多因素会影响煤焦的这些参数,颗粒粒径只是其中之一。
从这些参数与半焦颗粒大小的联系中得到与孔隙结构之间的某种确切关系还比较困难,是今后研究中需要深入的问题。
3.3半焦孔隙结构与半焦工业分析不同粒径的煤粒进入气化炉中发生反应时,由于受两相流动、床层温度、反应时间、化学反应速度、破碎和磨损等因素的影响,煤粒反应后形成的半焦必然表现出不同的化学组分。
通过对比原煤和半焦的工业分析可以定性地描述半焦的形成对孔隙发展的影响。
如前所述,从煤热解、气化或燃烧过程孔隙结构的变化规律研究中,研究者们普遍认为挥发分析出和气化反应对煤焦孔隙的发展和生成起着重要的作用。
由表4所示,常压AC系列半焦中残余挥发分的比例大幅减少,固定炭和灰分的含量相对增加,并且两者的百分比基本上都高于原煤。