工业分析

工业分析论文题目: 煤的工业分析
院（系）: 化学化工学院
专业年级: 化工2012级
姓名: 王**
学号: 1211****
指导教师: 田*
2015年10月
煤的工业分析
摘要：煤的工业分析，又叫煤的技术分析或实例分析。

包括煤的水分、灰分、挥发分和固定碳等指标的测定。

本文从煤的水分、煤的灰分、煤的挥发度、煤的固定碳和煤的粘结指数几个方面对煤的工业分析方法进行阐述。

关键词：水分，灰分，挥发分，固定碳，粘结指数
1.煤的水分
煤的水分是煤炭计价中的一个辅助指标，直接影响煤的使用、运输、和储存。

1.1煤中的游离水和化合水
煤中水分按存在形态的不同分为两类，即游离水和化合水。

游离水是以物理状态吸附在煤的颗粒内部毛细管中和附着在煤颗粒表面的水分；化合水也叫结晶水，是以化合方式同煤中的矿物质结合的水。

煤的工业分析中只测试游离水，不测结合水。

1.2煤的外在水和内在水
煤的有力水有分为外在水和内在水。

外在水分，是指附着于是附着在煤颗粒表面的水分。

外在水分很容易在常温下的干燥空气中蒸发，蒸发到煤颗粒表面的水蒸气压与空气的湿度平衡时就不再蒸发了。

内在水分，是吸附在煤颗粒内部毛细孔中的水分。

内在水分需在100℃以上的温度经过一定时间才能蒸发。

1.3煤中水分的重要性
1)煤质分析中，煤的水分作为不同基础煤质分析结果换算的基础数据。

2)煤中水分可作为煤质加工利用时加氢液化、加氢气化的供养体。

3)煤中水分对其加工利用、贸易和储运都有很大影响：
a)锅炉燃烧中，水分高会影响燃烧稳定性和热传导。

b)炼焦中，水分高会降低焦炭产率，而且由于水分大量蒸发带走热量而延长焦化周期。

c)煤炭贸易中，煤的水分是一个重要的计质计量指标。

由此可见，水分无论在煤的基础理论研究和加工利用中都具有重要作用，水分测定结果是一项重要的煤质指标。

1.4煤中水分的测定
国家标准煤中全水分的测定方法（GB/T 211）中规定了煤中全水分的三种测定方法，分别为方法A（两步法）、方法B（一步法）、方法C（微波干燥法）[1]。

一般分析试验煤样是指破碎为粒度小于0.2mm并达到空气干燥状态，用于大多数物理和化学特性测定煤样。

煤的工业分析方法（GB/T 212）中规定了一般分析试验煤样水分测定的三种方法，即同氮干燥法、空气干燥法和微波干燥法。

[2]
2.煤的灰分
煤的灰分不是煤中固有的成分，而是煤在规定条件下完全燃烧后的残留物，是煤中矿物质在一定条件下经一系列分解、化合等复杂反应而形成的，是煤中矿物质的衍生物。

煤的灰分产率虽是常规的工业分析的指标，但却是进行煤质评价、加工利用、贸易计价等重要的最基础指标。

2.1灰分产率的测定
煤的灰分产率的测定应严格按国家标准GB212《煤的工业分析方法》规定的程序和方法进行。

方法提要如下：称取一定量的空气干燥煤样，放人马弗炉中，以一定的速度加热到(815±10)℃，灰化并灼烧到质量恒定。

以残留物的质量占煤样质量的百分数作为煤样的灰分。

2.2影响灰分产率测定的因素
1)温度高低及其控制。

要使煤样在规定的温度及时间控制下实现完全燃烧，温度是主要影响因素。

要保证马弗炉内的工作温度在30 min的时间内由低于100℃缓慢升温至500℃并在此温度下保持30 min，然后又继续升温到(815±10)℃。

这一阶段是非常关键的阶段，在该阶段有机质可以完全燃烧，所残留的灰的变化却不同：在815℃条件下，能使碳酸盐完全分解而硫酸盐不会分解。

但如果测定温度在1 000℃以上硫酸盐就会开始分解，当超过1 300℃以后灰中的碳酸盐会全部分解。

2)升温速率的控制及温度停留时间的控制。

为了测得可靠的灰分产率，就必须使黄铁矿氧化完全，碳酸盐分解完全，但又要阻止黄铁矿氧化生成三氧化硫后和碳酸盐分解生成的氧化钙间的反应，或使该反应能降低到最低程度，升温速率的控制及温度停留时间的控制应充分达到方法标准的要求。

因为在加热初期，煤样升温的速度直接影响煤灰中被固定下来硫的多少。

3)样品称量准确度的影响。

要得到准确度高的灰分测值，煤样的称量也很重要。

首先，天平的精度及其准确可靠性必须经过专业部门的检定。

称量样品时应做到准确、快捷。

其次，称样量应符合规范，不应过少或过多。

称样量过少会使其样品代表性变差；称样量过多又会使灰皿底部平摊的煤样过厚，不易烧透，灰分测值偏高。

4)入炉灰化后残渣的吸水性影响。

灼烧后的残渣(煤灰)会吸收空气中的水分，特别是在潮湿的天气或在湿度大的环境中测试时。

因此煤灰从马弗炉中取出后放置在空气中时间的长短，对灰分测定准确度也有一定的影响。

2.3针对影响因素应采取的经验措施
1)加热初期由常温升至500℃的时问段，其升温时间应尽量控制在30～40 min左右。

所使用的马弗炉应带有烟囱，以利通氧及排出分解的二氧化硫。

2)根据GB212的规定，应称取粒度小于0．2 mm的空气干燥煤样，控制其称样量为(1±0．1)g，并尽量均匀摊平在灰皿底部，使其每平方厘米的质量不超过0．15 g。

3)经过灼烧灰化后的煤灰可先行在空气中冷却5 min左右，之后要尽快移人干燥器中，再冷却至室温，继而进行称量。

4)炉温的专业校准应每年定期校准一次，其间如果更换了工作热电偶或更换加热件后则应重新对炉温进行校准。

煤中的灰分的测定虽不复杂，但该项指标非常重要，只有严格遵照国家标准规范人员的各项操作，并做好仪器选择、器具检定、炉温校准等工作，方能提高测定准确度。

2.4煤中灰分的重要性
1)煤的灰分越高，有效碳的产率就越低，煤灰含量已作为商业上定级论价依据。

2)在炼焦工业中，以煤的灰分量预计焦炭中的灰分，决定焦炭质量级别。

3)煤燃烧和气化中，根据煤灰含量及灰熔点、粘度、导电性和化学组成等特性来预测燃烧和气化中可能出现的腐蚀、沾污、结渣问题，并据此进行炉型选择及煤灰渣利用研究。

4)灰分与含碳量、发热量、粘结度、活性及可磨性有程度不同的依赖关系，通过灰分来研究上述各种特性。

5)煤灰是煤中矿物质的衍生物，可用它来算煤中矿物质含量。

6)在煤炭采样和制样研究中，由于煤中灰分测定简单，灰分在煤中分布不均衡，一般都用灰分测定结果来评定方法的准确度和精密度。

7)煤的灰分作为洗选工艺研究中的效率指标。

鉴于上述，煤中灰分测定结果是煤质特性和利用研究中起重要作用的指标。

3.煤的挥发份
煤的挥发分，即煤在一定温度下隔绝空气加热，逸出物质(气体或液体)中减掉水分后的含量。

剩下的残渣叫做焦渣。

因为挥发分不是煤中固有的，而是在特定温度下热解的产物，所以确切的说应称为挥发分产率。

3.1煤的挥发分测试要点
称取一定量的空气干燥煤样，放在带盖的瓷增锅中，在(900±10)℃温度下，隔绝空气加热7 min，以减少的质量占煤样质量的百分数，减去该煤样的水分含量，作为其挥发分产率。

3.2挥发分准确测定的两个重要因素
加热温度和时间是挥发分准确测定的两个重要因素；加热温度相对更为重要一些。

因为只有在(900±10)℃下加热7 min煤中的有机质和无机矿物质的热解反应趋于完全，测定的结果稳定可靠。

3.3煤中挥发分的重要性
1)根据挥发分产率和测定挥发分后的焦块特性可初步决定煤的加工利用途径：
a)高挥发分的煤，干馏时化学副产品产率高，可用作低温干馏原料，还可作为气化原料。

b)挥发分适中的烟煤，粘结性较好，用于炼焦。

c)在配煤炼焦中，要用挥发分来确定配煤比，使混煤的挥发分控制到25％～31％这一适宜范围。

d)在燃煤中，可依挥发分来选择特定煤源所需燃烧设备或适于特定设备的煤源。

2)根据挥发分，可估算炼焦时焦碳、煤气、焦油和粗笨等产品的产率。

3)在气化和液化工艺条件的选择上，挥发分也有一定的参考作用。

4)挥发分还作为环境保护制定烟雾法的一个依据。

5)利用挥发分与发热量、碳和氢含量相关关系，可以计算煤的发热量和碳氢含量。

4.煤的粘结指数
粘结指数是判别焦煤粘结性的一个关键性指标，它是焦煤在各种热加工工艺过程（焦化、汽化、液化与燃烧)中最重要的特征。

大量机械搅拌检测数据为提高(G)值检测结果的精密度提供了依据[1]。

4.1烟煤粘结指数测定的方法
是将一定质量的试验煤样和专业无烟煤在规定条件下混合，快速加热成焦。

所得焦块在一定规格的转鼓内进行强度检验，以焦块的耐磨强度。

即抗破坏力的大小来表示试验煤样的粘结能力。

4.2影响(G)值测定结果的因素
1 )温度与湿度对测定结果的影响
现实操作中我们应于注意：在气温高湿度大的夏季或雨季，试验煤样易结块，就是俗话说的煤较湿；而在气温低而干燥的冬季，煤样又较为干燥，故温度与湿度对煤样存在一定的影响[4]
2)其它因素的影响
除煤本身特性外．影响测定结果因素还有：焦化温度、焦化时间、马弗炉温度回升速度、煤样粒度和放置时间．转鼓转速和时间、压块质量、煤样与无烟煤的混合均匀程度[3]。

其中，不言而喻，煤样与无烟煤的混合越均匀，测定结果越可靠。

5.煤中固定碳含量的计算
5.1固定碳含量的计算
固定碳是指测定煤的挥发分时剩下的焦渣中扣除灰分部分，也是表征煤变质程度的一个指标。

固定碳除碳元素之外，还含有少量的硫及少量未分解的碳氢化合物，因此，用这种方法计算出来的煤中固定碳含量不等同于煤中的碳元素含量。

固定碳的计算按式（3-5）计算
FCad=100－(Mad＋Aad＋Vad) （3-5）
式中 FCad——空气干燥煤样的固定碳的质量分数，％；
Mad——空气干燥煤样水分质量分数，％；
Aad——空气干燥煤样的灰分的质量分数，％；
Vad——空气干燥煤样的灰分的质量分数，％
综上所述：工业分析测定的各种数据正是决定煤炭的工业方向的理化依据。

能真实反映煤自身特性的工业分析结果，对煤田有计划勘探、煤炭合理开发布局及科学有效利用具有可靠的指导作用，对三大煤炭基地建设及煤化工项目的确立具有决定性意义，对国民经济持续发展将从根本上提供了保证
参考文献
[1~2]李广超主编．工业分析．第二版．化学工业出版社,2014．
[3] GB—T 5447-1997．烟煤粘结指数测定方法[S]
[4] GB／479—2000。

烟煤胶质层指数测定方法[S]。