煤对二氧化碳化学反应性的测定及影响因素

作者:未知

  摘 要:根据煤对二氧化碳化学反应性的测定原理和方法,从反应温度、干馏温度、系统的气密性、二氧化碳流量、煤量层高度、煤样粒度、取气时间等这几方面分析煤对二氧化碳化学反应性测定的影响因素,并提出相应的控制措施,提高检测结果的准确性。
  关键词:煤对二氧化碳的反应性;测定;影响因素
  Abstract:According to the principle and method of measuring the chemical reactivity of coal to carbon dioxide, chemical reactivity determination  influencing factors of coal to carbon dioxide should be analyzed from the aspects of reaction temperature, dry distillation temperature, gas tightness of the system, carbon dioxide flow, coal layer height, coal sample size and gas extraction time.  And corresponding control measures are proposed to improve the accuracy of the test results.
  Key words:reactivity of coal to carbon dioxide;determination;influencing factors
  煤对二氧化碳的化学反应性是指在一定温度条件下,煤中的碳与二氧化碳进行还原反应的反应能力。[1]煤的化学反应性是一项重要的燃烧及气化特性指标。煤在炉中的耗氧、耗煤量及煤气中的有效成分等反应了煤反应性的强弱。煤的反应速度快,煤的反应性就强。该指标试验时影响因素较多,结果偏差较大,因而对影响该指标测定的因素进行分析研究具有十分重要的意义。
  1 试验原理和方法
  煤对二氧化碳的反应性俗称活性,它是指在一定温度条件下煤与二氧化碳相互作用的能力。其方法的要点是先将煤样在一定温度(900℃)下干馏以除去其挥发物质,然后筛分并选取一定粒度的焦渣装入反应炉中加热到800~1100℃,并通入一定量的二氧化碳气体与焦渣反应,测出反应后气体中二氧化碳的含量,以计算出被焦渣还原成一氧化碳的二氧化碳占通入二氧化碳总量的比例(α),该指标称为煤对二氧化碳的分解率,常作为评价煤对二氧化碳反应能力的指标。[2]
  2 试验结果影响因素的分析
  2.1 反应温度
  反应温度的高低对煤的化学反应性有很大的影响。如表2-1中的1、2和3 号三组数据分别是煤放在反應管中间和和两末端测定得到的结果,从表中可看出反应炉温度越高,反应性就越高。因此为正确测定煤对二氧化碳的化学反应性,煤必须置于炉内中间位置即反应管恒温区,热电偶热端位于恒温区中心,并定期对热电偶和温度表进行检定校准,确保煤样在国标规定的温度下进行反应。
  2.2 干馏温度
  国标中规定煤样在试验前要进行干馏处理,试验证明干馏温度过高或过低对试验结果都有一定的影响。下表2-2分别是煤在不同温度下干馏后的反应性测定结果。显然干馏温度过高或过低对结果都有较大的影响。干馏温度为1050℃时,反应性将大幅度的下降。
  因此,为了不影响测定结果的准确性,要严格按国标的规定煤样在900℃温度条件下干馏处理1h。
  2.3 气体分析系统的气密性
  在进行反应炉升温前应检查气体分析系统的气密性,如果系统漏气,就会让空气进入系统,使所取的分析气体不纯,检测结果就没有实用价值。因此必须保证系统的气密性良好。其次,若反应管里有空气存在,煤中的碳会与空气中的氧进行化学反应,也会影响试验结果。所以试验前必须将炉内的空气排除掉。
  2.4 CO2的流量
  煤对CO2的反应性与通入的CO2流量密切相关。CO2的流量的大小,决定了CO2与煤样表面的接触时间,即CO2与C的反应时间。如表2-3中1、2、3分别是同一煤在CO2流量为400mL/min、500mL/min、800mL/min条件下的测定结果。可以看出CO2流量越大,反应性就越小。因为CO2流量越小,CO2与C的反应时间就越长,CO2转变成CO的转化率就越高;流量越大,CO2与C还没有来得及反应就流出了反应管,而使反应性降低。流量越小,CO2与C反应时间就越长,它转变成CO的转化率就越高。
  2.5 煤样料层高度
  装入反应管中煤料层的高低,也直接影响煤的反应性大小。下表2-4中1、2、3结果是装入反应管中煤样高度分别为5cm、10cm、15cm的情况下测定的反应性;由测定结果可以看出,煤样厚度越厚,煤的化学反应性就越高。这是因为煤样高度越高煤样的表面积就越大,CO2与煤样的接触的有效面积就越大,转化率就越高。为了准确测定煤对二氧化碳的反应性,要严格按国标的要求装样,煤样在反应管中的高度应为10cm。
  2.6 煤样的粒度
  GB/T220规定,煤样经干馏后,选取3~6mm焦渣装入反应管中试验。煤样粒度的大小对测定结果也有一定的影响。表2-5表中所示结果1、2、3号分别是在煤样粒度为>6mm、3~6mm、<3mm条件下测得的。从结果可以看出,粒度过大或过小都会影响煤的反应性,随着煤样粒度的减小,反应性就来越高。这是因为煤样粒度越小, 煤样的表面积就越大,CO2与煤样的接触的机率就越大,转化率就越高。因此,必须保证试验煤样粒度级为3~6mm,并且将煤样混合均匀,才能得到可靠准确的试验结果。
  2.7 取气时间
  当CO2通入仪器反应管后,CO2浓度在不断变化。多年的实践经验证明:取气时间的长短,直接影响到反应率的大小。通入CO2时间越长,气体中CO2浓度越高,检测结果偏低些。一般CO2通入反应管后2.5~3min时反应气中CO2浓度趋于稳定。因此,要严格按执行标准规定的通气时间,即通气2.5min时,用分析分析器在1min内取气清洗系统并取样,在通气3min时记录仪器所显示的CO2浓度。
  总之,煤对二氧化碳化学反应性的测定是一项规范性很强的检测项目,影响因素诸多,其测定结果随试验条件而变化。为了保证检测结果的准确可靠性,在试验过程中一定要严格按国标进行操作试验,为煤炭气化燃烧技术的发展提供准确的检测数据。
  参考文献:
  [1]李英华.煤质分析应用技术指南[M].北京:中国标准出版社,2009.
  [2]陈文敏,刘淑云.煤质及化验知识问答[M].北京:化学工业出版社,2011.
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