煤對二氧化碳化學反應性的測定方法
發布時間：2017-09-01
煤的化學反應性又稱活性，是指在一定溫度條件下，煤與不同氣體介質如二氧化碳、氧或水蒸氣相互作用的能力而言。因此煤的化學反應性直接反映煤在氣化爐中還原層的化學反應能力。特別對于一些高效能的新型氣化工藝(如沸騰床、懸浮床氣化)，要求用反應性強的煤以保證在氣化和燃燒過程中反應速率快、效率高。反應性強弱還直接影響爐子的耗煤量、耗氧量及煤氣中的有效成分等。
在流化燃燒新技術中，煤的化學反應性與其反應速率也有密切關系。因此煤的化學反應性是一項重要的氣化和燃燒特性指標。隨著氣化、燃燒技術的發展，這項指標在生產中的應用日益廣泛。
煤的化學反應性表示方式很多，總的來說有以下五種：
①直接以反應速率表示(包括比速率及反應速率常數)；
②以反應物分解率或還原率表示；
③以活化能表示；
④以同一溫度下產物的最大濃度或濃度與時間關系作圖表示；
⑤以著火點或平均燃燒速率表示。
本方法是以CO2作為氣體介質，在一定溫度下CO2氣體與煤中的碳進行反應，其中一部分被還原成CO的CO2量占通人CO2總量的百分數也就是二氧化碳還原率a(％)作為煤對二氧化碳化學反應性的指標。
一、方法提要
先將煤樣干餾，除去揮發物(如試樣為焦炭，則不需要干餾處理)。然后將其篩分并選取一定粒度的焦渣裝入反應管中加熱。加熱到一定溫度后，以一定的流量通人二氧化碳與試樣反應。測定反應后氣體中二氧化碳的含量，以被還原成一氧化碳的二氧化碳量占通入的二氧化碳量的百分數，即二氧化碳還原率a(％)，作為煤或焦炭對二氧化碳化學反應性的指標。
二、測定準備
1．試樣的制備與處理
①按煤樣制備方法的規定制備3～6mm粒度的試樣約300g。
②用橡皮塞把熱電偶套管固定在干餾管中，并使其頂端位于干餾管的中心。將干餾管直立，加入粒度為6～8mm的碎瓷片或碎剛玉片至熱電偶套管露出瓷片約100mm，然后加入試樣至試樣層的厚度達200mm，再用碎瓷片或碎剛玉片充填干餾管的其余部分。
③將裝好試樣的干餾管放入管式干餾爐中，使試樣部分位于恒溫區內，將鎳鉻一鎳硅熱電偶插入熱電偶套管中。
④接通管式干餾爐電源，以15～20℃/min的速度升溫到900℃時，在此溫度下保持1h，切斷電源，放置冷卻到室溫，取出試樣，用6mm和3mm的圓孔篩疊加在一起篩分試樣，留取3～6mm粒度的試樣作測定用。黏結性煤處理后，其中大于6mm的焦塊必須破碎使之全部通過6mm篩。
2．反應性測定儀的安裝
①按圖連接各部件并使各連接處不漏氣。
②用橡皮塞將熱電偶套管固定在反應管中，使套管頂端位于反應管恒溫區中心。將反應管直立，加入粒度為6～8mm的碎剛玉片或碎瓷片至熱電偶套管露出碎剛玉片或碎瓷片約50mm。
三、測定步驟
①將熱處理后3～6mm粒度的試樣加入反應管，使料層高度達100mm，并使熱電偶套管頂端位于料層的中央，再用碎剛玉片或碎瓷片充填其余部分。
②將裝好試樣的反應管插入反應爐內，用帶有導出管的橡皮塞塞緊反應管上端，把鉑銠10-鉑熱電偶插入熱電偶套管。
③通人二氧化碳氣體檢查系統有無漏氣現象，確認不漏氣后繼續通二氧化碳2～3min趕凈系統內的空氣。
④接通電源，以20～25℃/min速度升溫，并在30min左右將爐溫升到750℃(褐煤)或800℃(煙煤、無煙煤)，在此溫度下保持5min。當氣壓在(101.33±1.33)kPa(760mmHg土10mmHg)、室溫在12～28℃時，以500Ml/min的流量通人二氧化碳，通氣2.5min時用奧氏氣體分析器在1min，內抽氣清洗系統并取樣。停止通入二氧化碳，分析氣樣中二氧化碳的濃度(若用儀器分析，應在通二氧化碳3min時記錄儀器所顯示的二氧化碳濃度)。
⑤在分析氣體的同時，繼續以20～25℃/min的速度升高爐溫。每升高50℃按上述規定保溫、通二氧化碳并取氣樣分析反應后氣體中二氧化碳的濃度，直至溫度達到1100℃時為止。特殊需要時，可測定到1300℃。
四、數據處理及結果報告
①根據以下關系式繪制二氧化碳還原率與反應后氣體中二氧化碳含量的關系曲線：
式中a――二氧化碳還原率，％；
a――鋼瓶二氧化碳氣體中雜質氣體的含量，％，
V――反應后氣體中二氧化碳的含量，％。
注：當鋼瓶二氧化碳的純度改變時，必須重新繪制a與V的關系曲線。
②根據測得的反應后氣體中二氧化碳含量V，從a―V曲線上查得相應的二氧化碳還原率a。
③結果報告。每個試樣做兩次重復測定，按數據修約規則，將測得的反應后氣體中二氧化碳的含量V修約到小數點后一位，從a-V曲線上查得相應的二氧化碳還原率a，將測定結果填入表中。在以溫度為橫坐標、a值為縱坐標的圖上標出兩次測定的各試驗結果點，通過各點按最小二乘法原理繪一條平滑的曲線――反應性曲線。將測定結果表和反應性曲線一并報出。
五、精密度
任一溫度下兩次測定的a值與反應性曲線上相應溫度下a值的差值應不超過±3％。
參考資料：煤質分析及煤化工產品檢測
