煤对二氧化碳化学反应性的测定方法
发布时间：2017-09-01
煤的化学反应性又称活性，是指在一定温度条件下，煤与不同气体介质如二氧化碳、氧或水蒸气相互作用的能力而言。因此煤的化学反应性直接反映煤在气化炉中还原层的化学反应能力。特别对于一些高效能的新型气化工艺(如沸腾床、悬浮床气化)，要求用反应性强的煤以保证在气化和燃烧过程中反应速率快、效率高。反应性强弱还直接影响炉子的耗煤量、耗氧量及煤气中的有效成分等。
在流化燃烧新技术中，煤的化学反应性与其反应速率也有密切关系。因此煤的化学反应性是一项重要的气化和燃烧特性指标。随着气化、燃烧技术的发展，这项指标在生产中的应用日益广泛。
煤的化学反应性表示方式很多，总的来说有以下五种：
①直接以反应速率表示(包括比速率及反应速率常数)；
②以反应物分解率或还原率表示；
③以活化能表示；
④以同一温度下产物的最大浓度或浓度与时间关系作图表示；
⑤以着火点或平均燃烧速率表示。
本方法是以CO2作为气体介质，在一定温度下CO2气体与煤中的碳进行反应，其中一部分被还原成CO的CO2量占通人CO2总量的百分数也就是二氧化碳还原率a(％)作为煤对二氧化碳化学反应性的指标。
一、方法提要
先将煤样干馏，除去挥发物(如试样为焦炭，则不需要干馏处理)。然后将其筛分并选取一定粒度的焦渣装入反应管中加热。加热到一定温度后，以一定的流量通人二氧化碳与试样反应。测定反应后气体中二氧化碳的含量，以被还原成一氧化碳的二氧化碳量占通入的二氧化碳量的百分数，即二氧化碳还原率a(％)，作为煤或焦炭对二氧化碳化学反应性的指标。
二、测定准备
1．试样的制备与处理
①按煤样制备方法的规定制备3～6mm粒度的试样约300g。
②用橡皮塞把热电偶套管固定在干馏管中，并使其顶端位于干馏管的中心。将干馏管直立，加入粒度为6～8mm的碎瓷片或碎刚玉片至热电偶套管露出瓷片约100mm，然后加入试样至试样层的厚度达200mm，再用碎瓷片或碎刚玉片充填干馏管的其余部分。
③将装好试样的干馏管放入管式干馏炉中，使试样部分位于恒温区内，将镍铬一镍硅热电偶插入热电偶套管中。
④接通管式干馏炉电源，以15～20℃/min的速度升温到900℃时，在此温度下保持1h，切断电源，放置冷却到室温，取出试样，用6mm和3mm的圆孔筛叠加在一起筛分试样，留取3～6mm粒度的试样作测定用。黏结性煤处理后，其中大于6mm的焦块必须破碎使之全部通过6mm筛。
2．反应性测定仪的安装
①按图连接各部件并使各连接处不漏气。
②用橡皮塞将热电偶套管固定在反应管中，使套管顶端位于反应管恒温区中心。将反应管直立，加入粒度为6～8mm的碎刚玉片或碎瓷片至热电偶套管露出碎刚玉片或碎瓷片约50mm。
三、测定步骤
①将热处理后3～6mm粒度的试样加入反应管，使料层高度达100mm，并使热电偶套管顶端位于料层的中央，再用碎刚玉片或碎瓷片充填其余部分。
②将装好试样的反应管插入反应炉内，用带有导出管的橡皮塞塞紧反应管上端，把铂铑10-铂热电偶插入热电偶套管。
③通人二氧化碳气体检查系统有无漏气现象，确认不漏气后继续通二氧化碳2～3min赶净系统内的空气。
④接通电源，以20～25℃/min速度升温，并在30min左右将炉温升到750℃(褐煤)或800℃(烟煤、无烟煤)，在此温度下保持5min。当气压在(101.33±1.33)kPa(760mmHg土10mmHg)、室温在12～28℃时，以500Ml/min的流量通人二氧化碳，通气2.5min时用奥氏气体分析器在1min，内抽气清洗系统并取样。停止通入二氧化碳，分析气样中二氧化碳的浓度(若用仪器分析，应在通二氧化碳3min时记录仪器所显示的二氧化碳浓度)。
⑤在分析气体的同时，继续以20～25℃/min的速度升高炉温。每升高50℃按上述规定保温、通二氧化碳并取气样分析反应后气体中二氧化碳的浓度，直至温度达到1100℃时为止。特殊需要时，可测定到1300℃。
四、数据处理及结果报告
①根据以下关系式绘制二氧化碳还原率与反应后气体中二氧化碳含量的关系曲线：
式中a――二氧化碳还原率，％；
a――钢瓶二氧化碳气体中杂质气体的含量，％，
V――反应后气体中二氧化碳的含量，％。
注：当钢瓶二氧化碳的纯度改变时，必须重新绘制a与V的关系曲线。
②根据测得的反应后气体中二氧化碳含量V，从a―V曲线上查得相应的二氧化碳还原率a。
③结果报告。每个试样做两次重复测定，按数据修约规则，将测得的反应后气体中二氧化碳的含量V修约到小数点后一位，从a-V曲线上查得相应的二氧化碳还原率a，将测定结果填入表中。在以温度为横坐标、a值为纵坐标的图上标出两次测定的各试验结果点，通过各点按最小二乘法原理绘一条平滑的曲线――反应性曲线。将测定结果表和反应性曲线一并报出。
五、精密度
任一温度下两次测定的a值与反应性曲线上相应温度下a值的差值应不超过±3％。
参考资料：煤质分析及煤化工产品检测
